CO₂ 驱油注采参数优化与气窜控制研究

调研报告

出品方：北京经纬智汇信息咨询有限公司 报告编号：OGG-A-007 所属赛道：CCUS 与双碳 · CO₂ 驱油与封存 报告日期：2026 年 6 月 30 日 保密级别：内部参考（限决策层与技术团队） 版本：V1.0 篇幅：约 1.3 万字（深度版）

执行摘要

本摘要面向决策层，浓缩全报告核心结论、关键数据与行动建议，单独阅读即可把握全局。技术细节与论证过程见正文各章。

一、核心判断

气窜——即注入的 CO₂ 因黏性指进、重力超覆与储层非均质性而过早突破至生产井——是制约 CO₂ 驱油（CO₂-EOR）采收率与经济性的第一瓶颈。围绕"如何把更多 CO₂ 留在油层、把更多原油驱替出来"这一核心命题，全球已形成一套从注采参数优化（注入速度、井底流压、注气时机、水气交替段塞）到气窜物理化学封堵（水气交替、泡沫、凝胶/颗粒凝胶、CO₂ 增稠剂）的技术谱系。其中水气交替（WAG）与化学封窜（凝胶、预交联颗粒凝胶 PPG）已进入成熟商业应用区间（技术成熟度 TRL 7–9），典型化学封窜可带来 10%–30% 的采收率增量；泡沫与 CO₂ 增稠剂尚处中试到实验室阶段（TRL 1–6），是下一代技术的主战场。

二、关键数据亮点

• 中国标杆：吉林油田 CO₂ 注入量已突破 400 万吨，建成 9 个驱油与埋存示范区，形成年注入 80 万吨 CO₂ 的能力，累计增产原油超 35 万吨，提高原油采收率达 25% 以上，为亚洲最大 EOR 项目；其黑 79 北小井距试验区累计注气达 1.13 倍烃类孔隙体积，阶段提高采出程度 24 个百分点。
• 百万吨级：齐鲁石化—胜利油田 CCUS 项目（2022 年投产）覆盖特低渗储量 2500 万吨，预计 15 年注入超 1000 万吨、增油近 300 万吨、采收率提高 12 个百分点以上，年减排 CO₂ 100 万吨。
• 全球态势：据 Global CCS Institute《2024 全球 CCS 现状报告》，全球项目累计捕集能力达 416 Mtpa（自 2017 年复合年增长率超 30%），50 个运行项目能力 51 Mtpa，628 个项目在管线中；44 个在建项目投产后能力将翻番至约 100 Mtpa。
• 参数规律：在特低渗高含水油藏数值模拟中，水气交替气水比由 1:2 提高到 2:1，最终采收率由 54.24% 升至 60.45%；CO₂ 段塞越大、见水时间越晚（水驱 0.2 PV → 气水比 2:1 时 0.4 PV）。

三、风险提示（简要）

• 二手市场规模数据高度不一致（CO₂-EOR 全球市场规模在不同机构间差异达一个数量级，约 38.8 亿至 453.9 亿美元），不宜直接引用作决策依据。
• CO₂ 直接增稠剂、纳米强化泡沫等下一代技术多停留实验室阶段，存在显著的"实验室—现场"放大差距。
• 中国 CCER 自愿减排方法学暂未覆盖 CCUS-EOR，碳收益路径尚未完全打通，项目经济性高度依赖油价与政策。

四、行动建议（要点）

• 立即建立以吉林、胜利、延长三大示范公开数据为底座的国内 CO₂-EOR 注采参数—采收率基准库；
• 重点布局 AI 智能注采优化（代理模型 + 强化学习）这一确定性增长方向的情报跟踪；
• 中期紧盯 CO₂ 增稠剂等"卡脖子"材料的产业化拐点，以及 CCER 方法学是否纳入 CCUS-EOR 的政策拐点。

01 · 调研背景与目标

1.1 调研缘起与问题意识

在"双碳"目标与油气增储上产的双重驱动下，CO₂ 驱油与封存（CCUS-EOR）正从示范走向规模化，成为兼具"增油"与"减碳"双重价值的战略性技术。然而，CO₂ 作为一种黏度极低、密度小于原油的流体，在地层中天然倾向于"窜流"而非"均匀波及"——这使得注采参数如何优化、气窜如何控制成为决定项目成败的工程核心。一个气窜失控的 CO₂ 驱项目，不仅采收率增益大打折扣，注入的 CO₂ 也会过早返采、无法有效埋存，"驱油"与"减碳"双重目标同时落空。

本报告聚焦这一工程核心，试图回答三个层层递进的问题：其一，CO₂ 驱油与气窜的物理化学机理是什么，注采参数通过何种路径影响采收率？其二，全球范围内有哪些控制气窜、优化注采的技术路线，各自的成熟度、效果与适用边界如何？其三，在技术快速迭代与 AI 智能化的当下，中国企业（尤其是情报与咨询服务机构）应如何研判趋势、把握机遇？

1.2 核心调研问题

• 机理层：最小混相压力（MMP）如何决定混相/非混相驱替效率？气窜的三大物理机制如何量化影响采收率？
• 技术层：水气交替、泡沫、凝胶封窜、CO₂ 增稠剂、智能优化、闭环监测各自处于什么成熟度，效果数据如何？
• 格局层：全球与中国的市场规模、主要玩家、专利布局、技术差距如何？
• 决策层：未来 12–36 个月的技术演进方向是什么，企业应采取何种行动路径？

1.3 调研范围界定

• 技术范围：CO₂ 驱油的注采参数优化与气窜控制，涵盖机理、参数、控制技术、数值模拟与 AI 优化、监测预警、专利材料六大维度。
• 地域范围：全球视野，重点对比中美两大主战场。
• 时间范围：全时间轴，以 1972 年美国二叠盆地商业化起步为历史锚点，重点剖析 2023–2026 年最新进展，并前瞻未来 36 个月。
• 颗粒度：宏观（市场政策）—中观（产业链竞争）—微观（具体项目案例与参数）多层次结合。

1.4 调研方法说明

本报告采用多源信息交叉验证的方法：以学术论文（《石油勘探与开发》《油气地质与采收率》《Chemical Engineering Journal》、SPE 论文、arXiv 预印本等）厘清机理与前沿；以权威机构报告（IEA、Global CCS Institute）锚定市场量级；以企业官方披露、政府与央企新闻、行业媒体追踪项目落地数据；以专利数据库分析（Derwent、IncoPat 类二手分析）刻画技术壁垒。所有关键数据均标注来源机构与年份（详见配套《参考文献汇总》，正文从略），并对可信度做分级评估。定性分析与定量数据相互佐证，案例支撑结论。

02 · 技术现状全景

2.1 技术定义与核心原理（白话版）

CO₂ 驱油，简言之，是把二氧化碳注入油藏、利用其与原油的相互作用把"采不动的油"驱替出来的提高采收率技术。其增产机理可拆解为四条传质路径：当地层压力足够高时，CO₂ 与原油混相（互溶为一相），界面张力趋于零，残余油被高效驱替；即便未完全混相，CO₂ 溶入原油后能使原油体积膨胀（增加弹性能、把油"挤"向井筒）、黏度降低（让油更易流动），并抽提原油中的轻—中质烃组分形成富气前缘。这四种作用叠加，使 CO₂ 驱的驱油效率显著高于常规水驱。

决定混相能否实现的关键阈值，是最小混相压力（MMP）——地层压力高于 MMP 即为混相驱（效率最高），低于则为非混相驱（主要靠膨胀降黏）。MMP 是 CO₂ 驱设计的"第一参数"，它的高低直接决定一个油藏是否适合、以何种方式实施 CO₂ 驱。

!图 2-1 CO2驱油四大传质机理示意图 *图 2-1：CO2驱油四大传质机理示意图*

2.2 发展脉络与成熟度评估

CO₂ 驱油的技术演进可划分为三个阶段：

第一阶段（1970s–1990s）：商业化起步。 1972 年，美国得州二叠盆地 SACROC 油田启动全球首个大规模商业 CO₂-EOR 项目，利用天然 CO₂ 气源开展混相驱。这一阶段确立了 CO₂ 混相驱的工程范式，但也暴露了"CO₂ 过早突破"这一气窜核心难题。

第二阶段（1990s–2010s）：技术成熟与全球扩散。 水气交替（WAG）成为标准流度控制手段，凝胶封窜（如 Sydansk 铬—聚丙烯酰胺凝胶）等化学方法陆续工业化，数值模拟（CMG-GEM、Eclipse 组分模型）成为设计标配。中国在这一阶段开始引进、消化、再创新。

第三阶段（2010s 至今）：CCUS 一体化与智能化。 随着双碳目标确立，CO₂ 驱从单纯"增油"升级为"驱油 + 封存"双重价值阶段；人工智能（代理模型、强化学习）开始介入注采优化，4D 地震、井下光纤等闭环监测技术快速发展；海上 CO₂-EOR、直接空气捕集（DAC）耦合 EOR 等新模式涌现。

!图 2-2 CO2-EOR技术成熟度（TRL）矩阵图 *图 2-2：CO2-EOR技术成熟度（TRL）矩阵图*

2.3 国内外整体发展现状

全球 CO₂-EOR 呈现"美国规模领先、中国快速追赶"的格局。美国依托二叠盆地丰富廉价的天然 CO₂ 气源、成熟的 CO₂ 管网（数千公里）以及稳定的 45Q 税收抵免政策，长期占据规模与经验高地——二叠盆地累计产油超 300 亿桶，其中约 13 亿桶由 CO₂ 驱贡献。中国则以三大石油公司加延长石油为主力，在"十三五""十四五"期间密集建成吉林、胜利、长庆、延长等示范项目，并在陆相低渗/特低渗油藏 CO₂ 驱这一美国较少涉足的领域形成了"中国模式"。

两者的技术分野根植于资源禀赋：美国二叠盆地以海相高渗、轻质油为主，原油易与 CO₂ 混相、MMP 较低；中国陆相油藏多为石蜡基原油，重组分含量高、C2–C6 轻烃少、油藏温度高，导致 MMP 偏高、混相困难，倒逼中国发展出"近混相驱"这一独特技术路线。

【表 2-1】中美 CO₂-EOR 发展现状对比