本研究以美国北达科他州芒特雷尔县（Mountrail County）巴肯页岩典型井为对象，利用 CMG-GEM 全组分模拟器建立 3-D 地质–工程一体化模型。模型在 313 acre 井网内精细刻画 90 ft 油藏厚度（9 层×10 ft），通过历史拟合 36 个月生产数据，标定基质渗透率 4.5×10⁻⁴ mD、SRV 区渗透率 0.065 mD 及裂缝半长 168.5 ft。在此基础上，系统评价了 12 轮次循环 CO₂、干气及湿气注入的增油效果与 CO₂埋存潜力。
结果表明：循环 注入CO₂ 可将最终采收率从 9 % 提高至 12.7 %（1.41 倍），全水平段（10 500 ft）累计增油 14.9×10⁴ bbl；约 14 % 的注入 CO₂（990 MMscf）永久埋存于储层；循环干气与湿气仅分别获得 1.11 与 1.19 倍增产效果。研究证实了 CO₂ 循环注入在巴肯页岩中的技术与碳封存双重优势，为北美致密油绿色开发提供了量化依据。
CMG 软件应用情况
- 模拟器：CMG-GEM（2019 版，全组分、PVT 状态方程）
- 网格：2 880 个活性网格（10×32×9），局部加密至 6.7 ft 以捕捉近井裂缝特征
- 流体描述：12 种拟组分，拟合现场 PVT 与 CO₂-原油最小混相压力（MMP ≈ 3 500 psi）
- 过程模拟：一次生产 5 年→12 轮次循环注入（注入-焖井-返排）→长期预测 30 年
- 特色功能：嵌入 SRV 区双重介质、CO₂ 饱和度追踪、埋存量实时计算、干气/湿气对比方案
结论
- 基于 CMG-GEM 的历史拟合成功再现了巴肯页岩典型井 30 年生产动态，验证了超低渗储层+SRV 双重介质建模方法。
- 循环 CO₂ 注入在巴肯页岩具有显著增油与碳封存协同效应，采收率提升 41 %，埋存率 14 %。
- 与干气、湿气相比，CO₂ 增产效果分别高出 27 % 与 18 %，是最优 EOR 介质。
- 研究建立的 CMG 建模-评价流程可直接移植至 Williston 盆地其他致密油藏，为后续现场先导试验提供注入参数与风险评估依据。
作者单位
美国能源部国家能源技术实验室（NETL）
