脉冲注入抑制指进前缘：提高油田采收率的绿色技术突破与微观机制解析

本文系统探讨脉冲注入（Pulse Injection）作为清洁增产技术，通过大尺度蚀刻微模型实验揭示其抑制多孔介质中指进（Fingering）的机制。研究建立了基于形态学与分形维数的前缘模式分类方法，阐明脉冲参数（振幅A×频率F>0.25）通过瞬时压力梯度促进双侧孔喉侵入，将黏性指进转化为毛细指进，显著提高波及体积（Swept Volume）并优化残余油分布，为油田绿色开发提供理论支撑。

　　

Highlight

Experimental setup

图1(a)展示了透明多孔介质可视化系统，包括注入、模型主体和图像采集系统。注入系统由注射泵（PHD ULTAR, 美国）和柱塞泵（Teledyne ISCO, 100DM, 美国）组成，分别用于恒速注入和脉冲注入。此外，注射泵还用于模型中饱和油以维持初始油饱和状态，并通过注入石油醚清洗多孔介质。

Classification of invasion front patterns

本文提出三种确定侵入前缘模式的方法：侵入前缘法、分形维数法和准突破法。分类结果表明上述三种方法高度一致，同时证明在自吸过程中毛细指进与黏性指进之间也存在交叉带（crossover zone）。

侵入前缘法：突破时的30个侵入前缘如图2所示。侵入前缘形态从密集分支（毛细指进）到稀疏主干（黏性指进）连续变化，中间态为交叉带。

分形维数法：分形维数（Fractal Dimension）可量化前缘复杂性。毛细指进模式的分形维数最高（约1.8–2.0），黏性指进最低（约1.2–1.5），交叉带居中。

准突破法：通过前缘突破时间与注入体积的关系识别模式，毛细指进突破晚且波及体积大，黏性指进突破早且波及体积小。

Application prospects and future research

脉冲注入在油田处于现场试验阶段，其机理和参数设计尚未成熟。油田中可通过在注水井加装带节流功能的自激脉冲发生器实现脉冲注入，该过程无需额外操作，简单且低成本。

基于前期室内填砂驱替实验（有效孔隙体积PV约10.97 mL），我们统计了脉冲注入在不同矿化度下的提高采收率效果（EOR效果达8–12%），并计划开展岩心尺度数字孪生模拟与智能参数优化算法研究。

Conclusion

本文针对脉冲注入作为清洁EOR技术扩大波及体积的侵入模式分类方法、孔喉指进机理及科学机制开展了创新研究，具体结论如下：

1. 1.

   基于恒速侵入前缘特征，建立了以侵入前缘法为主、分形维数法和准突破法为辅的分类技术，用于表征自吸和驱替过程中的指进模式；

2. 2.

   单孔喉受力分析揭示指进的根本原因是下一孔喉不同侵入方向的受力不均；

3. 3.

   脉冲注入通过产生瞬时压力梯度促进前缘双侧侵入，并将大簇残余油转化为小簇、缝隙和膜状残余油；

4. 4.

   脉冲振幅和频率的协同效应（A×F>0.25）通过孔喉前缘变形的累积效应进一步扩大波及体积。