Reservoir Adaptability of Alkali-Free Flooding Systems in Medium- and Low-Permeability Reservoirs: An Integrated Evaluation Based on Multipoint Pressure Measurements and Microscopic Visualization

在地球表面深处，巨大的岩石孔隙网络储存着世界上剩余的石油。几十年来，工程师们一直利用水将石油推向油井，但随着易于开采的石油逐渐枯竭，工业界已转向更复杂的方法来挤出剩余的石油。其中一种方法涉及向地下注入一种化学混合物，以松动岩石中的石油并将其冲刷出来。多年来，这种混合物最成功的版本包含一种强碱，类似于下水道清洁剂中的烧碱，用以帮助化学物质发挥作用。然而，这种碱具有腐蚀性；它会侵蚀金属管道，损坏设备，并产生细小的岩石颗粒形成的淤泥，从而堵塞原本用于输送石油的通道。随着行业向更古老、更难到达且岩石孔隙更小、更复杂的油田转移，寻找一种更温和、无腐蚀性的替代品已变得迫在眉睫。挑战在于找到一种既足够强力以移动顽固石油，又足够温和以流经狭窄空间而不被卡住或破坏油井的化学混合物。

中国西南石油大学的研究人员致力于通过测试两种旨在应对这些困难、低渗透性储层的新型无碱化学体系来解决这一难题。他们将一种简单的由表面活性剂和聚合物组成的二元混合物，与一种增加了盐分的更为复杂的三元混合物进行了对比。为了观察这些流体在现实世界中的表现，他们不仅依赖计算机模型或简单测试，还构建了一个详细的实验装置，使他们能够实时观察流体在岩石样本中的运动。他们使用了具有不同孔隙度的砂岩岩芯，以模拟地下岩石的紧密程度，并在岩石沿线布置了多个压力传感器，以精确检测流体在哪里被阻挡。他们还使用了一个扁平的透明岩石孔隙模型来可视化流体如何与石油相互作用，观察是否会形成可能起到堵塞作用的厚重胶状乳状液。

研究表明，这两种化学体系的表现截然不同。简单的二元混合物虽然在降低油水粘附力方面很有效，但在岩石中移动却很困难。在最紧密的岩石样本中，这种流体导致入口处压力迅速升高，表明它在注入瞬间就卡住了。当研究人员观察流体运动时，他们在透明模型中看到，混合物在入口处形成了一层厚厚的乳化层，有效地封住了大门，阻止流体到达更深处的石油。这种“堵塞”效应意味着，尽管该流体在化学上能够移动石油，但它却无法深入岩石内部完成工作。研究人员发现，这种阻塞不仅是化学物质粘附在岩石表面的问题，还是一个动态问题，即流体在遇到石油时自身转化成了屏障。

相比之下，含有盐的三元混合物在代表未来采油目标的常见中渗透率岩石中表现得更好。该体系流动更顺畅，在移动过程中保持了稳定的压力。在视觉实验中，它创造了一个干净、连续的前缘，在不被卡住的情况下将石油向前推进。混合物中的盐有助于保持聚合物分子的紧凑，使其更容易滑过狭窄的孔隙，同时仍能保持足够的粘度来有效地推动石油。该体系还形成了一种稳定的乳状液，有助于将石油从岩石孔隙中扫出而不堵塞路径。然而，这种成功是有极限的：在极紧密的岩石样本（50 mD）中，这种含盐体系同样无法正常注入，导致压力升高并堵塞入口，就像简单的二元混合物一样。当研究人员进行最后一次测试以测量在中渗透率岩石中实际能回收多少石油时，三元盐体系表现优异。它从岩石样本中提取了5elli 55%的石油，显著优于回收率为48%的二元混合物和回收率仅为47%的标准聚合物溶液。

研究结论指出，虽然去除腐蚀性碱是保护设备的必要步骤，但仅仅更换一种新的化学混合物是不够的；流体必须根据特定岩石的几何形状进行工程化设计。研究人员证明，通过在表面活性剂和聚合物中加入盐，可以创造出一个平衡了“松动石油”与“保持流动性”需求的体系，但这种平衡仅限于一定的岩石紧密程度。这种方法为开发此前被认为难以或存在风险进行化学驱替的油田提供了一条充满希望的路径，前提是储层不会过于致密。通过结合压力测量与直接视觉观察，团队清晰地展示了流体失效的位置及原因，为选择合适的化学体系提供了实用的指南。研究结果表明，通过正确的配方，是有可能在不产生传统腐蚀性方法所带来的工程难题的情况下，从这些具有挑战性的储层中回收更多石油的。