CO2泡沫压裂液返排与致密砂岩气藏封存协同机制：实验与数值模拟研究

本文创新性地结合物理驱替实验与低场核磁共振（LF-NMR）技术，系统研究了CO2泡沫压裂液的返排效率（最高达87.3%）与微观滞留特征，首次揭示了泡沫质量提升可显著降低小孔隙（22.23%）和全孔径（20.83%）的压裂液滞留率，并通过数值模拟优化了泡沫质量（50%-70%）、注入速率等关键参数，为致密气藏高效开发与碳中和目标实现提供了双重技术支撑。

　　

Highlight

CO₂泡沫压裂作为革命性无水压裂技术，其卓越的支撑剂输送能力和封存潜力正在改写非常规气藏开发格局。本研究通过创新性实验-模拟联用策略，首次绘制了"泡沫质量提升→返排效率跃升→CO₂封存增强"的量化关系图谱。

Materials and equipment

实验采用鄂尔多斯盆地庆阳气田4427-4482米深部钻取的灰色中粒砂岩岩心（图1），主要矿物成分为石英和黏土矿物。通过标准化柱状岩样制备流程，配合孔隙度-渗透率精准测定，构建了真实地质条件下的模拟体系。

Geological models and well constraints

为破解现场尺度行为谜题，研究团队开发了集成泡沫注入-返排全过程的数值模型。通过精细化网格划分和实际井约束条件设置，首次实现了压裂液返排动力学与CO₂封存空间分布的耦合模拟。

CO₂泡沫 energization

突破性发现：当泡沫质量从50%提升至70%时，岩心内部压力场呈现指数级强化（图6）。这种"泡沫增压效应"不仅使返排效率从70.32%飙升至87.3%，更创造了CO₂封存效率提升6.12%的意外收获。

Conclusions

本研究建立了"四参数调控法则"：泡沫质量与注入速率构成返排正相关双因子，而注入体积和焖井时间则扮演封存促进者角色。该成果为设计"高产气-低碳"双赢的压裂方案提供了黄金准则。