倾斜地层中层间压裂对互层储层CO2封存效能的调控机制研究

针对砂岩-泥岩互层储层CO2封存性能差的难题，吉林大学团队创新性提出水平井穿层压裂改造技术。通过建立三维数值模型，系统揭示了地层倾角与裂缝高度对CO2迁移距离（提升66.7%）和注入量（增加67.5%）的协同增强机制，为优化碳地质封存（CGS）选址提供了新方法。

　　

全球气候变暖背景下，碳地质封存（Carbon dioxide geological storage, CGS）技术被视为缓解温室效应的关键手段。然而现实困境在于：优质储层与CO₂排放源的"空间错配"问题突出，且自然界广泛存在的砂岩-泥岩互层结构因低渗透性严重制约封存效率。传统垂直井压裂技术难以经济有效地开发这类薄互层储层，而水平井技术虽能扩大接触面积，但未考虑地层倾斜带来的非对称流动特性。这一系列挑战催生了储层改造技术的创新需求。

吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室的王耀辉团队在《Geoenergy Science and Engineering》发表的研究中，以鄂尔多斯盆地石千峰组为研究对象，开创性地提出"水平井穿层压裂"改造策略。研究团队构建了三维数值模型，通过对比分析不同地层倾角（0°-15°）和裂缝高度（穿透1-3个亚储层）下的CO₂运移规律，系统评估了该技术对封存效能的提升效果。关键技术包括：基于地质勘探数据的储层参数反演、考虑毛细管力与浮力耦合的CO₂-水两相流模型、以及裂缝网络与地层倾斜耦合的数值模拟方法。

CO₂迁移特征
模拟结果显示：穿层压裂使CO₂在倾斜地层中的运移距离最大提升66.7%，注入量增加67.5%。特别值得注意的是，15°倾斜地层的注入增强效果比水平地层高12.5%，这源于重力分异与裂缝导流协同作用形成的"阶梯式"迁移模式。

地层压力演化
压力场分析揭示：当裂缝穿透3个亚储层时，局部压力可能超过安全阈值（较原始状态高2.1MPa）。但通过调节注入压力（降至12.5MPa），可有效控制压力扩散范围，确保盖层完整性。

结论与意义
该研究首次证实：在保证盖层密封性的前提下，穿层压裂可通过建立多储层水力联系显著提升CO₂封存性能。其创新价值体现在三方面：（1）为"非理想储层"改造提供新思路，缓解碳源-汇匹配矛盾；（2）揭示地层倾角对封存增强的积极作用，拓展了倾斜构造区的选址范围；（3）建立的压裂参数-注入安全调控模型，为现场工程提供量化设计依据。这项来自中国学者的突破性成果，为全球碳中和技术路线图增添了重要拼图。