微流控技术研究微球-微生物复合体系在提高石油采收率中的协同作用机制

《Scientific Reports》：Microfluidic investigation of synergistic mechanisms of microsphere-microbial compound system for enhanced oil recovery

　　

摘要

现场试验表明，微球-微生物复合驱油技术能够提升石油采收率。该复合体系由表面活性剂改性的聚丙烯酰胺纳米球（初始直径为150纳米）以及经过优化的本地微生物群组成。不过，其作用机制仍不明确。为填补这一研究空白，本研究通过显微镜观察和粒子图像测速技术，将该复合体系与单一微球驱油和微生物驱油进行对比。实验结果显示，该复合体系的采收率分别比微生物驱油和微球驱油高出7.26%和4.54%，证明了其协同效应。此外，该复合体系的驱油效率和扫掠效果也更为优异。机制分析显示，其优势具有阶段性：在注油阶段，微球释放的表面活性剂会改变岩层的润湿性；在关井阶段，微生物代谢产物进一步强化了驱油效果，从而实现双重优势。在动态条件下，研究人员还对该复合体系的封堵性能进行了量化分析。粒子图像测速结果表明，该复合体系能显著降低流场的速度差异性；单通道测速则显示速度波动较小（小于15%），这说明与单独使用任一驱油剂相比，该复合体系具有更强的剪切稳定性及更好的封堵效果。显微镜观察还发现，微球骨架为微生物的附着提供了支撑，形成了特定的聚集体结构，使得微生物在高剪切力作用下仍能保持稳定的空间分布，进而有效封堵主要流动通道。通过结合可视化技术和测速技术获得的定量数据，本研究为评估复合驱油技术在提高中低渗透率储层石油采收率方面的应用效果提供了一种有效方法。