面向国家“双碳”战略与油气田绿色低碳转型重大需求，聚焦地热资源开发、低碳驱油、CCUS协同、智慧能源系统及CO₂压裂等前沿领域，构建了涵盖“地热能开发－纳米驱油－绿电CCUS-多能互补供能-CO₂压裂”的新能源与油气融合技术体系。团队以多物理场耦合数值模拟、分子动力学仿真、机器学习优化、高温高压实验测试为手段，系统开展了增强型地热系统（EGS）热－水－力耦合模拟、两亲性Janus纳米颗粒界面调控、电场强化CO₂混相驱油、光热－热泵－储热多能互补系统设计、CO₂干法/泡沫压裂液相态演化等研究。通过揭示多场耦合作用下流体运移、能量传递与物质转化的核心机理，突破了传统单一能源开发模式的局限，形成了“热－碳－电－储”协同开发技术体系，为油气田清洁能源替代、低渗致密储层高效改造、CO₂资源化利用及智慧能源管理提供了关键技术支撑，有效解决了油气田新能源利用率低、储层改造成本高、碳减排压力大等行业痛点。

【核心技术突破】

油气+地热协同开发技术：自主研发了并行热－水－力耦合数值模拟平台ParaTHM，实现了从水力压裂造缝到长期循环采热的全过程一体化模拟，可精细追踪注水压裂过程中裂缝起裂、扩展与连通行为，揭示裂隙网络与围岩基质内温度场、渗流场、应力场的耦合演化规律。基于OGS等开源数值模拟工具，面向同轴井、深层U型井等典型地热井结构建立热提取计算模型，综合井型结构、岩层热物性、注采参数及运行制度等因素量化其对热开采效率的影响。将储层压裂改造、裂隙网络渗流－传热耦合和地面用热系统运行分析贯通，形成机理认识、模拟工具和工程设计方法相结合的技术体系，可服务于井网布置、压裂参数设计、循环流量与进出口温度优化，为EGS先导试验与地热井长期稳定运行提供可靠预测和决策依据。

低碳油气开发纳米界面调控与绿色驱油技术：构建了两亲性Janus纳米颗粒界面调控体系，研究纳米颗粒在油－水界面的自组装与吸附行为，阐明颗粒表面非对称结构对界面张力、岩石润湿性及多相流体运移规律的影响机制，建立了界面张力与润湿性协同调控方法。基于海藻酸盐等天然高分子材料构建绿色功能微球体系，研究微球在油藏条件下的结构稳定性及多孔介质迁移规律，探索其在高渗通道调控、深部调剖和剩余油动用中的作用机制。通过将纳米颗粒界面调控与微球调驱相结合，形成绿色驱油材料协同作用思路，为低渗及复杂油藏绿色高效开发提供材料与技术基础。

两亲Janus SiO₂纳米粒子示意图（左）；Janus SiO₂纳米粒子自组装行为（右）

两亲性Janus纳米粒子稳定的复合乳液对界面润湿性的调控

绿电赋能CCUS提高油气采收率关键技术：建立了电场强化CO₂油气混相理论，揭示了电场诱导原油组分演化、界面调控及混相压力降低机制，阐明了电场强化微纳孔剩余油动用和CO₂传质扩散规律。构建了电场强化CO₂混相实验评价体系，形成了电场调控原油组成、降低最小混相压力（MMP）、强化CO₂驱油及剩余油动用等关键技术。提出“绿电+CCUS+提高采收率”协同开发模式，室内实验证实电场作用可有效促进原油轻质化、降低MMP、提高微纳孔剩余油动用程度，实现新能源消纳、CO₂资源化利用及提高采收率一体化，为新能源与油气融合发展提供了新的技术路径。

油气田集输站储/供能多能互补智慧能源系统：结合大平板式、真空管式、槽式太阳能集热器与热泵，因地制宜设计和搭建新能源加热系统，设计了太阳能集热循环单独运行、太阳能集热循环与空气源热泵热水机组联合运行、空气源热泵及电加热机组联合运行三种模式，实现状态监测、功率调整控制、故障报警、本地和远程控制。借助GENOPT软件耦合TRNSYS对太阳能－空气源热泵系统进行参数优化，以系统费用年值为目标函数，以集热器面积、倾角、方位角、启停温差、热泵制热量、蓄热水箱容积为优化变量，采用粒子群算法（PSO）和坐标搜索算法（CSM）实现系统参数优化配置，有效解决了传统新能源加热系统集热形式单一、工况适配性差、供热模式固化的工程难题。

光热+热泵新能源加热装置系统设计图

CO₂干法/泡沫压裂液相态变化及流动传热性研究：采用高温高压可视化泡沫发生器，系统研究了CO₂质量分数、压力、温度及纳米颗粒加入条件下泡沫的微观结构特征，明确了剪切作用下泡沫的聚并和破裂行为规律，量化得到了泡沫半衰期与温度、压力、泡沫质量分数的定量关系，证实了超临界态泡沫稳定性优于常温常压状态。采用高温高压流变仪，系统揭示了压力、温度、泡沫质量分数和剪切速率等因素对泡沫压裂液粘度、剪切应力的影响规律，建立了Herschel- Bulkley本构模型。采用高温高压环路式试验装置，明确了摩阻系数随泡沫质量、温度、压力升高而增大的变化特征，研发了纳米氧化石墨烯改性体系，证实AOS-CO₂-GO泡沫体系在温度达到30℃、流速达到0.4 m/s后摩阻系数可有效降低，为CO₂泡沫压裂施工摩阻调控提供了新路径。

CO₂泡沫压裂液稳定性和流变实验系统

【成果支撑】

本系列新能源与油气融合技术研究获得国家科技重大专项、国家自然科学基金面上项目、国家优秀青年科学基金、国家重点研发计划、陕西省重点研发计划（国际合作）、陕西省自然科学基金、陕西省科协青年人才托举计划、陕西省教育厅专项科技项目及油田企业合作项目等30余项科研课题支持；依托“油气田智慧能源与碳中和”陕西省高校工程研究中心、秦创原“科学家+工程师”项目平台开展技术攻关，形成“实验测试—机理分析—数值模拟”一体化研究平台。

在技术装备方面，自主研发了并行热-水-力耦合数值模拟平台ParaTHM、高温高压泡沫实验测试系列装置、高温高压CO₂混相与电场驱替实验评价体系等核心装备，建立了集NMR、CT、SEM、AFM、GC-MS、FTIR及分子动力学模拟于一体的多尺度实验评价体系，形成电场参数优化、CO₂混相评价及驱油效果分析等关键技术。

在知识产权与学术产出方面，累计授权发明专利10余项（其中国内发明专利5项），发表高水平SCI论文25余篇（其中5篇发表于传热传质国际TOP期刊），出版学术专著2部。相关成果获陕西省高等学校科学技术研究优秀成果奖一等奖等科技奖励。

在现场应用方面，相关技术已与长庆油田、新疆油田、延长油田等单位开展合作交流和技术对接：地热协同开发技术已形成自主研发模拟平台与分析方法体系；绿电赋能CCUS技术已具备开展矿场试验的技术基础；多能互补智慧能源系统在延长油田实施1项示范工程，在长庆油田和新疆油田已部分落地应用；CO₂干法/泡沫压裂技术体系可为现场压裂施工提供直接理论指导。

【应用前景】

本系列新能源与油气融合技术涵盖地热协同开发、纳米界面调控驱油、绿电赋能CCUS、多能互补智慧能源、CO₂干法/泡沫压裂五大方向，在油气田绿色低碳转型与多能融合发展领域具备广阔的推广应用前景。

地热协同开发技术可广泛应用于增强型地热系统（EGS）、干热岩资源开发、地源热泵系统优化和废弃油气井地热利用等场景，支撑EGS项目前期论证与方案设计，有效降低现场试错成本与开发风险。

纳米界面调控与绿色驱油技术可有效提高低渗及复杂油气藏驱油效率，CO₂响应型材料可为CO₂-EOR技术中的气窜识别、前缘调控和深部调剖提供新路径，进一步可与CCUS、非常规油气开发、数字油藏等技术融合。

绿电赋能CCUS技术可实现“绿电消纳+CO₂驱油增产+地质封存”三重收益，可广泛应用于CO₂混相驱提高采收率、CO₂地质封存及非常规油气开发等领域，可进一步与CO₂压裂、吞吐、驱替及智能注采等工艺深度融合，为油田CCUS规模化应用提供关键技术支撑。

多能互补智慧能源系统可因地制宜利用太阳能光热、光伏和井口余热余压资源，通过多能互补减少燃料消耗、提高可再生能源利用占比、降低运营成本与碳排放，将油气田伴生气、余热等低品位能源转化为电能或热能，实现资源循环利用。

CO₂干法/泡沫压裂技术可为低渗透、致密等非常规储层压裂改造提供核心支撑，充分发挥低伤害、低滤失、返排彻底、携砂能力强等优势，同时可实现压裂施工与CO₂地质封存一体化实施，为CCUS技术在油气田规模化应用提供可行技术路径。

面向未来，依托绿电成本持续下降、智慧能源技术迭代与CCUS产业化推进，该系列技术将持续优化升级，五种技术既可独立应用、亦可组合实施，有望在“电-热-碳”协同优化方面形成更为成熟的融合方案，全面支撑油气田清洁生产、能效提升与碳减排协同推进，为能源行业绿色低碳转型与“双碳”目标实现提供持续技术赋能。