毕业时间：2024

毕业去向：中国石油勘探开发研究院

学位论文：

二氧化碳（CO2）驱是非常规油藏提高采收率的重要开发手段之一。二氧化碳注入储层可以有效扩大波及体积并选择性地萃取原油组分，造成重质组分在储层孔隙中沉积，降低储层孔隙度和渗透率，改变岩石表面润湿性，最终降低原油产量。本论文通过物理模拟不同赋存状态原油萃取实验和二氧化碳驱实验，利用色谱、高温模拟蒸馏和高分辨质谱等分析测试手段，对采出油和重质组分沉淀进行了分子组成分析，同时定量分析了对储层孔渗和润湿性的影响。

分析了超临界二氧化碳萃取油的分子组成，揭示了岩石表面吸附油和孔隙内游离油的萃取选择性。首先对比了连续萃取过程的分子选择性。多孔介质持续萃取逐渐重质化，咔唑类含氮化合物增多。而向后多次接触萃取逐渐轻质化，酚酸类含氧化合物增多。然后对比了不同储层条件对萃取选择性的影响。压力升高促进二氧化碳对高沸点烃类化合物、含氮化合物的萃取。但是由于包裹效应，吸附油和游离油在不同温度下的萃取选择性相反。此外注入量、矿物、含水和注入方向也会对萃取作用产生影响。

建立了用于分析二氧化碳驱原油组分变化的填砂管装置及方法，确定了向后多次接触萃取过程是主要作用机理，同时明确了作用阶段和程度。0–0.4 PV波及作用占主导，0.4 PV以上萃取作用是主要作用，采收率贡献占比45%，并逐渐从游离油作用于吸附油。添加不同流体段塞均会降低萃取作用收率。但是氮气段塞通过增大孔隙内压力，增强了二氧化碳对高碳数高缩合度化合物的萃取。水段塞通过溶解传质作用，加快并增强了对吸附油的萃取深度。

表征了二氧化碳–水/油–岩反应对储层物性的影响。二氧化碳对矿物产生溶蚀作用，增大孔渗，对硅酸盐岩心的影响高于碳酸盐岩心。另一方面，地层水矿化度越高，压力越低，越容易与二氧化碳接触形成无机离子沉淀，造成孔渗减小。同时二氧化碳萃取导致重质组分沉淀，对孔渗的影响程度高于无机离子沉淀。增大压力会增强重质组分沉淀的沉积，堵塞大孔隙使更多流体进入更小的孔隙和大小孔隙连通处，显著减小孔渗。萃取作用会导致重质组分沉淀吸附在岩石表面，使其具有更强的水润湿性。原油中杂原子化合物的分子大小可能是影响储层岩石动态润湿性变化的原因之一。

关键词：原油；二氧化碳驱；萃取作用；分子组成；储层孔渗；润湿性

在校期间发表论文：

1. Zhang B, Xu C, Shi Q, Li Y, Liu Z, Wu J (2024) Wettability of Different Mineral Surfaces in Supercritical CO2 Extraction: Interpretations from the Molecular Composition of Crude Oil. Energy Fuels 38 (10):8589-8597. doi:10.1021/acs.energyfuels.4c00808

2. Zhang B, Xu CM, Liu ZY, Zhao QH, Cheng HQ, Li YQ, Shi Q (2023) Mechanism investigation of steam flooding heavy oil by comprehensive molecular characterization. Petrol Sci 20 (4):2554-2563. doi:10.1016/j.petsci.2023.03.018

3. Zhang B, Liu Z, Xu C, Tan X, Lin Y, Li Y, Shi Q, Feng T, Li Y (2023) Molecular Composition and Interfacial Activity of Low Acid High Phenol Crude Oil. Oilfield Chemistry 40 (1):68-75. doi:10.19346/j.cnki.1000-4092.2023.01.012

4. Wang Y, Li S, Wu J, Zhang B, Zhang Y (2023) Elimination of the Ion–Molecule Association in Electrospray High-Resolution Mass Spectrometry Analyses for Petroleum Fractions. Energies 16 (9). doi:10.3390/en16093796

5. Zhang B, Liu Z, Zhang H, Shi Q, Li Y, Xu C (2022) Molecular selectivity in the water flooding heavy oil process from porous rocks. RSC Advances 12 (38):24839-24848. doi:10.1039/d2ra04721g

6. Yang X, Zhao H, Zhang B, Zhao Q, Cheng Y, Zhang Y, Li Y (2022) Displacement Characteristics and Produced Oil Properties in Steam Flood Heavy Oil Process. Energies 15 (17). doi:10.3390/en15176246

7. Liu Z, Zhang J, Li X, Xu C, Chen X, Zhang B, Zhao G, Zhang H, Li Y (2022) Conformance control by a microgel in a multi-layered heterogeneous reservoir during CO2 enhanced oil recovery process. Chinese Journal of Chemical Engineering 43:324-334. doi:10.1016/j.cjche.2022.01.011