近日，重庆大学蒋长宝与中国科学院武汉岩土力学研究所杨春和院士团队吴明洋等合作的最新成果—流体运移视角下枯竭油气藏储能进展与挑战(Progress in Energy Storage of Depleted Oil and Gas Reservoirs: a Perspective Based on Fluid Migration)在GeoStorage《地质储存》(英文刊)在线发表。欢迎下载、阅读、转发和引用！

全文网址： https://gs.yandypress.com/index.php/3080-8812/article/view/143/161

引用格式： Jiang CB, Tang SS, Wu MY, et al. 2026.Progress in Energy Storage of Depleted Oiland Gas Reservoirs: a Perspective Basedon Fluid Migration.GeoStorage, 2(2),137-155.

 DOI: 10.46690/gs.2026.02.03.

一、研究背景

      地下储气库是保障天然气战略储备、实现季节性调峰和应急供气的关键基础设施。在全球能源转型加速的背景下，枯竭油气藏因其地质认识程度高、密封性好、储集规模大，成为最经济可行的地下储能场地——全球约73%的储气库基于枯竭油气藏构建，截至2021年，中国已建成的15座储气库中枯竭气藏型占比高达95%。然而，将枯竭油气藏改造成储气地质体，核心难点在于储层中气体—残余流体—岩石多相系统的流体运移行为。本文围绕“流体运移”这一主线，系统综述了地质控制因素、不同储能介质（CH₄、CO₂、H₂）的运移特性、三类储集空间的流动机理，并提出了当前瓶颈与未来研究方向。 

二、核心内容

1）流体运移的地质控制因素

       储层与盖层的固有地质条件从根本上决定了流体运移的模式与效率，因此文章首先从四个地质控制因素入手，分析了流体运移的内在约束，主要包括四个方面：

       孔渗结构：碎屑岩储层孔隙度12%~30%，渗透率随粒度增大而升高；碳酸盐岩次生溶蚀后孔隙度可达15%~25%，但非均质性强。盖层（泥页岩、盐岩）孔隙度通常低于5%，渗透率达微达西级别，是形成有效封闭的关键。

       非均质性：层间、平面、层内及孔隙结构的非均质性引导气体“指进”或“绕流”，导致低渗区难以波及，实际储气空间小于理论值；裂缝网络可形成优势渗流通道，既加速注采也增加泄漏风险。

       岩石力学特性：周期性注采引发疲劳损伤与应力敏感性。实验表明，含水条件下气体相对渗透率损伤可达81%；裂缝在高压下张开、降压时闭合，长期“张开-闭合”循环可导致导流能力不可逆退化。

       原始流体赋存状态：枯竭气藏残留15%~40%不可动残余气作为天然垫底气；枯竭凝析气藏反凝析析出液态油膜造成永久性液相堵塞；带气顶油藏气、油、水三相叠置，注气面临复杂多相渗流。

图1 储存非均质性分类

图2 地下储气库及枯竭油气藏型储气库类别（a,b,c代表枯竭干气藏，凝析气藏和带气顶的油藏）

     2）三种储能介质的运移特性

       在储能介质对比上，甲烷、二氧化碳和氢气表现出截然不同的物性特征，它们与水及岩石的相互作用也各有差异。氢气的分子量极低、粘度仅为甲烷的一半、扩散系数比甲烷高1到2个数量级，且与岩石矿物的吸附作用极弱，这使得氢气在储存过程中面临水锁效应与泄漏风险的双重挑战。

      此外，氢气虽然化学性质相对惰性，但在特定条件下可与某些铁硫矿物（如黄铁矿）发生反应，或被地下微生物消耗，这些潜在的水岩反应可能改变储层孔隙结构或造成氢气损失，因此在实际工程中需要额外关注。二氧化碳则化学活性强，易溶于水形成碳酸，进而与储层中的碳酸盐矿物（如方解石、白云石）发生溶蚀或沉淀反应，这种溶解沉淀竞争会驱动渗透率发生非单调演化。同时，二氧化碳在超临界状态下的界面张力下降较快，水锁敏感性相对较低，但其水岩反应也可能导致矿物堵塞或增孔，对注采能力产生双向影响。甲烷的化学性质最为稳定，几乎不与水或岩石发生反应，物性均衡，运移行为可预测性高，是理想的多介质协同储集的缓冲气体。

图3 H₂和CO₂参与水-岩作用前后煤样的电镜扫描图像 

 3) 三类储集空间的流体运移特征

       针对不同的储集空间，三种气体的运移特征也有显著差异。在多孔基质中，二氧化碳呈现毛细指进与Haines跳跃等非达西渗流特征，甲烷受吸附边界层调控，而氢气则表现为强指进、低波及效率，且自扩散系数极高。在裂缝基质中，裂缝决定了注采的“速度”，基质决定了储集的“总量”。裂缝既是高速通道，也是泄漏风险的源头——氢气会优先沿裂缝突进，但很容易滞留在渗透率极低的基质孔隙中（基质渗透率仅0.05~0.34毫达西），导致采收率下降。在溶洞井筒系统中，流动模式从渗流转为自由流，重力分异成为主导。二氧化碳因密度大（约为甲烷的1.8倍）沉于底部形成稳定垫气层，氢气则因密度极低聚集于顶部，注采交替会使混合界面周期性摆动，带来锥进与混气损失的风险。

 4）发展瓶颈与研究展望

       当前研究面临三大瓶颈 在注采循环诱导的疲劳损伤：现有模型基于瞬时有效应力，无法描述损伤记忆效应，导致注采能力递减率被低估。需引入连续介质损伤力学，建立渗流-力学时滞耦合算法。 多场耦合下圈闭动态演化：圈闭适宜性不再是“是/否”二值判断，而是热-流-固-化四场耦合下连续劣化的状态变量。应发展时变概率评价方法与数字孪生实时预警系统。 复杂缝网渗流调控与智能封堵：裂缝开度在应力、溶蚀、沉淀、热应力共同作用下非线性演化。传统水泥封堵兼容性差，建议探索微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）及智能响应型封堵材料，实现裂缝选择性修复。 未来展望 站在碳中和与能源转型关口，枯竭油气藏型储气库承载着天然气战略储备、CO₂地质封存、H₂规模储集三重使命。唯有探明储库内流体运移特征与模式，才能实现天然气高效调峰、保障CO₂封存安全可预测、突破H₂地下储存从试点到商业化的技术瓶颈。

三、作者简介

第一作者：蒋长宝，重庆大学资源与安全学院教授、博士生导师，采矿工程系主任，澳大利亚昆士兰大学访问学者。主要从事矿山安全、非常规天然气开采理论与技术、岩石力学理论及其工程应用研究。主持国家自然科学基金面上项目及青年基金项目，参与国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家科技支撑计划项目。获省部级一等奖3项。在国内外权威期刊发表SCI/EI论文80余篇，出版《深部煤与瓦斯开采中固-液-气耦合作用机理及实验研究》等专著3部，获授权发明专利40余项。担任中国煤炭学会青年工作委员会委员、国家自然科学基金项目通讯评审专家及多个国际SCI期刊审稿专家。

通讯作者：吴明洋，中国科学院武汉岩土力学研究所副研究员。主要从事非常规油气开发与能源储备相关研究工作，主持国家自然科学基金青年项目、国家科技重大专项专题、湖北省博士后先锋人才跟踪支持项目、湖北省博士后创新研究岗位等纵向项目5项。参与国家自然科学基金联合基金和大型企业委托项目10余项。在国内外权威期刊发表SCI/EI论文40余篇，授权发明专利20余项。获湖北省科技进步二等奖、重庆市优秀博士学位论文等奖励6项。担任Petroleum Science、Engineering structures等期刊审稿专家和GeoStorage、Advances in Geo-Energy Research等期刊青年编委。