在水基压裂液每方用水量动辄数万立方米的大背景下，超临界CO₂技术正在从实验室走向工程试验。2026年4月14日，中国矿业大学王文龙教授团队在Energy期刊发表研究成果，从分子层面揭示了SC-CO₂强化页岩气开采的关键机理，为该技术的矿场应用提供了微观理论支撑。

页岩气开发的“两难困局”

页岩气作为全球能源结构转型的重要支点，其开采高度依赖水力压裂技术。然而，每口水平井动辄数万吨淡水的消耗与高浓度返排液的环境风险，正成为制约行业发展的关键障碍。

SC-CO₂技术为此提供了一个双重解决方案：CO₂在31.1 ℃、7.38 MPa以上进入超临界态时兼具液体的高密度与气体的低黏度，既是含水率为零的绿色压裂液，又能凭借比甲烷更强的吸附能力在有机质表面置换出吸附态甲烷——理论上，一次注入可同时实现增产与封存。然而，理论优势能否兑现，关键取决于一个核心科学问题：SC-CO₂与水在页岩干酪根表面的竞争吸附究竟如何演化?这直接决定了增产效率和封存安全性。

分子动力学之下的微观真相

为回答这一问题，王文龙团队构建了富含有机质的真实干酪根纳米孔模型，采用巨正则蒙特卡洛与分子动力学耦合方法，系统评估了SC-CO₂与水在干酪根表面的竞争吸附行为。

亮点一：CO₂绝对主导，形成近乎排他的吸附层。 模拟结果显示，干酪根表面的CO₂吸附能力远强于水和CH₄——在纳米孔隙受限环境下，这一选择性被进一步放大。CO₂形成了紧密的吸附层，几乎将CH₄排除在2 nm孔隙表面之外。这一发现的核心工程意义在于：即便在深层高压条件下CO₂与水并存，CO₂仍能占据吸附位点并提供足以置换CH₄的吸附驱动力，有效缓解了“水锁效应”对产气的抑制作用。

亮点二：多尺度协同验证，印证其他团队结论。 该发现与国内外多项前沿研究形成跨尺度的自洽印证。阿米尔卡比尔理工大学基于支持向量机的AI矿产远景制图成果、成都理工大学Liu Yisheng团队关于干酪根孔隙几何形态影响竞争吸附的分子模拟、以及Liang Huang团队在含水页岩纳米复合材料中的模拟结果，均在纳米尺度上观察到了CO₂对CH₄的显著竞争优势和超临界温压条件对吸附选择性的放大效应。

亮点三：“高有机质含量+高压+低温”成最优组合。 综合模拟与实验结果表明：在高有机质含量页岩中，CO₂的吸附选择性最为显著;在降低温度、提升压力至接近超临界区间条件下，CO₂较CH₄的竞争优势进一步增强。这为川渝等深层、高TOC页岩储层实施CO₂-ESGR提供了明确的筛选标准。

从分子模拟向工程实践跃迁

基于坚实的分子机理认知，CO₂-ESGR技术正在快速向工程实践转化。

经济与设备瓶颈正在突破。 西南油气田公司在卧龙河气田开展的CCUS-EGR先导试验已成功验证“从尾气捕碳到地层驱气”的全链条闭环可行性。榆林兰炭产业则提出了大型CO₂长输管线与区域碳封存集群方案，投资35亿元、年输送200万吨CO₂的管线建成后将成为我国首个煤化工-油田跨行业碳共享网络。同时，重庆大学姜永东教授团队等多支科研力量正集中攻关SC-CO₂压裂对页岩物性、润湿特性及致裂扩展机理的影响，相关核心试采设备与现场工艺体系趋于成型。

工程化应用有望带来三重效益：

环境效益：CO₂地质封存与增产并行，实现负碳能源开发;

增产潜力：充分利用CO₂竞争吸附优势，提升页岩气采收率;

资源战略：可复用发电厂、煤化工厂尾气，兼顾碳减排与能源增产。

长期来看，CO₂-ESGR需要从单一技术走向集成平台——耦合AI注入优化模型、井下腐蚀监测、压裂-置换-驱替一体化工艺及全链条碳资产管理，建成“科学模拟→现场验证→规模化推广”的完整闭环。

分子认知照亮深部能源开发之路

页岩储层埋深普遍在3,500 m以上，超临界状态是该类资源开发的天然起点。中国矿业大学团队的研究成果首次将深部超临界环境下CO₂-水-干酪根三元竞争行为从宏观经验推入分子定量阶段，为数字孪生、智能调度乃至AI勘探等高端装备的部署提供了底层理论支撑。

当一口井同时执行碳捕捉、增产和封存三项使命，每一吨注入的CO₂都将转化为能源与生态的双重红利。中国学者在分子尺度的深耕，正为深部资源开发的绿色突围铺设坚实道路。