微流控芯片技术揭示微生物强化采油(MEOR)动态机制：基于三相分流理论与波曲线法的创新研究

为解决CO2驱油中气体流动性高、波及效率低等难题，研究人员通过三相分流理论结合波曲线法(WCM)，系统研究了泡沫驱油(CO2 foam EOR)在多孔介质中的动力学机制。研究发现油饱和度上限fmoil是形成有效油藏的关键阈值，并提出了低质量注入区近过渡泡沫质量的最优注入策略。该研究为泡沫驱油数值模拟提供了无数值伪影的基准解，对碳封存与提高采收率具有重要指导意义。

　　

在能源开发与碳中和的双重挑战下，CO₂驱油技术面临气体流动性高、波及效率低的瓶颈问题。气体窜流、地层非均质性和重力超覆效应严重制约着CO₂在提高原油采收率(EOR)和地质封存中的应用。泡沫技术通过将气体流动性降低10⁴量级，为解决这一难题提供了新思路，但其与原油的复杂相互作用机制长期缺乏理论突破。阿联酋大学(UAE University)联合墨西哥国家科学技术委员会(CONACYT)的研究团队，创新性地将三相分流理论(fractional-flow theory)与波曲线法(Wave-Curve Method, WCM)相结合，首次系统阐明了泡沫驱油在多孔介质中的动力学机制。

研究采用理论建模与参数拟合相结合的方法，基于STARS模拟器的泡沫模型参数体系，通过分析高/低质量注入区(foam quality regimes)的流动特征，建立了包含fmoil(泡沫稳定性的油饱和度上限)、fmdry(极限水饱和度)等关键参数的动力学模型。

三相分流理论
通过建立一维不可压缩流体的简化模型，研究揭示了泡沫驱油过程中油藏形成的物理约束：油藏内油饱和度(S_o)始终低于fmoil阈值。这一发现确立了形成有效油藏的判据——只有当fmoil显著高于初始油饱和度(S_oi)时，才能产生明显的油藏前缘。

结果与讨论
研究发现泡沫传播速度受气体体积平衡的调控：任何增加注入气体量（保持泡沫强度）或降低泡沫区气体饱和度的因素都会加速泡沫传播。特别值得注意的是，在低质量注入区临近过渡泡沫质量(transition foam quality)时，流体流动性降低达到最大值，这为优化注入策略提供了理论依据。

结论
该研究不仅明确了fmoil作为油藏形成的"天花板效应"，还提出了基于气体物质平衡的调控原理。通过理论证明在低质量注入区近过渡泡沫质量处注入可获得最大流动性降低，为现场泡沫驱油工艺优化提供了重要指导。其建立的无数值伪影的解析解，更为机器学习算法和数值模拟器的验证提供了黄金标准。这些发现对实现CO₂驱油与封存的协同增效具有双重意义：既提高了原油采收率，又通过增加波及区域的气体饱和度提升了封存潜力。