無(wú)論常規(guī)儲(chǔ)層還是非常規(guī)致密儲(chǔ)層在水驅(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一般孔隙通道中央的原油較容易被置換，靠近孔壁的原油容易以油膜形式吸附在孔隙壁面而滯留在孔隙中，并且膜狀剩余油在剩余油總量中所占的比例較大。目前，膜狀剩余油的研究主要以水驅(qū)開(kāi)發(fā)油藏為主，而對(duì)于注氣開(kāi)發(fā)后孔隙壁面膜狀剩余油的研究還有待完善。二氧化碳（CO₂）地質(zhì)封存技術(shù)與提高原油采收率（EOR）技術(shù)相結(jié)合能夠進(jìn)一步降低CO₂地質(zhì)封存的經(jīng)濟(jì)成本，因此，CO₂-EOR技術(shù)一直是二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，關(guān)于不同溫度、壓力及潤(rùn)濕性條件下的CO₂驅(qū)采膜狀剩余油的潛力需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，且溫度、壓力及潤(rùn)濕性影響CO₂剝離孔隙壁面油膜界限不明確。同時(shí)，CO₂在流體與流體及流體與固體界面的行為特征也有待揭示。

針對(duì)以上關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所二氧化碳地質(zhì)封存研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，探究了不同溫度、壓力及潤(rùn)濕性條件下CO₂驅(qū)采孔隙壁面膜狀剩余油的潛力。同時(shí)，揭示了不同潤(rùn)濕性及壓力下CO₂、H₂O及油相分子在孔隙壁面附近的微觀行為特征及CO₂分子在不同界面的行為差異。結(jié)果表明對(duì)于水濕、混濕及油濕性體系，CO₂和油相分子與孔隙壁面之間的相互作用能均隨著溫度的升高而降低，隨著壓力的升高而增大。當(dāng)溫度低于363 K，或者溫度等于363 K且壓力不低于40 MPa時(shí)，CO₂分子能夠剝離水濕性孔隙壁面油膜。對(duì)于混濕和油濕體系，CO₂分子沒(méi)有能力剝離孔隙壁面油膜。同時(shí)，CO₂分子會(huì)在不同界面富集，從而降低界面張力，且隨著壓力的升高，界面張力降低程度增大。在油-水-孔壁體系中，在相同壓力下，混濕性體系中CO₂ + decane/H₂O界面處的界面張力降低程度小于水濕性體系。混濕性體系在H₂O/SiO₂界面處界面張力降低程度整體大于水濕性體系。在水-油-孔壁體系中，在相同的壓力下，混濕性體系中CO₂/H₂O界面處的界面張力降低程度與油濕性體系中相比較小，混濕性體系中H₂O/decane界面處界面張力降低程度與油濕性體系相比基本相等，混濕性體系中decane/SiO₂界面處的界面張力降低程度與油濕性體系相比更大。以上研究成果對(duì)CO₂氣驅(qū)過(guò)程中流-固界面行為的理解及膜狀剩余油挖潛提供了一定的參考依據(jù)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在中國(guó)科學(xué)院一區(qū)期刊Geoenergy Science and Engineering和Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering上，本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金（41872210和41274111）、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目（2021CFA030）共同資助。

論文鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2949891023009168

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674775523002160

圖1 CO₂與孔隙壁面油水兩相相互作用的初始構(gòu)象圖

圖2?油-水-孔壁體系中CO₂分子與H₂O分子密度分布

圖3 不同壓力下油-水-孔壁體系中CO₂分子密度分布

圖4 不同溫度和壓力下，潤(rùn)濕性對(duì)CO₂與孔隙壁面相互作用能的影響

圖5 不同溫度和壓力下，潤(rùn)濕性對(duì)油相與孔隙壁面相互作用能的影響

圖6 不同溫度和壓力下CO₂與油相分子在親水性孔隙壁面競(jìng)爭(zhēng)吸附能