超临界CO2扩散传质作用下致密多孔介质多相流动特性及其在CO2-WAG驱油与碳封存中的应用研究

本文聚焦超临界CO2在致密储层中的扩散传质机制及其对水气交替注入（CO2-WAG）驱油效率与碳封存的影响，通过物理实验与数值模型揭示了CO2对烃类组分的萃取规律及三相传质特性，为清洁能源开发与碳中和目标提供理论支撑。

　　

Highlight

1. 1.

   本研究建立了考虑超临界CO₂扩散传质的三相数值模型，可精准描述致密多孔介质中水气交替注入（WAG）过程的流体流动特性，并整合了毛细管效应、重力分异和启动压力梯度等关键参数。

2. 2.

   驱油实验表明，随着CO₂注入推进，C_8-15和C_15-20组分含量持续上升，而C_21-25、C_26-30及C₃₀₊组分呈下降趋势。其中C_8-20轻中质烃占比超70%，而C₃₀₊重组分不足1%，证实CO₂对轻质组分的扩散萃取优势显著。

Model validation

采用牛顿-拉夫森迭代法结合Python软件求解差分方程矩阵（图4），模型计算结果与实验数据高度吻合（图5）。当CO₂注入量达2.26倍孔隙体积时，模拟与实测采收率误差仅1.8%，验证了模型的可靠性。

Component analysis of driven oil

通过气相色谱分析驱替油样组分（图6）：

• •

  初期阶段：CO₂扩散距离不足，组分分布与原始油藏一致；

• •

  中后期：CO₂突破后，轻组分萃取效应导致C_8-20占比跃升，而重组分因分子量限制难以被有效驱替。

Conclusion

1. 1.

   注入水段塞可抑制CO₂远距离扩散，延缓气窜时间；

2. 2.

   储层非均质性会放大粘性指进效应，导致CO₂优先进入高渗层，降低采收率与封存潜力；

3. 3.

   该研究为致密油藏CO₂-WAG提高采收率（EOR）与碳中和提供了创新理论框架。