科创中国
超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2026-04-23 11:00:52
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2026-04-23 11:00:53
本发明涉及超临界CO2注入页岩储层焦耳‑汤姆逊效应的模拟试验方法，具体包括以下步骤：制备超临界CO2，模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳‑汤姆逊效应，并测量相应的温度参数和压力参数，计算出焦耳‑汤姆逊系数；评估不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳‑汤姆逊效应的影响。本发明模拟不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔条件下超临界CO2注入页岩储层的焦耳‑汤姆逊效应，并通过对比分析其对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳‑汤姆逊效应的影响，以便为生产中优化选择合理的完井方式和射孔数量，这对于实际生产中超临界CO2工程注入的安全实施和降低工程注入风险具有重要意义。
该模拟试验方法的核心技术在于“岩心夹持器与微热电偶阵列设计-多物理场耦合加载-时序反演计算”三维体系。岩心夹持器采用耐高压（40MPa）、耐温（150℃）合金材质，沿轴向与径向布设微型铠装热电偶阵列（间距5mm），实现对岩心内部温度场的高分辨率捕捉。试验系统集成高精度压力控制器、背压阀与质量流量计，可模拟地层条件下不同注入压力与排量。焦耳-汤姆逊系数通过测量节流前后温差与压差，结合能量守恒反演计算。试验过程由工控机全自动控制，支持长期注气（72小时）与循环注采模拟。
该方法可广泛应用于CO₂增强页岩气开采、CO₂地质封存及地热资源开发等领域。特别适用于评估不同注入参数对页岩储层温度扰动的影响，以及预防干冰冷凝导致的孔喉堵塞风险。随着“双碳”目标下CCUS技术发展，对超临界CO₂与储层相互作用的机理研究需求日益迫切。该方法还可拓展至煤层气开采、天然气水合物分解及地热储层改造等模拟试验，具备广阔的应用前景。
武汉工程大学位于湖北省武汉市，是一所以工为主，覆盖工、理、管、经、文、法、艺术、教育等多学科协调发展的省属重点大学。学校创建于1972年，原名湖北化工石油学院，后更名为武汉工程大学，现设有流芳、武昌两个校区。学校以化工、材料、矿业等传统优势专业为特色，拥有博士学位授予权，是湖北省“一流学科”建设高校。学校注重产学研结合，培养应用型创新人才，毕业生就业率长期保持较高水平，是服务国家及区域经济社会发展的重要工程技术人才培养基地。
本成果产生的效益显著。科研效益上，为CO₂注入页岩的热-流-固耦合模型提供了关键参数与验证数据，提升了数值模拟的可靠性。工程效益上，指导现场注入参数的优化设计，避免因焦耳-汤姆逊冷却效应导致的近井地带冰堵与地层损伤，提高注入效率与安全性。经济效益上，减少因参数不当造成的无效注入与修井作业成本；为CCUS项目提供风险评估实验依据，降低投资不确定性。技术效益上，建立了高温高压下多孔介质焦耳-汤姆逊效应的标准测试流程。产业层面，增强了我国在CO₂利用与封存关键实验技术领域的自主创新能力。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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