碳達峰碳中和背景下發展CO2-EGR的思考

張烈輝 曹 成 文紹牧 趙玉龍 彭 先 吳建發

1. “油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·西南石油大學 2. 中國石油西南油氣田公司

3.中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院 4. 中國石油西南油氣田公司頁巖氣研究院

0 引言

2020年9月，中國正式宣布將采取有力措施實現二氧化碳（CO2）年排放量力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和的目標，展現出了中國綠色低碳發展的決心。2021年我國CO2排放量達到了119×108t[1]，可見實現碳中和具有很大難度。考慮到歐美等主要發達國家從碳達峰到實現碳中和往往需要50～70年時間，而我國規劃僅用30年實現，更是面臨巨大挑戰。化石能源是我國主要的二氧化碳排放源，2021年我國能源消費總量達到52.4×108t標準煤[2]，與能源相關的二氧化碳排放達到了105.23×108t[3]，占CO2排放總量的88%，并且排放量還在持續增加，因此降低化石能源碳排放是實現碳達峰碳中和目標（以下簡稱“雙碳”目標）的重中之重。天然氣作為碳排放強度最低的化石能源，具有大規模穩定供應的基礎，是替代煤炭進而實現化石能源“低碳化”最現實的選擇[4]。天然氣作為清潔、綠色的化石能源，在相當長一段時間內將占據重要地位。

我國天然氣在能源消費結構中占比較低，2021年僅占比8.9%。從人均天然氣消費來看，2021年我國人均天然氣消費量為261 m3，僅為世界平均水平的51%，具有較大的上升空間。我國包括有水氣藏、致密氣藏、頁巖氣藏等在內的很多氣藏具有很大的挖潛潛力。以四川盆地有水氣藏為例，作為我國天然氣增儲上產的主戰場，四川盆地共有氣田116個，已開發氣田112個，其中產水氣田98個，年產水量達607.86×104m3。在中國石油西南油氣田公司所屬472個氣藏和含氣構造中，有水氣藏達240個，占總氣藏數的50.85%。有水氣藏出水后，致使大量氣井水淹、甚至停產，大量天然氣滯留地下、氣藏采收率不高。因此，大力發展CO2-EGR提高氣藏采收率，既可以促進天然氣產量增加，增強我國天然氣自主保障能力，又可以推動枯竭氣藏CO2封存技術示范，助力我國 “雙碳”目標。目前，我國CO2-EGR尚處于起步階段。為此，針對CO2-EGR發展的全局性問題，系統分析了“雙碳”目標下發展CO2-EGR的意義，CO2-EGR的潛力、發展現狀以及面臨的挑戰，進而針對我國CO2-EGR的發展提出了建議，以期為我國CO2-EGR技術產業發展提供參考，保障國家能源安全。

1 碳達峰碳中和背景下發展CO2-EGR的意義

1.1 保障我國能源安全

在“雙碳”目標對清潔能源的驅動之下，我國天然氣需求旺盛，2021年我國天然氣消費量增長至3 690 ×108m3，在一次能源消費總量中的占比提升至8.9%。但是，2021年我國天然氣進口量達到1 680 ×108m3，同比增長19.9%[5]，我國天然氣對外依存度達到了45.5%，嚴重影響我國能源安全。在當前和今后一段時期，天然氣仍然是我國能源消費結構中的重要組成部分，并且我國的天然氣需求量將進一步增大。由表1可知，世界重要機構預測我國天然氣年消費量在2030年將達到3 700×108～5 800×108m3，平均值為4 990 ×108m3；我國天然氣年消費將在2035—2040年達到峰值，對應的消費量為4 000×108～ 6 840×108m3，平均值為 5 660×108m3；我國天然氣年消費量在2050年仍保持在較高水平，為3 140×108～ 6 470×108m3，平均值為 4 560×108m3。與我國2021年天然氣產量 2 076×108m3相比，我國天然氣年消費峰值存在1 920×108～4 720×108m3的缺口，將給我國能源安全構成嚴峻挑戰。因此，加大國內天然氣勘探開發力度，采用CO2-EGR技術增加國內天然氣產量是我國天然氣資源綠色開發、可持續發展的重要戰略領域之一，對于保障我國能源安全及“雙碳”目標實現具有重要意義。

表1 重要機構對中國天然氣消費量預測情況表

1.2 加速清潔能源體系建設推動能源轉型

由圖1可以看出，我國能源消費仍然以煤炭為主，2021年煤炭消費量占能源消費總量的56%，因此我國能源結構存在高碳能源消費占比高、碳排放強等挑戰，推進能源綠色低碳轉型是實現“雙碳”目標的迫切需要和重要抓手[13]。在可再生能源成為主力能源之前，天然氣將是我國及全球實現能源結構從高碳向低碳轉型升級的最現實能源。天然氣產業還可以通過天然氣制氫等技術手段拉動氫能[14]、CCUS（碳捕集、利用與封存）等產業發展[15]，不斷推進我國能源轉型和清潔能源體系建設。甲烷作為天然氣的主要成分，在所有碳氫化合物中具有最高的氫碳比，因而利用天然氣制氫具有高效率、低碳排放、并適用于規模化制氫等優點[14]，因此天然氣與氫氣協同發展，將加速低碳時代的到來。此外，由于天然氣發電具有啟動停止快、應急能力強的優點，可以有效解決風能、太陽能等可再生資源發電波動強度大等短板，因而天然氣與可再生資源融合發展可以助推新能源穩定供應和規模應用[16]，進一步加速清潔能源體系建設。因此，大力發展CO2-EGR并提高天然氣在能源消費結構中的占比，可以加快能源轉型步伐，助推我國清潔能源體系建設。

圖1 中國能源消費趨勢圖（數據自參考文獻[2]、[12]）

1.3 推動盡早實現“雙碳目標”

由圖2可知，我國與能源相關的CO2排放經歷了緩慢上升期（1980—2001年）、高速上升期（2002—2013年），目前處于低速上升期（2014—2021年）。由于未來10年是我國基本實現現代化建設的重要時期，工業化、城鎮化、信息化多重發展將進一步增加碳排放[12]，因此要實現“雙碳”目標面臨巨大挑戰。在應對氣候問題方面，增加高氫碳比的天然氣在我國能源消費結構中的占比，是減少CO2排放的重要措施，再與CCUS技術集成耦合使用，則可以進一步降低碳排放。CCUS是減少碳排放的重要技術途徑[17-18]，根據國際能源署預測，到2050年CCS技術可以承擔全球19%的CO2減排量[19]。化石能源在我國能源消費結構中占據重要作用，而CCUS是目前實現大規模化石能源零排放利用的唯一技術選擇[20]。

圖2 中國碳排放趨勢圖（數據自參考文獻[3]、[12]）

相較于其他CCUS技術，CO2-EGR具有顯著的技術優勢，主要體現在以下5個方面：①氣藏由于長期賦存天然氣，其構造封閉性和完整性可以得到保障，降低了CO2泄漏的風險；②氣田開采井以及相關井下和地面基礎設施齊全，稍加改造就可以應用于注CO2，大大降低了CO2封存成本；③對原始地層壓力的擾動更小，因為長期的天然氣開采造成地層壓力下降，因此向枯竭氣藏中注CO2會恢復地層壓力；④提高采收率可以額外增加天然氣產量，也可以進一步抵消部分封存成本；⑤與枯竭油藏相比，由于天然氣的壓縮性更高，因而單位體積孔隙中CO2封存容量更大[21]，在鹽水層中CO2封存大規模運用之前，枯竭氣藏封存CO2是很好的技術選擇。因此，開展CO2-EGR既可以促進天然氣產量增加，又可以推進碳捕集利用與封存技術應用示范，推進天然氣生產過程綠色化，從而助力我國實現“雙碳”目標。

2 CO2-EGR潛力與發展現狀

2.1 提高采收率潛力

CO2-EGR示意圖如圖3所示，注入儲層的CO2通過驅替作用和重力分異作用等機制實現提高氣藏的采收率。具體地，CO2驅提高氣藏采收率的作用機理主要有以下4個方面：①提高儲層壓力，增大壓力梯度，從而提高天然氣滲流速度；②CO2與天然氣之間顯著的密度差異會導致重力分異，因此儲層底部的CO2對天然氣具有抬升作用；③在儲層溫度壓力條件下，CO2往往呈超臨界狀態，其黏度遠高于天然氣，會產生有利于驅替的流度比；④CO2通過競爭吸附作用置換出儲層中的CH4，對于存在邊底水的氣藏，注入CO2還可以抑制和減緩水侵，延長無水和低水開采期。有水氣藏初始采收率低，通常僅30%～50%，因此提高采收率潛力大，此外，凝析氣藏、煤層氣藏、致密氣藏、頁巖氣藏也可依靠CO2-EGR提高采收率。CO2-EGR提高采收率的潛力為10%～35%[22]。如圖4所示，儲層巖石性質和流體性質及其耦合作用會影響提高采收率效果，包括巖石孔隙結構、礦物組分、非均質性、表面性質、敏感性、天然氣組分、注入氣組分、地層水含量及化學成分等。此外，地質構造、溫度壓力分布、井網部署、注采層位、注氣時機、注入速率、注氣總量等工程參數也會顯著影響驅替效率和提高采收率效果，因此對于特定的氣藏，CO2的提高采收率潛力應予具體分析。

圖3 CO2-EGR作用機理示意圖

圖4 CO2-EGR影響因素圖

2.2 CO2封存潛力

枯竭氣藏（DGR）是封存CO2的重要場所，具有較大的封存潛力。此外在CO2-EGR過程中，由于CO2滯留儲層，也可以封存一定量的CO2[23]。我國氣藏總的CO2封存容量約為304.8×108t，主要分布于鄂爾多斯盆地、四川盆地、鶯歌海盆地、塔里木盆地、準格爾盆地和渤海灣盆地，其對應的CO2封存量分別為 85.88×108t、58.87×108t、37.47×108t、26.78×108t、15.95×108t、14.46×108t[24]。為降低注入成本，考慮深度為800～3 000 m的淺層氣藏，適合實施CO2封存的天然氣藏共有754個，主要分布于鄂爾多斯盆地、四川盆地、渤海灣盆地和塔里木盆地[25]。考慮城市層面的源匯匹配，氣藏總的封存容量達到243.39×108t，其中通過EGR可封存90.18×108t CO2，通過枯竭氣藏可以封存153.21×108t CO2。EGR過程中CO2封存潛力超過100×104t的氣田共348個，對應的EGR封存量為89.16×108t，占所有氣田EGR封存量的99%[25]。EGR過程中CO2封存量最大的是蘇里格氣田，對應封存量為19.59×108t，其次是神木氣田、大牛地氣田、合川氣田以及安岳氣田，它們分別可以封存 5.57×108t、4.83×108t、4.58×108t、3.39×108t。停止驅氣提采轉為封存階段之后，對應的封存量有所上升。上述5個氣藏也是DGR封存潛力最大的氣藏，對應的CO2封存 量分 別 為 31.09×108t、8.85×108t、7.66×108t、7.27×108t、5.38×108t。因此，在鹽水層 CO2封存規模化推廣之前，可以重點圍繞上述盆地及氣藏開展CO2-EGR。

2.3 CO2-EGR主要工程項目

全球CO2-EGR總體處于機理探索及小規模先導試驗階段，主要包括澳大利亞CO2CRC Otway項目、加拿大Alberta項目、荷蘭K12-B項目等。此外還開展了一些研究項目，包括德國Altmark氣田（CLEAN項目）、澳大利亞CO2CRC Otway項目、澳大利亞CASTOR項目。目前全球已經規劃、在建和運行中的商業化CCUS項目仍然以地質封存和EOR為主，極少見CO2-EGR項目。中國針對凝析氣藏開發末期注CO2提高采收率的研究和實施相對較多，并在沁水盆地開展了CO2驅煤層氣的小規模先導試驗，但迄今尚未開展規模化CO2-EGR的現場實施應用。

加拿大Alberta項目[26]由于油氣枯竭，將2口采氣井轉換成了酸氣回注井，從2002年開始向F氣藏實施酸氣（98%CO2+ 2%H2S）回注，注入后1～3年內采氣井有CO2突破，2005年由于酸氣的突破而停止注氣。實驗發現CO2突破早于H2S，在某些井中突破的時間差高達1年。其原因在于CO2的溶解度遠低于H2S，導致H2S會優先溶于注入井附近的地層水，飽和H2S的地層水進一步降低了CO2的溶解能力，CO2只能以氣相形式向遠端運移，因此CO2突破早于H2S。這種色譜分離現象可以應用于對CO2的監測，將溶解度遠低于CO2的N2與其共同注入地層，則N2會先于CO2到達監測井，因此N2的突破可以作為CO2發生突破的監測信號[27]。

澳大利亞Otway項目[28]是在CO2CRC框架下開展的首個澳大利亞CO2安全生產、運輸、灌注和地下封存的示范項目。Otway項目將產自臨近Buttress氣藏的氣體（80%CO2+ 20%CH4），注入Otway盆地Naylor氣藏，儲層為埋深2 000 m，厚25～30 m砂巖地層，儲層孔隙度為20%，滲透率介于1～5 mD，封存容量達15 ×104t。從2008年3月至2009年8月累計注入量為6.5×104t。由于斷層作用下儲層三面均為厚度為300 m的泥巖，將CO2運移范圍限制在0.5 km2范圍之內。這可以為我國開展早期非均質儲層CO2-EGR先導試驗提供參考，我國可以選擇類似的封閉儲層開展CO2-EGR先導試驗，盡可能地降低CO2-EGR工程上的不確定性。Otway項目地震圖像和流體采樣分析證實了地質力學模型和地球化學模型分析的正確性。監測結果顯示，大氣、土壤、淺層地下水中均無示蹤劑，證實了枯竭氣藏CO2封存的安全性和有效性。

荷蘭K12-B項目[29]位于北海，在海上平臺將采出氣中的CO2（濃度達13%）分離出來注入地層，這是世界首次將采出CO2回注入原氣藏。儲層在海平面下約3 800 m，地層壓力從原始地層壓力40 MPa降低至4 MPa（采收率90%），地層溫度為128 ℃，儲層由滲透率為300～500 mD的高滲透地層與滲透率為5～30 mD的中低滲透率地層組成，蓋層為厚達500 m的鹽巖。注氣時間為2003—2017年，注入氣成分為95%CO2+ 5%CH4，累計注入量超過10×104t。項目分為以下3個研究階段。第一階段：研究利用現有管柱和設備實施注CO2的適應性研究，具體包括厘清CO2對設備、地層和采氣的影響、對地面及井下設備的要求、考察合適的注入井廢棄流程、考察法律法規及社會方面的可行性、HSE評價分析、經濟性評價。第二階段：研究CO2注入和封存相關的技術、操作、安全、環境、經濟等相關問題，并通過項目獲得相關經驗，這個過程持續了15年。第三階段：研究將CO2注入及封存規模從示范規模擴展到商業規模的適應性。 第一階段和第二階段已經通過項目完成了，第三階段任務仍在評估中。采用溫度壓力梯度測試、采出氣水分析、測井、示蹤劑、電磁成像工具等分析方法監測CO2的影響，項目運行期間未發生明顯的事故，證實了CO2在荷蘭大陸架枯竭氣藏封存的適應性和安全性可以得到保障。

德國CLEAN項目[30]由德國聯邦教育和研究部資助（2008—2011年），針對將CO2注入Altmark氣藏驅氣提高采收率及其地質封存，在CO2注入地質風險評價、井筒完整性、環境效應監測等方面開展了系統的研究。室內實驗、數值模擬和礦場試驗證實了Altensalzwedel儲層封存10×104t CO2的安全性。盡管由于未獲批準，沒能大規模實施注氣，但仍為全球CO2-EGR提供了系統豐富的技術和管理經驗。

3 CO2-EGR發展面臨的挑戰

3.1 碳減排難以量化核算

全國碳排放權交易市場已于2021年7月16日正式上線交易，截至2022年9月13日，全國碳市場碳排放配額（CEA）累計成交量1.95×108t ，累計成交額85.59×108元，成交均價43.89 元/t。然而關于CO2-EGR過程中產生的量化碳減排效果，國內外尚缺乏統一、科學的核算方法，致使通過CO2-EGR技術的減排貢獻無法被準確核算，因此CO2-EGR的封存減碳配額難以納入碳交易市場，無法實現碳匯效益。

3.2 技術挑戰

CO2-EGR是一個復雜的系統工程，涉及多相多組分流動、CO2—地層流體—巖石化學反應等物理化學過程。盡管國內外學者開展了大量研究工作，但仍存在一些技術瓶頸，主要體現在CO2多元混合體系相行為預測、非均質氣藏CO2提高采收率潛力評價、CO2—地層流體—巖石耦合作用評價、CO2—天然氣混合控制、氣藏地質體穩定性評價等幾個方面。

3.2.1 CO2多元混合體系相行為預測

由于CO2捕集及提純成本占整個CCUS流程的70%左右[31]，因此將含雜質的CO2用于驅氣提高采收率及封存具有非常重要的意義。尾氣、煙氣是CO2的重要來源，其中的雜質氣體如N2、O2、H2O、H2S、SO2等，以及氣藏中的CH4會對CO2的相態特征造成顯著影響，并且注入的CO2多元混合氣體在驅氣及封存過程中經歷溫度壓力的大幅變化，造成CO2多元混合氣體在多孔介質中的相行為難以準確預測。

3.2.2 非均質氣藏CO2提高采收率潛力評價

非均質氣藏，如孔隙—裂縫—洞穴多重介質儲層儲集空間形態復雜，會對CO2的擴散系數造成影響，導致CO2在儲層中賦存運移狀態難以準確定量描述。在裂縫發育的儲層中，CO2容易通過裂縫發生氣竄，致使難以精確描述CO2驅氣前緣。此外，CO2多元體系在非均質儲層中的復雜相變行為會對混合氣體的密度、黏度、擴散系數等物性參數造成影響，進而影響驅氣提高采收率效果，致使CO2提高采收率潛力難以準確評價。需要指出的是，由于非均質氣藏具有的復雜儲層孔隙結構，CO2在其中的封存潛力同樣難以準確評價。

3.2.3 CO2—地層流體—巖石耦合作用評價

CO2—地層流體—巖石作用室內實驗往往受制于時間和空間的限制，不能有效反映CO2-EGR過程中跨時間尺度和空間尺度下CO2—地層流體—巖石耦合作用。數值模擬可以解決時間和空間尺度的問題，但是存在多尺度三維地質結構精細化模型以及精細化水文地質結構模型難以構建的問題，而用于模擬的化學反應動力學參數由于應用尺度的擴展往往難以準確描述礦場尺度下的水巖反應，此外地層的非均質性和礦物分布的非均質性難以精確表征，并且CO2—地層流體—巖石耦合作用的長期不確定性難以量化表征，導致CO2—地層流體—巖石長時耦合作用并不明確，致使難以精確預測CO2羽流、地層孔隙結構、巖石力學性質的演變規律。

3.2.4 CO2—天然氣混合控制

氣藏中注入的CO2與天然氣的混合會影響驅替效率，并導致CO2在生產井中快速突破，致使驅氣提高采收率的效果較差，而采出氣中的CO2又進一步增加了地面處理工藝難度和成本，降低了CO2-EGR的綜合經濟效益，因此控制CO2—天然氣混合具有重要意義。然而CO2-EGR過程中在壓力梯度驅替作用以及分子擴散作用下，CO2—天然氣沒有明顯的分隔界面，CO2—天然氣存在混合區域，并且難以有效控制。

3.2.5 氣藏地質體穩定性評價

在開展CO2-EGR的整個過程中，包括選址、注入參數設計、監測方案設計等均應考慮氣藏地質體的穩定性。氣藏往往具有較為穩定的儲蓋層組合及構造圈閉，然而斷層和裂縫系統的存在增大了CO2泄漏的風險性，因為CO2注入后物理化學共同作用下可能誘發斷層活化及裂縫延伸，形成CO2泄漏通道。此外，注入的CO2可能腐蝕固井水泥環進而破壞井筒完整性，也可能突破蓋層的毛細管壓力或者壓裂蓋層從而形成泄漏通道，如圖5所示。注入CO2后氣藏地質體的穩定性評價需要考慮熱—水—力—化多場耦合作用，目前CO2注入后物理化學共同作用下誘發斷層活化及裂縫延伸機制并未明確，致使CO2沿著斷層和裂縫泄漏的風險性不能定量有效評估，CO2注后地質體的長期穩定性難以準確評價。

圖5 CO2潛在泄漏通道示意圖（據參考文獻[32]修改）

4 CO2-EGR發展對策

4.1 明確CO2-EGR發展路徑

4.1.1 強化CO2-EGR在多能互補能源系統中的減排作用

①探索可再生能源+ CO2-EGR的技術集成，由于開展CO2-EGR需要使用能源，因此將風能、光伏、地熱能等可再生能源為CO2-EGR工藝過程提供電能，則可以進一步拓展可再生能源使用空間，延展清潔固碳產業鏈。②探索儲能技術+ CO2-EGR的技術集成，對采收率較低的有水氣藏，采用CO2驅提高氣藏采收率，然后由驅氣開發轉換為儲氣庫建設，并持續注入一定量的CO2充當儲氣庫的墊層氣，以期提高儲氣庫有效工作氣量。③擴展CO2-EGR技術在新興能源與工業系統中的應用，例如將CO2-EGR與煤制氫技術集成耦合使用，可以同時滿足清潔化和經濟性的雙重要求，助推傳統難減排的煤炭行業深度脫碳。

4.1.2 構建CO2-EGR空間布局

結合“雙碳”目標下重點行業的減排需求及路徑，建立全國統一大市場，加強CO2運輸管網和集群設施建設，讓小規模碳捕集項目也可應用于CO2-EGR，從而受益于規模經濟。根據封存地質場所開展大規模篩選，考慮CO2源匯匹配問題，構建CO2-EGR空間布局，進而明確CO2-EGR發展路線。

4.1.3 強化CO2-EGR數字融合

新一輪科技革命和產業變革帶動了數字技術的快速發展，也為天然氣勘探開發提質增效和高質量發展帶來了新的機遇。當前我國天然氣產業正處于數字化轉型和智能化發展的重要階段，我國CO2-EGR應高起點布局，在產業布局初期就重視與數字的深度融合，高水平構建智能CO2-EGR產業鏈，高效推進我國智慧能源體系建設，支撐我國實現“雙碳”目標。

4.1.4 推進國際合作與產學研用協同

考慮到我國天然氣高度依賴進口，因此應充分發揮跨國資源優勢互補，進一步推進國際合作，在技術研發、產業應用等方面開創CO2-EGR對外合作新局面。天然氣勘探開發主體可以考慮與科研院校合作建立科技創新聯合體，加強產學研用協同攻關，積極推進CO2-EGR產教融合，在CO2-EGR科研項目攻關、科技成果轉化、專業人才培養等方面深度合作，支撐CO2-EGR科技和產業高質量發展。

4.2 加速建立CO2-EGR政策支持體系

面對“雙碳”目標對天然氣產業發展的需求，我國應進一步完善法律法規體系，將CO2-EGR納入重點鼓勵發展的產業和技術目錄、為CO2-EGR項目提供融資支持。此外，應充分借鑒美國45Q稅收法案、加拿大CCS稅收抵免政策等國外政策，建立符合我國國情的稅收優惠和補貼激勵政策，加速推動CO2-EGR商業化步伐。借鑒歐洲創新基金政策，創立CO2-EGR發展基金，支持創新技術研發及其工業應用，以期為加速CO2-EGR產業高質量發展提供支撐。

4.3 加快構建CO2-EGR方法學與標準體系

2022年3月，《中共中央、國務院關于加快建設全國統一大市場的意見》[33]指出，要建設全國統一的碳排放權交易市場，實行統一規范的行業標準、交易監管機制。但是目前我國CO2-EGR標準體系建立進度較為緩慢，應借鑒ISO/TC265 CCUS標準[34-37]、加拿大CSA-Z741 CCS標準[38]等國際標準以及我國天然氣行業相關標準[39-42]，建立CO2捕集、運輸、驅氣提高采收率全產業鏈標準體系，規范CO2-EGR項目的建設、運營、和監管。

4.4 積極開展CO2-EGR關鍵技術攻關

針對CO2-EGR存在的關鍵技術瓶頸，應著重在以下7個方面開展技術攻關：①建立CO2多元體系相平衡模型，研究CO2多元體系的相平衡規律，明確CO2多元混合體系從地面注入到驅氣過程中的相態變化特征；②建立有水氣藏、非均質氣藏、致密氣藏、頁巖氣藏注CO2提高采收率潛力評價方法，進而構建不同類型氣藏的CO2提高采收率評價指標體系；③構建CO2—地層水—巖石化學反應動力學模型、明確CO2—地層水作用下巖石礦物轉化規律、巖石孔隙結構和孔滲特性的演化規律，進而明確高溫高壓條件下CO2-CH4—地層水—巖石微觀耦合作用機制；④建立CO2作用下熱—水—力—化多場耦合作用下巖石強度理論與破壞準則，明確巖石損傷機制和蓋層封閉性演化規律，進而明確CO2對地層巖石的長時耦合作用機制；⑤研究CO2作用下結構面剪切滑移規律以及結構面強度力學、化學劣化機制及實效特征，構建CO2注入引起的物理、化學作用下斷層活化判據和裂縫延伸判據，明確結構面封閉性演化規律；⑥明確CO2-CH4-H2O多元體系在地層條件下的相態特征及擴散規律，建立考慮水巖反應影響的多相多組分流體在氣藏多重介質中的滲流理論，明確CO2-CH4—水多元體系在孔隙—裂縫—洞穴復雜多重介質中的滲流規律和賦存狀態演變機制；⑦明確地質工程條件、氣藏開發歷程對CO2-EGR的影響規律，進而建立CO2-EGR及封存一體化設計方法。

4.5 建立CO2-EGR規模產業集群

成本是制約包括CO2-EGR在內的CCUS產業發展的重要原因，而建立規模產業集群可以顯著降低產業綜合成本，提升經濟效益。因此，應圍繞鄂爾多斯盆地、四川盆地、渤海灣盆地和塔里木盆地構建CO2-EGR產業集群，突出規模效應。考慮到四川盆地有水氣藏發育，已開發的98個有水氣藏尚存50%～70%的剩余天然氣。此外，《四川省“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》[43]《中共四川省委關于以實現碳達峰碳中和目標為引領推動綠色低碳優勢產業高質量發展的決定》[44]等文件，指出積極發展清潔能源，推動天然氣增儲上產，建成“氣大慶”，打造國家天然氣千億立方米級產能基地，開展碳捕集利用與封存等關鍵技術攻關，以及先進綠色低碳技術示范應用，為四川盆地CO2-EGR示范區建設提供了政策保障。因此可以優先在四川盆地建立CO2-EGR示范區，打造國內CO2-EGR示范基地，然后進一步在全國推廣應用。

5 結論

1）“雙碳目標”的提出給中國CO2-EGR產業技術的發展帶來了機遇，發展CO2-EGR對于保障我國能源安全、加速清潔能源體系建設推動能源轉型、從而助推實現“雙碳目標”均具有重要推動作用。

2）由于CO2-EGR存在碳減排難以量化核算、CO2—天然氣混合難以控制、CO2注后地質體的長期穩定性難以準確評價等挑戰，CO2-EGR發展較為緩慢。為此，我國應借鑒美國的稅收抵免政策和歐洲的創新基金政策，建立CO2-EGR政策支持體系，積極開展CO2-EGR關鍵技術攻關，加快構建CO2-EGR方法學與標準體系。

3）強化CO2-EGR在多能互補能源系統中的減排作用，助推可再生能源規模化運用，并推動傳統難減排的煤炭行業深度脫碳；強化CO2-EGR數字融合，從而推動行業快速高質量規范發展；構建CO2-EGR空間布局，率先在四川盆地建立CO2-EGR示范區，然后向全國推廣運用，通過規模產業集群提升CO2-EGR的綜合經濟效益。