在国家“双碳”战略目标的背景下，碳封存成为国家应对气候治理的重大战略需求。众所周知，影响碳排放量的因素众多，其中占首要地位的便是化石能源，中国的化石能源在能源结构中占比极大，这对“双碳”目标的实现无疑是严峻的挑战。二氧化碳捕获、利用与封存技术（Carbon Capture, Utilization and Storage， CCUS）正是将CO2直接加以利用或注入地层以实现CO2减排的工业过程，已成为国际公认的有效减排方案。当超临界CO2注入地层以后，可以在提高油气采收率的同时，实现温室气体的长期有效封存，经济价值与社会效益兼具，近40年全球已有约10亿吨CO2通过CCUS技术实现了地质封存。
随着油气勘探开发的不断持续深入，常规油气资源量逐渐减少，非常规油气成为重要的能源接替类型，相较于常规油气藏，采用体积压裂（Volume Fracturing）方式增加储层的渗流能力与泄油面积是非常规油气藏最主要的开发方式。致密砾岩油藏作为一种重要的非常规油气藏类型，其微观孔隙结构更加复杂且连通性差，储层非均质性极强，呈现出低孔、低渗的渗流特征，开发难度很大。超临界CO2因其独特的降黏、扩容、增能的物理化学作用，成为了提高油藏采收率的最佳驱替介质。在驱油的过程中，致密砾岩油藏普遍有机质含量高、密闭性良好，在CO2地质封存领域也展现出巨大潜力。虽然目前针对油田尺度上封存量的计算已经有成熟的方法，但是，实际驱油过程中往往在采油井不出油时会停止注CO2，以保证油田的经济效益，导致封存量远低于油田尺度的理论值。因此，确定油藏实际开发过程中CO2封存量的地质模式及定量表征方法，亟需科研攻关。
中国科学院大学地球与行星科学学院谭锋奇研究团队以新疆准噶尔盆地玛湖凹陷致密砾岩油藏为研究对象，设计了4组不同驱替方式的岩心驱油实验，根据驱油实验前后的铸体薄片、扫描电镜及能谱元素分析结果，在岩心尺度上创新性地提出了4种驱油方式CO2封存量的定量表征方法，并明确了不同驱油方式下地质封存的差异性。结果表明，驱油过程中存在加压气体的机械破碎作用以及碳酸溶蚀反应改造储层孔隙结构的机制，人造裂缝附近改造作用最为明显。根据质量守恒定律，利用矿物中Ca、Mg元素平均含量的变化建立封存量的物理计算模型，实现了裂缝性致密砾岩储层CO2溶解捕获和矿化捕获量的定量表征，计算结果表明不含裂缝的异步驱方式矿化与溶解捕获的封存量均高于其它三种驱替方式。含裂缝的3种驱油方式中，异步驱的矿化捕获量最大，CO2吞吐与异步驱较小且二者相近；连续驱与异步驱溶解捕获量相近且远高于CO2吞吐方式。研究成果可以为体积压裂的非常规油气藏CO2驱开发过程中地质封存潜力的定量评价提供科学依据，助力国家“双碳”目标的实现。
该研究成果于2025年6月，以CO2 Geological Storage Using Different Oil Displacement Methods in Tight Conglomerate Reservoir Samples from the Mahu Depression为题发表在Energy & Fuels期刊上。该研究获得国家重点研发计划（2023YFF0804304）、中国科学院大学“碳达峰”与“碳中和”教育专项（E3E50401A2）、中央高校基础科研专项资金等项目联合资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5c00680
体积压裂后致密砾岩油藏CO2地质封存量的评价模式与计算方法
