CCUS是实现碳中和目标的重要技术手段，目前中国正处于“双碳”目标的落实阶段，在CO₂地质封存的经济界限评价、源汇优化和安全监测方面还缺乏成熟的技术体系。从封存技术经济界限、源汇匹配技术、封存安全性及监测3个方面总结了中国CO₂地质封存技术发展历程。回顾了CCUS技术在捕集、运输、注入封存阶段的经济成本，进一步总结了目前各阶段的技术经济界限及其影响因素。此外，通过总结国内外CCUS源汇匹配技术发展现状，明确了中国源汇特征及其分布，提出了进一步开展源汇匹配优化技术的发展方向。最后，通过总结CO₂地质封存安全风险评价及封存监测技术，明确了经济高效、有效、定量的监测方法是未来的研究重点。

在枯竭气藏CO₂注入及封存过程中，注入的CO₂引起气、水、固三相之间的再平衡，伴随出现CO₂溶解、水蒸发和盐析现象，影响近井带地层物性。以川西的枯竭气藏为例，采用SRK-HV方程和盐析模型分析了枯竭气藏CO₂注入过程中的三相变化规律。研究表明：在定容体系中的CO₂注入过程中，随着CO₂物质的量增加，气相压力增大，CO₂溶解度逐渐增大，H₂O在气相中的摩尔分数逐渐降低，但H₂O在气相中的物质的量不断增加，说明水的总蒸发量加大。此外，水蒸发引起的水相体积减小量相对于初始水相体积较小。因此，地层水矿化度增加幅度较小。CO₂的溶解加快了CaCO₃的析出，同时抑制了CaSO₄、CaSO₄·2H₂O的析出。在氯化钙型地层水中，随着矿化度增加，地层水中会析出CaCO₃和CaSO₄两种盐成分。该研究成果对枯竭气藏CO₂注入过程中水蒸发及盐析规律研究具有一定的借鉴意义。

为研究CO₂地质封存条件下碳酸盐岩储层的物化反应规律，以四川盆地震旦系灯影组碳酸盐岩储层为研究对象，开展储层条件下的碳酸盐岩与超临界CO₂反应室内模拟实验。采用压力脉冲衰减法、扫描电镜法和核磁共振法分析了碳酸盐岩孔隙度、渗透率、孔隙结构对超临界CO₂环境的响应特征，实验后碳酸盐岩孔隙度、渗透率增大，孔隙度变化率最大为32.35 %，渗透率扩大11倍，而且实验后产生了微裂缝，20~50 μm的孔径占比增大；采用X射线衍射法、接触角法分析碳酸盐岩的矿物组分和润湿性，主要矿物石英平均含量增加了12.6 %，方解石平均含量减少了22.3 %，亲水性增强；采用巴西劈裂法测试超临界CO₂浸没前后碳酸盐岩的岩石力学特性，发现其抗拉强度下降了18.28 %，造成了碳酸盐岩损伤，载荷-位移曲线经历更长的压实阶段。该文揭示了超临界CO₂溶蚀作用对碳酸盐岩孔隙度、渗透率、矿物组分、岩石力学性质的影响，为CO₂在碳酸盐岩储层中的地质封存提供理论支持。

CO₂排放加剧，环境问题日益严峻，碳减排刻不容缓。CO₂-EOR是地质封存CO₂的主要手段，但国内外针对CO₂-EOR方面的研究大多是对剩余油进行研究，驱油时针对CO₂埋存形式的相关研究较少。研究利用核磁共振技术结合数值模拟手段，分析不同岩心饱和油进行气驱后CO₂埋存形态及分布特征，结果表明：核磁共振技术结合微观气驱油数值模拟方法可以分析CO₂的微观埋存形态，岩心中CO₂驱替原油时，首先进入大孔道驱油，大孔隙中的压力达到一定程度后，原油向周围毛细管力分布不均的小孔喉流动，气体不断驱动原油，直到小孔压力累计至一定值小孔隙内原油才被驱走。数值模拟采用COMSOL Multiphysics软件进行，微观模拟结果显示大孔道中CO₂主要以连片的自由气形态存在，而细小孔隙中CO₂首先以溶解形式留存，大小孔隙中均没有完全以自由气或溶解气埋存的CO₂。

在废弃油气藏中进行CO₂埋存，能够减少温室气体在大气中的直接排放量，是减缓温室效应的有效途径之一。改进常规的气液相平衡理论，应用热力学状态方程研究CO₂-烃-地层水体系，对揭示CO₂地下埋存的溶解机理具有十分重要的意义。总结了热力学状态方程对CO₂-烃-地层水体系相平衡计算方面的国内外研究进展，指出其实际应用中的不足，分析了其发展趋势，包括：应进一步研究适用于非理想体系的状态方程和混合规则，准确预测该体系热力学性质变化规律；拓展研究体系的地层水离子差异，使之与真实CO₂埋存条件相符合；将CO₂中相态变化的物理过程与地层水中矿物溶解析出的化学过程耦合。

在油藏泡沫驱和气藏泡沫排水剂应用中，泡沫体系的稳定性至关重要。表面活性剂分子结构，界面排布对泡沫液膜渗透率及稳定性的影响对于构筑高稳定CO₂泡沫具有重要意义，但是目前还没有一个系统的了解。采用4种分子结构的甜菜碱型表面活性剂作为研究对象，泡沫体相性质评价作为研究方法，针对饱和吸附量、泡沫液膜渗透率和泡沫稳定性等体相性质，开展了表面活性剂分子结构、界面排布、CO₂泡沫液膜渗透率和泡沫稳定性及其相关关系实验研究。研究表明：当表面活性剂分子头基一致时，疏水碳链长度增加，疏水作用增强，液膜表面分子排列更加紧密，泡沫液膜渗透率降低，泡沫稳定性增强；当表面活性剂分子具有更长疏水碳链时，增强的疏水作用导致液膜排布更加紧密且吸附量增大，阻碍气泡内CO₂气体渗透行为，导致起泡液起泡能力减弱。基于4种起泡体系所获参数进行回归分析，建立了泡沫寿命、泡沫液膜分子吸附量及起泡能力与泡沫液膜渗透率K的相关系数R²，拟合表明R² >0.90；因此，泡沫液膜渗透率K可作为评价泡沫体系的稳定性的参数之一，为高稳定泡沫体系筛选提供一个可靠的评价参数。

盖层是CO₂封存中最重要的地质构造组成，其封闭能力的表征方法是目前研究的热点。针对盖层封闭能力评价的问题，在耦合平行毛管束与DLVO（带电表面通过液体介质的微观作用力）理论的基础上，考虑滑移效应和水膜效应，建立了盖层突破压力的理论计算方法，并与实验数据进行准确度验证。通过影响因素分析研究了突破压力随滑移长度、有效毛管半径的变化规律。结果表明：6块岩心样品的突破压力计算结果与实验数据相对误差介于0.317 %~10.800 %；滑移长度越小、有效毛管半径越大，突破压力越小。

随着页岩气开发不断深入，水平井实施压裂过程中邻井的干扰现象日益增多，对气田的产量、套管的安全、气井的管柱造成较大影响，有待明确压裂井间干扰的影响因素及降低干扰的治理对策。采用井下压力监测的方式证实压裂井间干扰的矿场表现，通过生产动态跟踪分析及微地震监测结果基本明确井网井距、压裂改造强度、天然裂缝是影响压裂水平井井间干扰的主要因素。对降低压裂干扰提出了压裂设计源头优化、采气井现场管理、生产运行调整3种治理对策，在现场应用中获得了较好的效果。

页岩气水平井流动特征的准确表征是定量评价生产动态及进一步指导开发方案优化设计的关键基础。为了探究页岩气水平井在不同井斜角下的气液两相流动规律，构建了管径为0.124 m，管长为10 m，井斜角依次为0°、5°、10°、15°、20°、30°、45°、-5°、-10°、-15°、-20°、-30°、-45°的三维立体仿真井筒模型，采用体积模型追踪气液界面，对井筒气液两相流动特征进行动态监测。模拟实验得到井下300 m³/d液量和500 m³/d气量在各井斜角下井筒的流型、平均流速和持率分布特征，深入分析井斜角对页岩气水平井气液两相流动特征的影响规律。结果表明：上倾管（井斜角大于0°）流型特征为段塞流，其流体平均速度随井斜角增加呈单峰式变化，在井斜角为15°时出现峰值，气液分界面处平均流速最低，且低井斜角较高井斜角时的底部持水率大，在井斜角为10°时达到最大值；下倾管（井斜角小于0°）流型特征为分层流，流体平均速度与井斜角呈线性递增关系，气液分界面处平均流速介于顶部和底部值之间，底部持水率随井斜角增加而减小。

为了探究弱面发育页岩压裂裂缝特征，基于三维块体离散元方法，建立考虑层理弱面和天然裂缝弱面的页岩储集层压裂裂缝扩展模型，分析了不同施工排量、压裂液黏度、层理抗拉强度和天然裂缝内聚力下的压裂裂缝特征。研究表明：高排量泵注和高压裂液黏度能够减少近井筒层理对水力裂缝的限制，增加水力裂缝穿层能力，当压裂液黏度达到10 mPa·s时，水力裂缝能够连续穿过6条层理；与天然裂缝连通的层理，其抗拉强度不是影响自身开启的主要因素；天然裂缝内聚力越大，其抗剪强度越大，开启程度越低。当井筒周围发育层理和天然裂缝时，通过提高前置液阶段排量、增大压裂液黏度，可以促使水力裂缝充分延伸；对于容易形成简单双翼裂缝的页岩储层，在前置液阶段泵注适量酸液，可以溶解天然裂缝填充物，从而达到降低天然裂缝内聚力，增加其开启程度，提高裂缝复杂度的效果。

为了解决页岩气“甜点”分类识别涉及指标多、需要根据个人经验判别、耗时耗力的问题，提出了一种基于随机森林模型的页岩气“甜点”分类方法。首先，选取长宁区的10口井数据，利用肯德尔相关分析筛选出用于识别的11种特征。然后再分别采用单棵决策树和随机森林方法进行预测，得到页岩气“甜点”识别结果。最后，对预测结果分类并进行算法参数优化。实际应用结果表明，单棵决策树预测精度虽可以达到97.7 %，但呈现过拟合趋势，且剪枝之后拟合精度大大降低到只有70.7 %；采用的随机森林方法避免了单棵决策树的缺陷，并且预测的精度达到98 %，而且，计算代价小，能有效降低时间损耗、节省人力成本。证明随机森林机器学习方法结合多源信息是实现页岩气“甜点”识别预测的一种有效手段。

古地貌、古环境条件是影响沉积的主要外部因素，苏北盆地溱潼凹陷阜三段浅水缓坡三角洲由于水体变化频繁、地形复杂、地震识别追踪难度高，对其古地貌与古环境恢复研究仍较为欠缺，影响对研究区整体勘探评价。为明确溱潼凹陷阜三段沉积时期的古地貌及古环境条件，通过对地层岩心、测井资料、岩石物性资料进行综合分析，结合古地质图、印模法、残余厚度法等对阜三段沉积时期古地貌进行半定量恢复并优选2口井33个岩石样品的热解实验数据、TOC（总有机碳含量）及微量元素含量数据进行古环境恢复分析。据此绘制溱潼凹陷阜三段古地貌恢复图及古环境变化曲线，证明研究区阜三段是南低北高、东西收敛的箕状凹陷，沉积时期气候温暖潮湿，水体活动频繁往复，湖水盐度低，多物源多期次间歇供给，物源输入持续增多，沉积速率较快。明确了研究区地层物性参数与古地貌，地球化学参数与古环境的对应关系，从而为进一步勘探开发提供参考。

目前，SAGD（蒸汽辅助重力泄油技术）开发蒸汽腔边缘的热传递研究主要考虑蒸汽与储层的热传导作用，对流传热及受温度影响的储层物性变化则很少被关注，然而，实际生产中两者对传热效果和温度场分布的影响不容忽略。通过质量守恒、能量守恒和数学坐标变换，综合考虑热传导与热对流的传热机理及储层物性随温度变化对传热的影响，创新性地建立了蒸汽腔前缘传热半解析模型，差分求解得到蒸汽腔边缘温度分布和受温度影响下的储层物性分布。结果表明：①研究模型更符合实际，相比Butler模型和Dong模型，精度分别提高了34 %和11 %；②分析储层物性变化情况下对流和传导的相对关系，得出在原油可动区域中对流传热比例是传导传热的3倍以上，热对流起主导作用，但在远离蒸汽腔位置处仍主要以热传导为主；③通过促进水的流动可以扩大对流传热区域，能够有效提高传热效率，对于减少蒸汽需求和提高原油采收率具有重要的指导意义。

天然气水合物藏的开发具有高风险、高难度和高投入的典型特征，正确评价开发品质是天然气水合物藏开发的前提和关键性问题。针对天然气水合物藏开发评价指标的广泛性和评价结果的模糊性特征，选择天然气水合物藏开发品质的主控因素为因素集，建立主控因素的评分准则，利用层次分析法确定主控因素的综合权重并建立权重集，进而完成天然气水合物藏开发品质的模糊综合评价。利用该方法对麦索亚哈（Messoyakha）天然气水合物藏和其他典型天然气水合物藏的开发品质进行评价，验证方法的适用性和可行性，以期为天然气水合物藏的高效开发提供理论基础和技术支撑。

海域天然气水合物藏往往伴随着大量游离气的存在，而储层的低渗透性限制了不同层系的气水流动，利用储层中的水合物分解气和游离气是提升水合物藏产气效率的关键。基于中国南海神狐海域的实际地质数据，使用TOUGH+HYDRATE模拟器，建立3种不同水合物储层垂直井联合开采的数值模型，分析了产气、产水、温度、压力场和水合物饱和度的空间变化，进而提出天然气水合物的优化降压开采策略。结果表明：降压开采过程中，气和水不断向开采井汇集，井周围的温度压力迅速下降；持续降压开采10 a，随着产气速率的减小，产水速率不断增大，三层联合开采方式的累计产气量最高可达4.59×10⁶ m³，其累计产水量为8.31×10⁵ m³；水合物的分解由降压的压力梯度控制，井周围的水合物优先分解，下伏层水的流动会加快储层水合物的分解。