聚合物驱提高稠油采收率的新机制：黏性指间窜流效应的实验与数值模拟证据

为解决传统聚合物驱在超稠油(μo>150 mPa·s)应用中"流度控制"理论解释力不足的问题，研究人员通过可视化平板驱替实验和CMG STARS数值模拟，首次证实了黏性指间窜流(VX)是聚合物驱高效开采稠油的核心机制。研究发现，当黏度比(μo/μw)达2000时，仅需3 mPa·s聚合物即可通过VX机制实现206%的增量采收率，突破了传统流度比理论限制，为稠油冷采提供了低碳高效新方案。

　　

在石油开采领域，稠油资源约占全球石油储量的70%，但传统水驱开发面临黏性指进严重、采收率低下的困境。长期以来，聚合物驱被认为仅适用于黏度低于150 mPa·s的原油，其理论依据是"流度控制"机制——通过调节水油流度比至接近1来实现稳定驱替。然而近年现场实践发现，即使黏度比(μ_o/μ_w)高达7000时，低浓度聚合物仍能显著提高采收率，这一现象令传统理论陷入解释困境。

为破解这一科学谜题，国外研究团队在《Geoenergy Science and Engineering》发表重要成果。研究人员通过创新性的多尺度实验与模拟手段，首次揭示了黏性指间窜流(VX)这一全新机制：当聚合物溶液注入预形成的黏性指进系统时，会在指状水通道的前缘诱发油相窜入，同时在指根处促使水相窜出，形成动态的流体交换网络。这一发现不仅解释了极端黏度比下聚合物驱的高效性，更颠覆了传统流度控制理论的认知边界。

研究采用三大关键技术：① 15×13 cm大型Bentheimer砂岩平板模型结合X射线CT实时成像，实现油水运移过程的可视化追踪；② 通过硅烷化处理构建油湿/水湿对比系统，研究毛细管力对黏性指进的抑制效应；③ 基于CMG STARS商业模拟器开发高精度数值模型，采用250×250网格和9点离散格式捕捉指进形态，并运用最大流度法推导黏性主导的相对渗透率曲线。

实验结果显示：在油湿系统中(毛细管力较弱)，水驱后形成的明显黏性指进使采收率仅18%，但注入30 mPa·s甘油溶液后，0.11 PV内即出现快速响应，最终增量采收率达206%；而水湿系统因毛细管力抑制指进，响应延迟至0.39 PV，增量采收率降至75%。CT图像清晰捕捉到油相沿指状通道"逆向"窜流的特征现象。

数值模拟通过对比混溶/非混溶体系证实：在黏度比2000条件下，3 mPa·s聚合物即可触发VX效应。压力场分析显示，指进区前缘压力低于相邻油区0.3 MPa，驱动油相窜入指状通道。混溶模拟中，0.014 PV聚合物注入即出现指内浓度降低(ΔC=-15%)，证实窜流早于聚合物前缘到达。非混溶模拟成功复现了Skauge等学者的2000 mPa·s稠油驱替实验，采用单一相对渗透率曲线即匹配了不同聚合物黏度(3-60 mPa·s)和注入方式(二次/三次采油)的采收曲线。

讨论部分指出该研究具有三重突破性意义：首先，VX机制解释了Pelican Lake油田(μ_o=1000-5000 mPa·s)采用13-50 mPa·s聚合物实现高效开采的现场奇迹；其次，提出实验室应模拟油藏尺度的黏性主导条件(而非简单复制润湿性)，避免毛细管力掩盖指进效应；最后，建立的最大流度模拟方法实现了从岩心到油藏的尺度升级，为稠油聚合物驱方案设计提供普适性工具。

这项研究从根本上改变了人们对聚合物驱适用边界的认知，证明通过VX机制，仅需传统理论1/10的聚合物黏度即可高效开发超稠油。该成果不仅为全球稠油储量开发开辟低碳新路径，其揭示的跨尺度流体置换机制对CO₂地质封存等能源工程也具有重要借鉴价值。随着Milne Point等油田应用案例的积累，VX理论正在重塑提高采收率(EOR)技术体系，推动石油工业向更高效、更低碳的方向转型。