Analysis of Microscopic Flow Behavior and Main Controlling Factors of Water Huff-n-Puff in Tight Reservoirs under the Influence of Salinity

Sintesi Tecnica: Analisi del comportamento del flusso microscopico e dei principali fattori di controllo del Water Huff-n-Puff in serbatoi compatti sotto l'influenza della salinità

Problematica
Il water huff-n-puff è una tecnica critica per il supplemento di energia e la mobilitazione dell'olio residuo nei serbatoi compatti. Tuttavia, i meccanismi microscopici che ne governano l'efficacia, in particolare sotto diverse condizioni di salinità, rimangono poco chiari. Le pratiche sul campo indicano che l'efficienza di recupero diminuisce rapidamente con l'aumentare dei cicli e varia significativamente in base alle proprietà del serbatoio e alle caratteristiche dei fluidi. Sebbene sia noto che l'inondazione con acqua a bassa salinità possa alterare la bagnabilità della roccia e le proprietà interfacciali, il particolare accoppiamento tra lo spostamento per differenziale di pressione, l'imbibizione capillare e l'osmosi ionica durante il processo di huff-n-puff nei serbatoi compatti richiede un ulteriore chiarimento. Le comprensioni tradizionali si concentrano spesso esclusivamente sullo "spostamento e imbibizione da fluido di fratturazione per il supplemento di energia", senza tenere pienamente conto degli effetti sinergici della salinità sul comportamento del flusso microscopico.

Metodologia
Questo studio ha impiegato un approccio multi-metodo e multi-scala combinando esperimenti macroscopici di spostamento su carote con la visualizzazione microfluidica microscopica:

1. Materiali Sperimentali: Sono state utilizzate carote naturali del giacimento Chang 8 del giacimento Zhenyuan (Bacino di Ordos). Queste carote compatte presentavano permeabilità comprese tra 0,052 e 0,488 mD e porosità dal 5,54% all'11,78%. L'analisi mineralogica (XRD, sezioni sottili, SEM) ha confermato la presenza di quarzo, feldspato e un significativo contenuto di argilla (illite, miscele di strati illite/smectite).
2. Visualizzazione Microfluidica: È stato utilizzato un modello a chip inciso nel vetro che simula canali principali ad alta permeabilità e reti micro-porose a bassa permeabilità. Gli esperimenti sono stati condotti a 45°C con tre cicli di huff-n-puff (10 min di iniezione, 10 min di shut-in, 10 min di produzione). La salinità dell'acqua iniettata è stata impostata a 0, 5.000, 20.000 e 100.000 mg/L. L'imaging in tempo reale ha catturato la distribuzione olio-acqua, i fenomeni di fingering e la mobilitazione dell'olio residuo.
3. Esperimenti Macroscopici su Carota: Sono stati eseguiti esperimenti di water huff-n-puff a pressione costante su campioni di carota. Le variabili includevano la salinità dell'acqua iniettata (0–20.000 mg/L), la permeabilità della roccia (0,052–0,488 mD), il tempo di shut-in (12–36 h), la pressione di iniezione (15–25 MPa) e il numero di cicli (3 contro 5 cicli). L'efficienza di spostamento dell'olio è stata calcolata sulla base della produzione cumulativa di olio rispetto al volume di saturazione dell'olio.

Contributi Chiave e Risultati

• Chiarimento Meccanicistico: Lo studio identifica che lo spostamento dei fluidi nei serbatoi compatti durante il huff-n-puff è governato congiuntamente da tre meccanismi: spostamento per differenziale di pressione, imbibizione per forza capillare e osmosi ionica. Ciò amplia la visione tradizionale includendo gli effetti guidati dagli ioni.
• Effetti della Salinità:
  • Livello Microscopico: L'acqua a bassa salinità (0–5.000 mg/L) induce il viscous fingering, riducendo l'uniformità dello sweep macroscopico ma potenziando significativamente l'imbibizione capillare. Ciò consente all'acqua di rimuovere l'olio residuo dalle matrici a bassa permeabilità e dai pori ciechi. Al contrario, l'alta salinità (20.000 mg/L) sopprime il fingering e migliora la stabilità dello sweep, ma indebolisce l'imbibizione capillare, limitando la mobilitazione dell'olio nelle zone compatte.
  • Livello Macroscopico: La relazione tra salinità e recupero è non monotona. La massima efficienza di spostamento dell'olio (40,22%) è stata raggiunta a 5.000 mg/L. Il gruppo a 0 mg/L ha ottenuto il 35,58%, mentre salinità più elevate (10.000 e 20.000 mg/L) hanno prodotto efficienze significativamente inferiori (23,82% e 18,99%, rispettivamente).
• Fattori di Controllo:
  • Permeabilità: È il fattore dominante (influenza del 45,9%). Una maggiore permeabilità correla con una migliore connettività dei pori-colli e un recupero più elevato (fino al 58,15% a 0,488 mD).
  • Salinità: Il secondo fattore più influente (influenza del 28,4%). La riduzione della salinità a livelli moderati ottimizza l'equilibrio tra sweep e imbibizione.
  • Tempo di Shut-in e Cicli: Prolungare il tempo di shut-in (da 12 a 36 h) migliora il recupero, ma con rendimenti marginali decrescenti. Aumentare i cicli da 3 a 5 produce un incremento minimo del recupero, poiché il primo ciclo solitamente rappresenta oltre il 70% della produzione totale.
  • Pressione di Iniezione: L'aumento della pressione (da 15 a 25 MPa) migliora il recupero superando le pressioni soglia capillari, ma una pressione eccessivamente alta può indurre il canale d'acqua (water channeling) e un breakthrough prematuro dell'acqua.
• Dinamiche di Flusso: Il primo ciclo è critico per mobilitare l'olio mobile nei pori connessi. I cicli successivi soffrono di un rapido aumento del taglio d'acqua (water cut) e della formazione di canali di flusso preferenziali, rendendo i cicli successivi ampiamente inefficaci per il recupero dell'olio nelle matrici compatte.

Significato
Il documento fornisce un supporto teorico per il potenziamento del recupero nei serbatoi di olio compatto attraverso l'ottimizzazione della salinità dell'acqua iniettata per lo spostamento da fluido di fratturazione. Stabilisce una catena di spiegazione verificabile che collega le prove microscopiche (alterazione della bagnabilità, potenziamento dell'imbibizione capillare) alle leggi macroscopiche (efficienza di recupero, caratteristiche di sweep). I risultati suggeriscono che, sebbene l'acqua a bassa salinità possa ridurre l'uniformità dello sweep macroscopico a causa del fingering, la sua capacità di potenziare la mobilitazione microscopica nelle zone compatte porta in ultima analisi a un recupero dell'olio complessivo più elevato. Lo studio definisce la gerarchia dei fattori di controllo, guidando le applicazioni sul campo a dare priorità alla permeabilità del serbatoio e all'ottimizzazione della salinità rispetto al numero di cicli o all'estensione dei tempi di shut-in.