本书以多机制耦合捕集CO2 及其提采低渗油气藏等利用为主线，全书共10 章，重点介绍了基于多孔介质/ 液体介质悬浮浆液的吸收-吸附耦合法捕集CO2 的技术建立流程、效果评价及相关作用机理；阐述了注CO2 开采致密气和低渗油藏原油所涉及的相态、驱替特征及相关机理等，并分别建立了体相和多孔介质中天然气相态性质预测理论模型以及体相和多孔介质中原油相态性质的预测理论模型；同时对吸收-吸附耦合碳捕集和注CO2 采油气两个领域的技术耦合进行了展望。本书着眼于新型CO2 捕集技术开发以及CO2 在油气藏开发领域中的利用，具有较强的创新性和前瞻性，可供CO2 捕集、利用等领域的科研人员、工程技术人员和管理人员参考，也可供高等学校石油与天然气工程、地质工程及相关专业师生参阅。

温室气体排放是全球气候变暖、极端天气频发的主要原因，CO2 是人类排放最多的温室气体。控制CO2 排放、实现1.5℃温控目标已成为全球性的气候治理格局。我国提出了2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和的双碳目标，展现了负责任大国的担当。CCUS（碳捕集、利用与封存）技术是当前实现碳中和目标的必要手段，对减缓全球气候变化具有重要意义。
国内在碳捕集技术研究方面已有较长历史，形成了以化学分离为主，吸附分离、深冷分离法等快速发展的局面，目前仍在降低化学法分离能耗、提高物理法分离效果以及降低分离材料合成、应用成本等方面持续发展。耦合不同分离技术实现分离效果的复合强化是当前的一个重要发展方向。只有将捕集的CO2 利用或进行封存才能实现CCUS 闭环，CO2 在物理、化学、生物等领域应用广泛，其中将CO2 注入油气藏不仅能提高油气采收率同时还能实现碳封存，该方法被认为是最可能规模化实现碳封存的主力技术。注CO2 是北美洲地区主要的油藏提采方式，截至当前已进行的项目超过200 个。国内从20 世纪60 年代开始在大庆油田葡I4-7 层和萨南东部过渡带进行了注CO2 采油矿场试验；进入21 世纪后发展越来越快，但受储层特征、气源或成本等因素的影响并没有取得全面推广，部分机理尚未完全揭示；注CO2 提采天然气技术虽已提出超过30 年，但实际应用寥寥无几，低渗、致密气藏的开发为该项技术的应用提供了契机，揭示相关机理、探究如何有效提高驱替效果等仍是当前的研究重点。本书可供CCUS 领域科技人员、油气田现场工作人员等参考，也可供高等学校化学化工、石油与天然气工程、地质工程等专业的师生参考。
本书共分为10 章，第1 章是绪论部分，主要简述现有碳捕集技术和CO2 利用、封存等方面的发展现状。第2 章～第5 章瞄准新型CO2 捕集技术开发，其中第2 章展示了基于柴油/ 水乳液体系的吸收-水合耦合法分离IGCC 混合气和沼气的效果，该技术是吸收-吸附耦合碳捕集技术建立的基础；第3 章～第5 章展示了基于多孔介质/ 液体介质悬浮浆液的吸收-吸附耦合法捕集CO2 的方法建立流程、效果评价及相关作用机理。第6 章～第9 章瞄准CO2 在油气藏开发领域中的利用，其中第6 章和第7 章展示了注CO2 开采致密气所涉及的相态、吸附、扩散和驱替特征及相关机理，并建立了体相和多孔介质中CO2-天然气混合气相态性质预测理论模型；第8 章和第9 章展示了注CO2 开采低渗油藏原油所涉及的相态和驱替特征，同样建立了体相和多孔介质中原油溶解CO2 前后相态性质预测理论模型。第10 章对吸收-吸附耦合碳捕集技术在油气开发中的应用前景进行了展望。
本书由刘煌、陈光进、杜建芬著，内容基于笔者及团队多年在碳捕集技术开发、注CO2 提采低渗油气藏机理研究方面的科研成果，其中碳捕集技术开发在中国石油大学（北京）陈光进教授指导下完成，注CO2 提采油气机理研究在西南石油大学郭平教授和杜建芬教授指导下完成。在本书编写过程中，唐林伟、黄豪、王麒淋在资料收集及校对等方面给予较多支持；陈思女士对图书绪论部分给予较多指导和润色等。在此，对本书内容形成过程中给予支持的各位指导老师、编写人员表示衷心的感谢！
限于著者水平及编写时间，书中不足及疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。

著者　　
2025年3月　

无

第1章 绪论 001
1.1 CO2 排放及捕集技术研究现状 003
1.1.1 CO2 排放现状及减排行动 003
1.1.2 CO2 捕集技术 004
1.2 CO2 利用概述 006
1.2.1 CO2 物理利用 006
1.2.2 CO2 化学利用 006
1.2.3 CO2 生物利用 006
1.2.4 CO2 地质利用与封存 007
1.3 注CO2 提采油气技术发展现状 009
参考文献 011

第2章 吸收- 水合耦合法捕集CO2 效果评价 015
2.1 吸收- 水合耦合法分离沼气效果评价 017
2.1.1 实验材料及配制 017
2.1.2 实验装置 018
2.1.3 实验方法 019
2.1.4 实验数据处理过程 019
2.1.5 结果与效果分析 020
2.2 吸收- 水合耦合法分离IGCC 混合气效果评价 025
2.2.1 实验材料及配制 025
2.2.2 实验装置 026
2.2.3 实验方法 026
2.2.4 结果与效果分析 027
参考文献 037

第3章 吸收- 吸附耦合捕集CO2 方法建立 039
3.1 多孔介质/ 液体介质混合浆液捕集CO2 性能评价 042
3.1.1 实验材料 042
3.1.2 实验装置和实验方法 043
3.1.3 实验数据处理过程 044
3.1.4 实验装置和实验方法可靠性验证 045
3.1.5 ZIF-8/ 液体介质混合浆液捕集CO2 046
3.1.6 MOFs/ 液体介质混合浆液捕集CO2 048
3.1.7 活性炭/ 液体介质混合浆液捕集CO2 048
3.1.8 分子筛/ 液体介质混合浆液捕集CO2 049
3.1.9 石墨烯/ 液体介质混合浆液捕集CO2 050
3.2 多孔介质/ 液体介质混合浆液悬浮稳定性研究 050
3.2.1 实验设备 052
3.2.2 实验方法 052
3.2.3 ZIF-8/ 水、ZIF-8/ 乙二醇和ZIF-8/ 乙醇浆液稳定性 052
3.2.4 其他类型多孔介质/ 液体介质混合浆液稳定性 055
参考文献 057

第4章 ZIF-8/ 液体介质复合浆液捕集CO2 效果评价 - 059
4.1 相平衡分离实验 061
4.1.1 实验材料 061
4.1.2 实验装置和实验方法 061
4.1.3 干ZIF-8 捕集CO2 063
4.1.4 ZIF-8/ 水浆液捕集CO2 064
4.1.5 ZIF-8/ 乙二醇浆液捕集CO2 067
4.1.6 ZIF-8/ 乙二醇-2- 甲基咪唑浆液捕集CO2 071
4.2 CO2/N2、CO2/CH4 在ZIF-8/ 乙二醇-2- 甲基咪唑浆液中穿透分离实验 078
4.2.1 实验装置 078
4.2.2 实验材料 079
4.2.3 实验方法 079
4.2.4 结果及分析 079
参考文献 083

第5章 ZIF-8 浆液捕集CO2 机理研究 085
5.1 CO2 在不同体系中吸附/ 吸收能力 087
5.1.1 实验材料及装置 087
5.1.2 实验方法 087
5.1.3 数据处理过程 088
5.1.4 干ZIF-8 吸附CO2 特征 090
5.1.5 2- 甲基咪唑- 乙二醇溶液吸收CO2 特征 090
5.1.6 ZIF-8/ 乙二醇-2- 甲基咪唑浆液吸收- 吸附CO2 特征 091
5.2 CO2 在ZIF-8/ 乙二醇-2- 甲基咪唑浆液中溶解机理及理论 093
5.2.1 CO2-ZIF-8/ 乙二醇-2- 甲基咪唑微观作用分析 093
5.2.2 CO2 在ZIF-8/ 乙二醇-2- 甲基咪唑浆液溶解量计算数学模型 095
5.3 ZIF-8 浆液黏度测定 099
5.3.1 实验装置 099
5.3.2 实验方法 100
5.3.3 数据处理过程 100
5.3.4 纯乙二醇黏度 100
5.3.5 2- 甲基咪唑- 乙二醇溶液黏度 100
5.3.6 ZIF-8/ 乙二醇-2- 甲基咪唑混合浆液 101
5.4 ZIF-8 浆液黏度预测方程式建立 102
5.4.1 黏度预测方程式建立 102
5.4.2 模拟结果分析 103
参考文献 104

第6章 注CO2 对天然气相态性质影响实验与理论研究 107
6.1 PVT 筒中CO2 注入对天然气相态影响实验 109
6.1.1 实验装置 109
6.1.2 实验材料 110
6.1.3 结果及分析 110
6.2 多孔介质中CO2 注入对天然气相态影响实验研究 113
6.2.1 实验装置 113
6.2.2 实验流体 114
6.2.3 实验步骤 114
6.2.4 结果及分析 114
6.3 CO2 注入对天然气相态影响理论预测模型 116
6.3.1 PVT 筒中注CO2 天然气混合流体偏差因子预测模型建立 116
6.3.2 多孔介质中天然气相态性质预测模型建立 119
参考文献 120

第7章 注CO2 开发致密气机理研究 123
7.1 CO2、天然气在低渗岩心中吸附测定 125
7.1.1 实验装置 125
7.1.2 实验材料 126
7.1.3 实验步骤 126
7.1.4 结果及分析 127
7.2 致密砂岩岩心中CO2- 天然气扩散特征 129
7.2.1 实验装置 129
7.2.2 实验样品 131
7.2.3 实验步骤 131
7.2.4 数据处理 132
7.2.5 实验结果及分析 133
7.3 注CO2 提高低渗气藏采收率长岩心实验 137
7.3.1 实验装置 137
7.3.2 实验样品 138
7.3.3 实验方案 139
7.3.4 实验步骤 139
7.3.5 结果及分析 140
参考文献 149

第8章 注CO2 对原油相态性质影响实验与理论研究 151
8.1 PVT 筒中CO2 注入对原油相态影响实验评价 153
8.1.1 实验装置及方法 153
8.1.2 实验样品 153
8.1.3 结果及分析 154
8.2 多孔介质中CO2 注入对原油饱和压力影响实验研究 155
8.2.1 实验装置 156
8.2.2 实验材料 157
8.2.3 实验测试流程 157
8.2.4 结果及分析 158
8.3 CO2 注入对体相原油相态影响理论模型建立 165
8.3.1 PVT 筒中原油相态模型 165
8.3.2 计算结果 166
8.4 多孔介质中原油相态性质预测模型建立 167
8.4.1 所建模型 168
8.4.2 计算结果 168
8.5 CO2 溶解对原油固相沉积条件影响研究 169
8.5.1 实验装置 169
8.5.2 实验样品 170
8.5.3 实验步骤 170
8.5.4 结果及分析 171
8.6 CO2- 原油多级接触作用引发原油内固相沉积特征分析 172
8.6.1 实验装置与流程 172
8.6.2 实验样品 174
8.6.3 实验步骤 174
8.6.4 结果及分析 174
参考文献 177

第9章 注CO2 提采低渗油藏机制评价 179
9.1 连续CO2 驱提高低渗油藏采收率单管长岩心实验 181
9.1.1 实验装置 181
9.1.2 实验样品 181
9.1.3 实验步骤 185
9.1.4 结果及分析 185
9.2 水驱 CO2- 水交替驱提高低渗油藏采收率双管长岩心实验 190
9.2.1 实验装置 190
9.2.2 实验样品 190
9.2.3 实验步骤 192
9.2.4 结果及分析 192
9.3 泡沫剂改变水驱及水驱 CO2- 水交替驱效果评价 212
9.3.1 实验装置 213
9.3.2 实验样品 213
9.3.3 实验步骤 213
9.3.4 结果及分析 213
9.4 三种不同CO2 注入方式驱油效果对比 215
参考文献 216

第10章 结论与趋势分析 217
10.1 结论及创新 219
10.1.1 结论 219
10.1.2 创新 221
10.2 耦合碳捕集技术在油气开发中的应用前景 221