纳米限域效应下CO2驱油技术在非均质页岩油藏中的协同增效机制：提高采收率与碳封存双赢策略

针对页岩油开发中采收率低(5%-10%)与CO2封存需求的双重挑战，中国研究团队通过核磁共振(NMR)实验与新型非均质模型，揭示CO2驱油在纳米孔隙(10-110nm)中的动态运移规律，发现纳米限域效应可使采收率提升4.04个百分点，同时优化裂缝半长能同步提高原油采收率与封存效率，为CCUS技术应用提供关键理论支撑。

　　

随着全球工业化进程加速，温室气体排放导致的气候变化与能源需求矛盾日益尖锐。页岩油作为重要的非常规能源，全球可采储量达473亿吨，但现有技术采收率仅5%-10%。与此同时，《巴黎协定》设定的碳中和目标亟需大规模碳封存解决方案。传统CO₂封存技术存在经济性差、规模受限等问题，而将CO₂驱油(EOR)与地质封存结合的CCUS技术展现出独特优势——既能提高原油产量又能实现碳减排。然而，页岩油藏特有的纳米级孔隙(10-110nm)产生的限域效应(nano-confinement effect)会显著改变流体性质，加之储层强非均质性，使得传统驱油理论面临挑战。

针对这一难题，中国石油领域的研究人员通过松辽盆地8HC井岩心实验与数值模拟，在《Geoenergy Science and Engineering》发表突破性成果。研究团队首先采用核磁共振T₂谱分析技术，首次可视化CO₂驱替过程中不同孔径(大孔>50nm，小孔<50nm)的原油动用顺序；进而建立整合Kozeny-Carman方程的新型非均质模型，量化纳米限域对最小混相压力(MMP)和CO₂利用效率的影响。关键技术包括：(1)基于松辽盆地2500-2518m深度的页岩岩心驱替实验；(2)考虑孔径分布的NMR含油饱和度动态监测；(3)引入回归系数α=1000的渗透率-孔隙度关系建模；(4)多参数耦合的CO₂封存能力评估体系。

【实验材料与方法】
选取中国松辽盆地北部高黏土含量、发育层理裂缝的页岩岩心，通过水力压裂形成主裂缝网络。采用NMR技术实时监测CO₂驱替过程中T₂谱信号变化，精确量化不同孔径中原油的动用程度。

【储层模型与假设】
建立整合Kozeny-Carman方程的渗透率预测模型：K=αφ³/(1-φ)²，其中α设为1000以匹配实际储层条件。创新性地将纳米限域效应参数化为孔径函数，模拟其对原油黏度、泡点压力和MMP的影响。

【实验结果与讨论】
NMR数据显示CO₂优先驱替大孔(>50nm)原油，随后通过扩散作用动用小孔(<50nm)原油。当孔隙半径从110nm减小到10nm时，纳米限域效应使采收率提升4.04个百分点，但CO₂封存量减少2.65×10⁷吨。裂缝半长存在最优值，可同时最大化采收率和封存效率。

【结论】
该研究证实CO₂驱油在页岩油藏中具有"采收率提升-碳封存"双重效益，揭示纳米限域效应通过降低MMP提升驱油效率的机制，发现裂缝半长对开发效果的非线性影响。这些发现为页岩油CCUS方案设计提供了关键参数优化依据，对实现"双碳"目标下的能源开发具有战略意义。国家自然科学基金重点项目(51834005)和古龙页岩油提高采收率研究(DQYT-2022-JS-761)的支持，凸显了该研究的国家战略需求背景。