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科研进展｜陈掌星院士研究团队在二氧化碳驱油采热及碳封存一体化领域取得重要进展
科研聚焦 | 2023-05-31
近日，宁波东方理工大学（暂名）陈掌星院士研究团队与中国地质大学（武汉）蒋恕教授团队合作，提出了二氧化碳驱油采热及碳封存一体化的新机制。研究成果以“Geothermal development associated with enhanced hydrocarbon recovery and geological CO₂ storage in oil and gas fields in Canada”为题发表在能源权威期刊Energy Conversion and Management上。
油气田拥有详细的地质资料，可以为提高原油采收率和封存二氧化碳提供重要的基础数据，此外油气田还含有大量的地热资源，可直接改造为地热井予以开发利用，从而可以节省大量费用，变废为宝。温度场和流体场多场耦合作用对二氧化碳在油气藏储层中的渗流和传热过程的影响，是理解二氧化碳驱油采热及碳封存一体化的关键科学问题。研究者们已经提出众多不同的二氧化碳气窜应对机制，如二氧化碳泡沫、水气交替等，但是这些调控方法在温度场耦合作用下对于利用二氧化碳开发油气田地热效果有限。 研究团队以加拿大近17,000个油田和62,000个气田为研究对象，利用注入到储层中的超临界二氧化碳与储层的温度差别，充分考虑温度场和流体场耦合作用对二氧化碳驱油、二氧化碳开发地热过程中二氧化碳在油气藏储层中的封存的影响。研究结果表明每注入1吨二氧化碳可以产出0.5吨的原油或0.1吨的天然气。在二氧化碳提高采收率的过程中，30%的二氧化碳会封存在油藏中，90%的二氧化碳会封存在气藏中，随着二氧化碳开发地热的不断开展，油气藏的温度会下降25%-30%，如图1所示。基于以上研究，陈掌星院士研究团队建立了二氧化碳驱油采热及碳封存一体化评价模型，揭示了温度场与流体场耦合作用对二氧化碳驱油、采热过程中的二氧化碳渗流传热影响机制。该项研究的意义在于为油气田绿色转型提供了新的思路，并为油气田开展二氧化碳驱油采热及碳封存一体化技术提供了理论依据和指导参考。利用二氧化碳开发油气，待油气枯竭再改造为地热井用于地热发电、生活取暖等，可节约大量燃气、燃煤，经济效益显著，地热枯竭后再用于二氧化碳封存以节约成本。二氧化碳驱油采热及碳封存一体化可能成为未来油气田绿色转型的发展趋势。 
图1. 二氧化碳驱油采热及碳封存一体化
中国地质大学（武汉）资源学院教授张凯为第一作者，陈掌星院士和蒋恕教授为共同通讯作者。
论文原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117146
