美国联邦能源信息署数据显示，过去十年页岩油藏推动美国原油产量创新高，但开采效率低致多达90%石油被浪费。为提高紧密页岩层产量，宾夕法尼亚州立大学研究小组开发新石油开采工作流程，可将页岩油采收率提高15%，还能为二氧化碳排放提供长期储存。

该工作流程已在德克萨斯州鹰福特页岩成功实施，证明对石油开采有改进，且可扩展到其他页岩油藏，研究成果发表于《燃料》杂志。此创新核心是改进循环二氧化碳注入技术，即“二氧化碳吞吐法”，该有数十年历史的方法能增强从含纳米孔(聚集大量碳氢化合物)的天然岩层中提取石油的能力。

宾夕法尼亚州立大学EMS能源研究所副教授哈米德·埃马米 - 梅博迪将地下页岩环境比作海绵，纳米孔如海绵中充满水的微小开口，能吸收保留碳氢化合物。他称改进的注入工艺是业内最好的回收系统之一，利用二氧化碳提高石油产量可减轻环境影响、满足能源需求、助力美国能源独立安全。

注入过程中，二氧化碳通过油井注入油藏，关闭油井让气体浸泡足够时间，使其与石油混合，改变石油性质，提高流动性和开采率。通过不同压力将二氧化碳注入油混合物，可迫使碳氢化合物从纳米孔隙逸出到地表。不过，该方法有效性因操作条件、深度和油类类型不同而差异很大。埃马米 - 梅博迪表示，优化注入挑战大，因存在石油特性、页岩环境构成等众多变量。

埃马米 - 梅博迪团队与行业伙伴合作探索提高效率方法，因美国最大页岩油藏蕴藏数十亿加仑石油，即便产量小幅增加也能大幅提升石油产量。鹰福特页岩占地约2万平方英里，是美国五大主要页岩油气储量地之一，目前开采方式(如水力压裂)通常只能开采不到10%的石油。

研究小组修改注入方法，加强碳氢化合物与二氧化碳接触，用二氧化碳覆盖更多表面积，调整循环次数、压力、注入量和持续时间。埃马米 - 梅博迪称，这些改进可能使注入方法多提取鹰福特地区约15%的石油碳氢化合物，注入更多二氧化碳能更深入油藏并与原油有效混合，释放更多石油。

论文合著者、宾夕法尼亚州立大学博士后研究员马明开发了内部数值模型并编写模拟代码，他认为将页岩油井重新用于二氧化碳封存是控制温室气体排放的经济有效方法。其最大希望不仅是提高开采效率，还希望废弃页岩井广泛利用以阻止更多二氧化碳排放，相关工作包括将新模拟方法应用于更多现场数据并全面评估油气开采前景。

宾夕法尼亚州立大学地下能源回收与封存联合产业伙伴关系负责人埃马米 - 梅博迪表示，随着页岩油井开发蓬勃发展(预计2027年页岩油产量达峰值)，美国面临“成熟”页岩气田数量激增、产量下降局面，成熟和废弃页岩井是二氧化碳封存的光明前景。油井关闭会损失金钱，但封存二氧化碳可创造收益，且二氧化碳在页岩油井中泄漏隐患较小。

更多信息：Ming Ma 等，基于代理的页岩储层循环二氧化碳注入筛选与优化工作流程，Fuel ( 2025)