李家璐|刘云龙|杨金峰|吕东方|严宁|赵光
中国石油大学（华东）石油工程学院，山东省青岛市266580，中华人民共和国
**摘要**
随着传统石油资源的持续枯竭和全球能源需求的快速增长，先进的提高采收率（EOR）技术受到了广泛关注。微乳液 flooding 结合了表面活性剂、乳液和胶束溶液 flooding 的核心特性，在 EOR 中表现出显著的应用优势，这得益于其热力学稳定性、纳米级液滴尺寸、超低界面张力和强大的原油溶解能力。为了应对低渗透率储层的发展需求以及可持续能源进步的迫切性，本文通过针对表面活性剂系统的创新，探讨了推进微乳液 flooding 的途径。首先，总结了三种代表性基于表面活性剂的驱替技术的胶体理论基础和最新进展。对于表面活性剂 flooding，优化策略集中在提高对温度、盐度和低渗透率条件的耐受性、减少储层吸附以及开发环保配方上。对于乳液 flooding，主要进展包括功能改性、性能调控和响应刺激的行为。对于胶束溶液 flooding，最近的突破集中在蠕虫状胶束和粘弹性表面活性剂上。总体而言，这些进展为微乳液 flooding 系统的创新设计和进化发展提供了关键的理论和技术指导。随后，本文通过整合相行为演变、界面性质和原油迁移动力学，系统阐述了微乳液的驱油机制，以明确微乳液 flooding 的综合 EOR 效果。它还弥合了实验室规模性能评估与现场应用之间的差距，并批判性地评估了工程适应性和仍限制该技术的主要发展瓶颈。基于上述系统阐述，提出了相应的针对性优化途径，以解决这些技术挑战，并支持微乳液系统及其在 EOR 中的实际应用进一步改进。
**引言**
随着全球石油需求的持续增加以及传统石油资源比例的下降 [1]、[2]、[3]，高效开发复杂储层对于缓解油气供需不平衡和支持全球能源系统的低碳转型变得至关重要 [4]、[5]、[6]。其中，低渗透率储层因其广泛的分布和丰富的储量 [7]、[8]、[9]、[10]，已成为全球石油和天然气生产的关键替代资源。这些储层分布于北美、中亚、东亚、北非和北欧等多个地区。在北美，已在19个陆上盆地发现了大规模的低渗透率和致密油资源 [11]。在中国，低渗透率油田占中石油总开发地质储量的44% [12]，广泛分布于鄂尔多斯、松辽、四川等盆地。然而，小孔隙半径和原油与注入流体之间的高界面张力（IFT）严重阻碍了原油的迁移 [13]。在常规开采作业后，超过70%的原始油量（OOIP）仍滞留在地层中 [14]。因此，迫切需要探索创新技术来经济有效地开发低渗透率储层。
基于表面活性剂的 flooding 已成为提高低渗透率储层开发效率的关键方法，利用其低分子量特性和有效调节油水界面及岩石表面的能力 [15]、[16]、[17]。传统的基于表面活性剂的 flooding 技术（如表面活性剂 flooding、乳液 flooding 和胶束溶液 flooding）主要通过降低 IFT [18]、调节迁移比 [19] 和溶解原油 [20] 来 mobilize 剩余原油。然而，面对更复杂的低渗透率储层时，这些传统技术往往难以实现足够的 IFT 降低或足够的孔隙兼容性，仍有很大的改进空间 [21]、[22]、[23]。微乳液是表面活性剂胶体科学的一个独特分支。它们是在适当配方条件下由表面活性剂、助表面活性剂、油相和水相自发形成的热力学稳定、纳米级均匀分散体系。得益于其超低的油水 IFT、强大的溶解能力和与储层孔隙的优异兼容性，微乳液 flooding 在低渗透率储层的实验室研究和小规模现场测试中展示了出色的应用潜力和采收性能 [3]、[24]。因此，微乳液 flooding 被视为一种高效、创新的提高采收率（EOR）技术，具有巨大的工业化潜力。
随着低渗透率储层的发展扩展到更深、地质更复杂的地层，储层条件变得越来越恶劣，给现有的微乳液系统带来了严峻挑战 [25]、[26]。深部和超深油田通常面临高温、高盐度和低渗透率的三重极端条件。这些极端条件会恶化原油性质并导致表面活性剂分子的结构降解或聚集，最终影响传统微乳液系统的稳定性和驱油性能 [27]、[28]。此外，致密油和页岩油储层的超细孔隙结构加剧了岩石表面的化学吸附。显著的吸附损失加上大规模使用化学品可能导致各种环境问题，包括高碳排放、难以处理的污水和受损的土壤修复能力 [29]。因此，在 EOR 效能与环境可持续性之间取得平衡对于提升微乳液 flooding 的活力和竞争力至关重要。
尽管进行了大量研究，但现有的关于微乳液 flooding 的综述在范围和深度上仍然有限。大多数现有综述集中在基本物理化学性质上，如形成机制、制备方法、表征技术 [30]、[31]、[32]、[33]。虽然一些研究探讨了应用，但它们通常集中在中间相微乳液上，或仅对个别机制进行了表面分析 [14]、[34]、[35]、[36]。系统性地探讨微界面效应和多种驱替机制之间协同作用的综述仍然很少。关于适应恶劣环境的研究简要总结了与微乳液 flooding 相关的挑战和趋势 [3]、[37]、[38]。值得注意的是，Mariyate [39]、Santos [40] 和 Lv 等人 [41] 通过基于纳米粒子的稳定策略为提高微乳液系统在高温和高盐度下的稳定性提供了有价值的见解。然而，鉴于非常规储层即将大规模开发，关于微乳液 flooding 的具体技术途径和对策的系统综述仍存在关键空白。总体而言，尽管现有研究奠定了坚实的理论基础，但大多数仍局限于理论分析和实验室实验，对非常规储层中的应用瓶颈缺乏批判性评估，且迫切需要绿色发展。
为解决这些空白，本文系统总结了表面活性剂 flooding、乳液 flooding 和胶束溶液 flooding 的最新进展。通过阐明它们与微乳液的内在关系，为微乳液系统的配方设计和性能优化提供了理论支持和实际指导。随后，本文重点介绍了微乳液本身的组成、分类、微观驱油机制以及实验室和现场应用案例。最后，考虑到实际工程实施，基于其理论优势评估了微乳液 flooding 的工程适应性，并提出了针对性的优化策略以克服目前限制其工业应用的瓶颈。本文旨在提供关于微乳液 flooding 应用现状的新见解，以及其在现场应用中的适用程度。最终，我们希望激发胶体科学和界面科学界在基础理解和实际应用方面的进一步进展。
**部分摘录**
**表面活性剂 flooding 的基础**
表面活性剂是由亲水头部和疏水尾部组成的两亲分子。疏水部分通常是不同长度的碳氢化合物链，与亲水头部相连，亲水头部可以是阳离子型、阴离子型、非离子型或两性离子型 [42]。在低浓度下，表面活性剂分子以单体形式分散在溶液中或吸附在油水界面，其亲水头部朝向水相，疏水尾部朝向...
**乳液 flooding 的基础**
乳液（宏观乳液）是一种分散体系，其中一个液相（油或水）以液滴形式分散在另一个不相溶的液相（水或油）中 [108]。从热力学的角度来看，将油和水分散到两相系统中会增加吉布斯自由能；因此，乳液本质上是热力学不稳定的 [109]、[110]。添加表面活性剂可以在油水界面形成密集的吸附层。首先，通过...
**胶束溶液 flooding 的基础**
当水溶液中表面活性剂的浓度达到 CMC 时，会形成胶束。胶束溶液不仅包含表面活性剂，还包含盐和醇等添加剂。胶束的形成主要是由两亲分子通过减少其疏水尾部与水相之间的接触来最小化系统自由能的倾向驱动的。结果，亲水头部朝向水，而疏水尾部朝向...
**微乳液 flooding 的概述**
微乳液 flooding 不应被视为完全独立的技术，而是一种先进的基于表面活性剂的 flooding 形式，它在驱替机制、配方设计和储层适应性方面整合了表面活性剂 flooding、胶束溶液 flooding 和乳液 flooding 的关键特征。传统表面活性剂 flooding 主要通过单一表面活性剂组分的作用来降低 IFT，但在低浓度下的效果往往有限...
**结论与展望**
基础表面活性剂 flooding 技术的发展和进步为微乳液 flooding 打下了重要基础。 (i) 基于纳米技术的方法在提高表面活性剂 flooding 和乳液 flooding 的温度和盐度耐受性以及减少储层吸附损失方面取得了实质性进展，例如通过表面修饰和竞争性吸附等机制。 (ii) 通过将表面活性剂与聚合物结合等策略...
**作者贡献声明**
李家璐：资源提供、调查、数据分析、撰写——综述与编辑、撰写——初稿。
刘云龙：资源提供、调查、数据分析。
杨金峰：资源提供、数据分析、撰写——综述与编辑。
吕东方：资源提供、撰写——初稿。
严宁：调查、撰写——初稿。
赵光：监督、资金获取。
**利益冲突声明**
赵光报告获得了国家自然科学基金联合基金的财政支持。赵光还报告获得了新疆维吾尔自治区厅联动项目的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
**致谢**
作者衷心感谢国家自然科学基金（U23B2087）和新疆维吾尔自治区厅联动项目（2024B04007）的财政支持。
