摘要：本论文利用新型直接孔隙尺度实验结果，开发了一种新的改进方法来模拟碳酸水驱（CWI）的性能，该方法能够重现微观模型和岩心驱替实验中观察到的多种物理现象。该方法依赖于碳酸水中转移的CO₂对油相组成相行为的影响以及随后形成的附加相。基于此，对状态方程进行了调整以适应这种行为。通过在活油系统中进行历史匹配岩心驱替实验对该方法进行了应用和测试。然后，通过集成自动历史匹配算法，采用该方法检验组分油藏模拟器（CMG-GEM）在CWI期间耦合质量传递和多相流的能力。
结果表明，油组分与CO₂之间的二元相互作用系数（BIC）将控制气相形成程度。在三级CWI岩心驱替的历史匹配过程中，获得了CO₂与甲烷之间独特的、不寻常的负二元相互作用系数（BIC），而非常规CO₂注入中正式的正BIC。此外，为了历史匹配岩心驱替实验，获得了相对较高的临界气相饱和度值以及显著较低的气相相对渗透率（krg）值，这与直接孔隙尺度观察到的气相不移动性及重新连接油相的现象一致。
接下来，进行了CWI多接触平衡测试，以研究活油的组分相行为，并利用结果调整状态方程（EOS）。结果证实，在油被CO₂饱和之后会发生气相形成。鉴于需要CO₂与甲烷之间的负BIC，测试了不同的BIC组合。然后，使用测试中获得的EOS模拟CWI岩心驱替测试，成功预测了实验结果，其中设置的CO₂与C1（甲烷）的负BIC产生了最接近的预测。因此，该测试通过历史匹配三级CWI岩心驱替测试中气相饱和度的形成，验证了所提出的方法在调整EOS方面的有效性。为确保模拟方法的可靠性，在一组新的岩心驱替实验中验证了所提方法的适用性。在完成三级CWI岩心驱替实验的历史匹配后，使用调整后的EOS和收集到的相对渗透率数据成功预测了CWI在二次模式（预水洗阶段）中的表现。因此，在混合润湿体系中，常规水和碳酸水将遵循统一的流动路径。
最后，开展了CWI用于提高采收率的现场规模应用场景，并与其他提高采收率方法（主要是常规水驱和不混相气体（CO₂和甲烷）注入）进行了比较。本研究结果表明，二次模式（预水洗阶段）注入碳酸水更有吸引力，可产出额外原油。通过降低盐水盐度或添加CO₂溶解促进剂增加碳酸水中CO₂含量，会进一步提高采收率，因为形成的气相量（负责驱替更多原油）将增加。此外，注入碳酸水用于回收10%额外原油时所需的净CO₂最少（约1 MSCF/STB），且在油藏中的CO₂保留率最高（约为注入CO₂的50%），与其他CO₂提高采收率方法相比具有优势。
