用于提高采油率的微球—微生物复合体系的微流控协同机制研究

为什么从老油井中挤出更多石油很重要

世界上易于开采的石油大部分已经被抽出，地下岩石微小孔隙中仍然残留着顽固的油团。随着油田老化，产出往往以含油量极低的产水为主，但原始储量中仍有很大一部分油留在地层中。本文探讨了一种新方法，通过人为颗粒与活微生物的协同作用，试图从这些残余油中挤出更多产量——这有望成为一种更清洁、更高效的途径，延长现有储层寿命并减少新井钻探。

在岩石隐秘通道中的协同方案

传统的驱油方法依赖聚合物、表面活性剂等化学品，以增加水的黏度或改变岩石的润湿性。但在真实储层中，流体常沿少数“高速通道”冲刷，绕过大片区域，这些方法常常效果受限。两种较新的思路——注入软微球和利用亲油微生物——各有长处也有不足。微球可膨胀并堵塞主通道，把水推入更窄的区域，但其化学作用持续时间短。微生物能缓慢释放天然表面活性剂，有助于松动油膜，但它们分布不均且难以纠正通道化问题。研究者因此着手探索：将二者合并为一种“复合体系”能否优于单独使用任何一种手段。

在玻璃岩心中观察油水流动

为测试这种混合策略，团队制作了带有真实岩石样品孔道结构的玻璃芯片。他们用模型油填充微型岩心，并模拟油田作业流程：先用注水驱至几乎只产水，然后注入三种试剂之一——仅微球、仅微生物或二者的混合物——随后再注水。高分辨率显微镜使他们能实时观察油团在孔隙网络中如何破碎、移动或停留。对图像的计算分析把彩色的油水分布转化为数字，显示主流通道与侧区残油的分布与量。

微小伙伴如何改变油的粘附与流动

注入过程与之后拍摄的图像显示，复合体系比单独任何一种成分更强烈地改变了岩面的行为。起初，封装在微球内的表面活性剂泄漏出来，使岩石由亲油向减少亲油性转变，帮助从孔壁上剥离油膜。在随后的静置“停注”期，微生物进一步产生自身的表面活性剂，继续松动那些之前只部分被动员的残油。对表观接触角的测量——油滴与岩面接触的锐角度——证实微生物和复合体系都使油更容易被剥离，而单纯微球在注入停止后对该性质几乎没有持久影响。

构建持久堵塞以重定向水流

除了松动残油外，复合体系在把水导向之前被忽视的岩石角落方面表现尤为出色。研究者在流动水中加入荧光示踪粒子，并采用微粒子图像测速法绘制孔隙中的速度场。他们发现，与单一试剂相比，复合混合物使主通道与侧区的流速更为相近，表明水不再只在少数通道快速通过。显微观察解释了原因：微生物与聚合物微球粘结形成小团簇，卡在最宽的通道中，成为微生物附着的柔性骨架。这些团簇能抵抗剪切力被撕裂，即使随后用清水冲洗也能维持部分堵塞，将更多流量导入仍有残油的侧孔。

更少化学投入下获得更多石油，以及其意义

结果显示，复合微球—微生物体系比单独微生物回收约多7%石油，比单独微球多约5%，而所用微球材料量只有单独微球注入的一半。简单来说，二者形成了接力：微球首先迅速改变油水相互作用并重塑流道，微生物在静置期接手，持续生成天然表面活性剂并进一步松动残油。研究表明，经过精心设计的工程颗粒与原生微生物之间的协作，可能在中低渗成熟油藏中开采出显著的附加残油，同时减少化学试剂的使用。尽管需要在三维模型和实际油田中进一步优化，但孔隙尺度的实验为理解这对看似不太可能的组合在地下如何协作提供了清晰窗口。

引用: Li, H., Zhu, W., Song, Z. et al. Microfluidic investigation of synergistic mechanisms of microsphere-microbial compound system for enhanced oil recovery. Sci Rep 16, 14253 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44131-1

关键词: 提高采油率, 微流控, 微球, 微生物驱油, 多孔介质流动