近日，中国石油大学（北京）李根生院士团队与国外合作的创新成果—盖层岩石润湿性及氦气-水界面张力的实验研究：对地质封存容量估算的意义(Experimental Investigation of Caprock Wettability and Helium-water Interfacial Tension: Implications for Structural Gas Geostorage Capacity Estimation)在GeoStorage《地质储存》(英文刊)在线发表。欢迎下载、阅读、转发和引用！

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He YT, Tian SC, Song XZ, et al. 2026. Experimental Investigation of Caprock Wettability and Helium-water Interfacial Tension: Implications for Structural Gas Geo-storage Capacity Estimation. GeoStorage, 2(2), 98-105. DOI: 10.46690/gs.2026.02.01.

一、研究背景

       氦气属战略性矿产资源，其供需受国际地缘政治影响显著，亟需发展大规模储氦系统。地下空间储能大、安全性高、成本低，是大规模储氦的最优选择。氦气分子小，主要依赖盖层毛细密封实现安全、高效储存，其中润湿性和氦气-地层水界面张力是决定盖层毛细密封性的关键参数，其在原位条件下的演化规律尚不明确，严重制约了地下储氦密封安全评估与工程应用推广。

二、核心内容

本文基于高温高压接触角和界面张力实验测试，并结合毛管力和重力平衡分析，开展了系统研究。主要取得以下3点认识：

     1）盖层润湿性受岩性与压力耦合影响。富粘土页岩盖层表现为完全至强水湿状态（接触角约0°-39°），受压力影响微弱，毛细密封性基本不变；富有机质页岩盖层呈弱水湿至中性润湿行为（接触角约30°-85°），随压力升高，接触角急剧增加，毛细密封性显著削弱；碳酸盐岩盖层处中等水平（约26°-55°），随压力升高，接触角缓慢增加，毛细密封性微弱降低。

图1 氦–水–盖层岩石体系在不同压力下的接触角（50°C）

2）氦气-地层水界面张力对压力不敏感，与氢气类似，与甲烷和二氧化碳具有显著差异。随压力从0.1 MPa升高至20 MPa，氦气-地层水的界面张力处于68-73 mN/m之间，对盖层毛细密封性影响可忽略不计。相较而言，氢气-地层水的界面张力处于67-69 mN/m；甲烷-地层水界面张力从67 mN/m降低到56 mN/m；二氧化碳-地层水界面张力从68 mN/m降低到24 mN/m。

图2 氦–水界面张力随压力的变化关系（50°C）

3）地下储氦能力受盖层润湿性影响可达20倍差异。对于富粘土页岩，盖层以下连续相氦气最大封存高度可达3000米左右；对于富有机质页岩，该高度可降低至166 米，差距达20倍。

图3 不同盖层可长期封存的氦气柱最大高度随地层埋深的变化关系（50°C）

展望：本文研究成果为地下储氦盖层密封安全评估提供了关键数据支撑，为氦气地下储存能力精准预测提供了科学依据。

三、作者简介

第一作者：何岳桐，中国石油大学（北京）石工（能源创新班）23-1学生，主要从事地下储氢实验研究。

通讯作者：潘滨，中国石油大学（北京）副教授，主要从事地下储氢应用基础研究。主持国家级项目4项。以第一或通讯作者于Advances in Colloid and Interface Science（影响因子IF=19.3，中国科学院一区）、Applied Energy（IF=11，中国科学院一区）、SPE Journal等期刊发表SCI论文30余篇，ESI高被引4篇（第一作者3篇），单篇引用>100次论文7篇（均为第一作者）。入选2025年全球前2%顶尖科学家榜单。授权发明专利8件，其中第一发明人5件（获实施许可3件）。获行业协会一等奖3项。应邀担任Advances in Colloid and Interface Science客座编辑和GeoStorage青年编委会副主任，连续4年担任InterPore学术年会分会场<Fluids in nanoporous media>召集人。