智能水凝胶调控CO2驱油与封存协同增效机制研究——以延长与胜利CCUS先导项目为例

针对CO2地质利用与封存（CCUS）中因储层非均质性导致的窜流与泄漏问题，研究人员创新性提出智能水凝胶（DN-CRPPG）调控多相流行为的设计框架。通过岩心实验与数值模拟，揭示了调控措施提升波及效率与驱油效率的机制，提出时空混相系数（Fm）作为优化靶标，现场应用使采收率提升13.1%、封存效率提高16.1%，为CCUS项目经济性与安全性提供关键技术支撑。

　　

研究背景与意义

全球工业化进程加速导致CO₂排放激增，碳减排技术成为迫切需求。CO₂驱油与封存（CCUS）因其规模化潜力被视为最优解，但储层非均质性与流体性质差异易引发CO₂窜流，导致驱油效率低下且封存风险陡增。传统调控方法如水气交替注入（WAG）和凝胶堵漏虽有效，却忽视了对混相状态（指CO₂与原油形成单一相态）的促进作用。如何实现波及效率与洗油效率的协同提升，成为CCUS技术突破的关键瓶颈。

中国石油大学（北京）等机构的研究团队以延长油田（鄂尔多斯盆地）和胜利油田CCUS先导项目为案例，提出基于智能水凝胶的流控设计新框架，相关成果发表于《Geoenergy Science and Engineering》。

关键技术方法

研究采用多尺度实验与数值模拟结合：

1. 岩心驱替实验测试双网络CO₂响应凝胶（DN-CRPPG）在裂缝中的封堵性能；
2. 核磁共振与组分分析揭示调控措施对中/重质油组分提取的影响；
3. 油藏数值模拟建立混相时空系数（F_m）与采收率/封存效率的关联模型；
4. 现场试验验证低渗透砂岩储层（渗透率0.1-5 mD）的适用性。

研究结果

1. 凝胶处理实验效果

DN-CRPPG在裂缝中的注入压力梯度与粒径/裂缝匹配比（MSR）呈分段线性关系，最佳MSR为1.5-2.0时封堵强度提升300%。混相条件下，凝胶处理使中/重质油采收率提高27%，证实其通过平衡CO₂前缘增强组分提取。

2. 数值模拟优化

提出F_m作为混相程度量化指标，其与采收率（R²=0.89）和封存效率（R²=0.82）显著正相关。优化调控时机使注入井-生产井间形成连续混相带，封存量增加16.1%。

3. 现场应用验证

延长油田长6油层应用显示：与传统CO₂驱相比，联合WAG与凝胶分阶段调控使采收率从41.3%升至54.4%，封存效率由52%提升至68.1%。

结论与意义

该研究首次将混相状态调控纳入CCUS设计框架，创新性提出：

1. 智能凝胶通过双重机制（封堵高渗通道+促进混相）实现协同增效；
2. F_m参数为CCUS项目提供可量化的优化目标；
3. 现场数据证实该技术可使原不经济的CO₂驱项目焕发新生。

此项工作为全球低渗透油藏CCUS开发提供从实验室到现场的完整技术路径，尤其对中国以重质油为主的油藏具有重大应用价值。