紧致砂岩储层裂缝-岩石基体核心自发浸润与油驱替试验研究

从难采岩层中获取更多石油

全球剩余的许多石油被封锁在极其致密的岩石中，即便钻井并进行压裂后也几乎不流动。本研究考察了一种专门设计的流体如何通过浸润到微小孔隙、松动被困油并将其推向井筒，从而从这些顽固的致密砂岩储层中榨取更多石油。研究不仅展示了该流体的性能，还揭示了在每个处理阶段岩石内部油的演变。

为什么致密砂岩难以采油

致密砂岩储层不同于传统油田，其孔隙极小且连通性差，油常常存在于裂缝与岩石基体的复杂体系中。常规注水驱在这里效果欠佳：水倾向于沿裂缝快速流动，绕过被困在周围岩石中的大量油。为提高采收率，作业方采用水力压裂以形成大规模裂缝网络并注入专门配制的流体。设想是这些流体不仅要贯通裂缝，还应在关井停注期间浸润进基体，通过毛细作用释放最小孔隙中的油，以便在储层压力下降时可以被采出。

量身定制的助剂流体

研究者聚焦于一种基于表面活性剂的驱油剂C‑22，并在西部某致密油田的真实原油和岩心上开展试验。表面活性剂是类似肥皂的分子，能聚集在油水界面，降低油水间的“粘附性”，帮助油从岩石上脱附。团队首先测定了不同表面活性剂配方降低油水界面张力的能力以及在高温储层条件下的稳定性。C‑22表现优异：在较低浓度下即可达到极低的界面张力，并在68 °C下保持澄清且一周无明显变化，表明其在地下的作用在与现场操作相关的时间尺度上是可靠的。

观察油在岩石内部的运动

为观察油在裂缝-基体岩石中的实际运动，作者使用含裂缝和周围基体的砂岩“岩心”，并以现场原油饱和。进行了浸泡（自发浸润）试验——C‑22溶液包围岩心并在毛细力驱动下缓慢侵入——以及减压（产压）试验，模拟生产过程中压力逐步降低。使用核磁共振（NMR）系统跟踪氢核信号，揭示不同孔径中随时间残留的油量。数据显示，在浸泡阶段，大孔和裂缝中的油首先被动员，中孔随后参与，最小孔隙中的油最晚移动。在压力递减阶段，中、大孔再次贡献早期产量，而小孔在后期变得更重要，突出了裂缝与基体在长期产油中的双重作用。

寻找最佳配方与时机

通过系统变化表面活性剂类型、浓度和岩石浸泡时间，团队确定了能显著提高采收率的操作条件。他们发现，将界面张力尽可能降低并不总能带来更大增益：一旦达到某一阈值，具有相似张力的流体往往表现相近。对C‑22而言，大约0.2–0.3 wt% 的浓度取得了最佳平衡，相较于更低剂量明显提升了采收率，而更高浓度则几乎没有额外好处。同样地，将浸泡时间延长到约12小时可显著提高采收率，但再长时间的关井仅带来边际改进，这提示了现场操作的实际上限。

对未来采油的意义

研究得出结论：像C‑22这样的精心调配的表面活性剂流体能够通过改变微小孔隙中油的行为并协调裂缝与基体的流动，大幅提高致密砂岩的采油率。在优化条件下——界面张力约为10⁻² mN/m，C‑22浓度约0.3%，浸泡时间12小时——研究者相比单用水获得了明显更高的采收，最终置换试验额外提高了近19%的油产量。对非专业读者而言，关键结论是：通过巧妙的化学方法和合理的作业安排，可以使先前难以采出的岩石释放更多被困石油，利用已建的裂缝更高效地生产。

引用: Chen, W., He, R., Li, L. et al. Spontaneous imbibition and oil displacement experimental investigation in fracture–matrix cores of tight sandstone reservoirs. Sci Rep 16, 14070 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44044-z

关键词: 致密砂岩石油, 水力压裂, 表面活性剂驱油, 自发吸液/自发浸润, 核磁共振岩心