面向碳封存的深部咸水层多尺度润湿机理研究

20250210

科学研究和技术服务业

基于本项目研究产生的科技成果在理论和技术层面均取得了显著突破，具备较高的技术成熟度。基于拓扑几何学建立了综合考量微纳尺度润湿特征的宏观定量表征技术。通过物理实验和数值模拟进行了多次验证，研究结果显示该技术能够高效、准确地表征微纳尺度润湿特性与界面特征。同时，在全周期碳封存阶段的自动化、可视化及实时监测方面也完成了系统平台的搭建与测试，技术成熟度达到中试阶段水平。本项目的科技成果从几何学视角实现了润湿性的精准定量表征，同时已建立了一套完整的测试工艺流程，可对孔喉形态、流体-岩石相互作用等多因素影响下的原位润湿行为进行无损检测，检测精度达到微米级，能够清晰呈现孔隙尺度界面特征。利用本项目的科技成果，并结合先进的模拟实验与数据分析技术，揭示了润湿效应、流体性质及多物理场耦合对深部咸水层碳封存机理的影响机制，精确量化了润湿性时空演化特征，为碳封存安全评估提供了技术支持。此外，构建了考虑动态润湿效应的渗吸排驱普适性解析模型，能够准确模拟深部咸水层渗流通道内流体限域输运过程，可有效指导多相流动特性分析及岩石润湿性评价。 目前，本项目的科技成果已完成实验室研发与小规模实验验证阶段，正处于从中试向产业化推广应用的关键过渡期，急需进一步的资源投入与合作支持，以实现科技成果的大规模应用转化，推动相关行业的技术升级与创新发展。

本项目的科技成果转化过程需要大量的资金投入，用于设备购置、场地租赁、人员招聘与培训、实验测试以及市场推广等各个方面。因此，需要合作方提供一定的资金支持，以确保科技成果的产业化应用。为满足科技成果转化过程中的实验研究、调试及办公等需求，需要合作方提供合适面积的场地，场地应具备良好的基础设施条件，包括稳定的电力供应、供水排水系统、通风设备以及网络通信设施等。根据项目科技成果的应用转化需求，需要合作方配备一系列先进的实验设备与生产加工设备，如高精度接触角测量仪、扫描电子显微镜、岩石力学性能测试设备、多相流体实验装置、自动化监测系统以及精密加工设备等，用于进一步优化科技成果的测试与验证，提高产品性能与质量。此外，科技成果转化需要一支跨学科、高素质的专业团队，涵盖流体力学、地质资源与地质工程、石油工程以及计算机科学等多个领域的专业人才，以保障项目的全方位顺利实施。

可国（境）内外转让

本项目的科技成果应用转化将为能源工程类的相关企业带来显著的经济效益。在石油开采行业，通过精准表征储层润湿性，优化注水方案，可大幅提高原油采收率，将产生巨大的经济价值。在二氧化碳地质封存领域，成果的应用将降低碳封存成本 ，提高碳封存的安全性与稳定性，促进碳封存产业的规模化发展，同时大幅节约碳税，为企业创造新的利润增长点。此外，本项目科技成果的推广应用还将带动相关设备制造、技术服务等行业的发展，形成完整的产业链条，创造更多的就业机会与税收收入，对北京的区域经济增长产生积极的推动作用。 从环境保护角度来看，本项目取得的科技成果有助于提高碳封存效率，减少二氧化碳排放，缓解全球气候变化问题，对实现我国“碳达峰”、“碳中和”目标具有重要意义。在能源安全方面，通过注入二氧化碳驱油以提高原油采收率，增加国内石油产量，可降低对进口石油的依赖，有力保障国家能源安全。同时，本项目科技成果的应用转化将促进相关行业的技术进步与创新发展，提升我国在二氧化碳地质封存与利用领域的国际竞争力，为我国能源与环境领域的可持续发展提供有力的技术支撑与示范引领作用。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

“双碳”背景下，北京作为国家发改委部署的第二批低碳试点城市，亟需加快推进针对先进碳封存技术的革命性研究和示范部署，对实施二氧化碳高效安全地质封存、缓解减排压力以及助力绿色北京建设具有重要的科学意义与应用价值。深部咸水层碳封存潜力远超油田、天然气田和煤层气田，是未来实现我国规模化碳储目标的主力。潜在的碳封存场地在京津冀等高碳排放源集中区分布广泛，极具发展和应用前景，若大规模利用将促进北京能源绿色低碳转型及首都经济高质量发展。但受陆相沉积特征和复杂地质环境的影响，深部咸水层具有孔喉形态复杂、储集岩表面粗糙和矿物组分非均质强的特征，导致内部微观润湿分布的各向异性显著，使之定量表征困难，更会对二氧化碳运移和封存产生重要影响。传统的润湿性评价方法尚存在诸多局限性，特别是对碳储层复杂的微观润湿特征缺乏全面考量，亟需更有效、更全面的润湿性定量评价方法。鉴于此，积极推动关于深部咸水层多尺度润湿机理与润湿性评价的研究，对实现高效安全碳封存及封存潜力评估的工程应用意义重大。 本项目系统开展了深部咸水层原位润湿性评价、储层跨尺度润湿机理与碳封存机理研究，取得的代表性科技成果包括：（1）基于拓扑几何学建立了综合考量微纳尺度润湿特征的宏观定量表征技术，给出了等效宏观润湿性的定量关系公式，解决了传统润湿性测量手段难以准确表征其原位润湿特征的不足，实现了碳封存过程的自动化、可视化以及实时监测，极大地提高了储层润湿性评价的效率，为深部咸水层润湿机制及润湿性的精确评价提供了重要的理论与技术支撑；（2）探究了受孔喉形态、流体-岩石相互作用、岩石表面形貌特征和矿物组成等因素影响的原位润湿行为与界面特征，从“几何学”的视角实现了深部储层润湿性由简单定性或半定量到精准定量表征的突破，解决了传统的润湿性评价方法因能量耗散难以无损表征其孔隙尺度界面特征的瓶颈；（3）揭示了润湿效应、流体性质及多物理场耦合对深部咸水层碳封存机理的影响机制，定量表征了深部咸水层润湿性由水湿逐渐转向混合湿的时空演化特征，厘清了真实地层条件下全周期碳封存阶段润湿性、非润湿相流体形态及其界面曲率的动态变化规律；（4）构建了考虑动态润湿效应的渗吸排驱普适性解析模型，阐明了深部咸水层渗流通道内流体限域输运的动力学机理，研发了高压流体注采智能控制实验仪并形成了碳储层强化地质封存技术。