高溫高壓條件下界面化學分析技術(shù)的進展及其在油氣開采中的應用研究

摘要

本文圍繞三次采油與頁巖油開采中二氧化碳驅(qū)、表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)展開，系統(tǒng)介紹真實液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)。闡述其研發(fā)背景與功能特性，深入剖析各功能模塊技術(shù)特點，探討該系統(tǒng)在攻克測量難題、優(yōu)化開采工藝參數(shù)等方面對相關(guān)技術(shù)發(fā)展的促進作用，展現(xiàn)其在石油開采界面化學研究領(lǐng)域的應用價值與發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：真實液滴®高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)；三次采油；頁巖油開采；二氧化碳驅(qū)；表面活性劑二元（三元）驅(qū)；界面化學測量；石油開采技術(shù)

一、引言

在全球能源結(jié)構(gòu)中，石油仍然占據(jù)著重要地位。隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和能源需求的不斷增長，常規(guī)石油資源逐漸面臨儲量下降、開采難度增加等問題。為保障能源供應的穩(wěn)定性與可持續(xù)性，三次采油技術(shù)和頁巖油開采技術(shù)成為石油行業(yè)關(guān)注的焦點。

三次采油技術(shù)致力于挖掘老油田剩余油潛力，通過向油層注入化學物質(zhì)、熱力或氣體等，改變油、氣、水及巖石相互間的物理化學性質(zhì)，以提高原油采收率；頁巖油開采則是從頁巖層這種非常規(guī)儲層中獲取石油資源，拓展了傳統(tǒng)石油開采的儲層范圍。在這兩大技術(shù)體系中，二氧化碳驅(qū)和表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)憑借其技術(shù)特點，成為提高采收率的重要手段。然而，這些技術(shù)的深入研究和高效應用，離不開對高溫高壓條件下界面化學性質(zhì)的精準測量與分析。真實液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)應運而生，以先進的技術(shù)和全面的功能，為石油開采界面化學研究提供了技術(shù)支持，推動相關(guān)技術(shù)發(fā)展。

二、三次采油與頁巖油開采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 三次采油技術(shù)發(fā)展

三次采油技術(shù)經(jīng)過長期的理論研究與實踐探索，已形成多樣化的技術(shù)體系。其中，化學驅(qū)作為三次采油的重要組成部分，發(fā)展較為迅速，涵蓋了聚合物驅(qū)、聚合物/表面活性劑二元復合驅(qū)、表面活性劑/聚合物/堿三元復合驅(qū)、黏彈性顆粒/聚合物/表面活性劑非均相復合驅(qū)等多種技術(shù)類型。

我國在三次采油化學驅(qū)技術(shù)領(lǐng)域取得了一定成果。以大慶油田為例，作為我國三次采油技術(shù)應用的典型案例，其通過向油層注入精心調(diào)配的表面活性劑、聚合物等化學藥劑，改善了油層流體的流動性和界面性質(zhì)。在二次采油的基礎(chǔ)上，大慶油田三次采油技術(shù)使原油采收率提高了14至20個百分點，累計原油產(chǎn)量達到3億噸，并且連續(xù)21年保持年產(chǎn)量超千萬噸。這一成果展示了三次采油技術(shù)在老油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)方面的潛力，也為我國石油工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了支持。

河南油田同樣積極探索適合自身油藏特點的三次采油技術(shù)。針對不同類型油藏的地質(zhì)特性和開采難題，河南油田科研團隊深入研究，形成了微乳液驅(qū)、降黏復合驅(qū)等一系列提高采收率技術(shù)。這些技術(shù)的應用取得了一定效果，在今年前5個月，通過三次采油技術(shù)實現(xiàn)增油5.6萬噸，延長了油藏的開發(fā)周期，提高了油田的經(jīng)濟效益。

2.2 頁巖油開采技術(shù)發(fā)展

頁巖油作為非常規(guī)油氣資源的重要類型，近年來其開采技術(shù)不斷取得進展。隨著勘探開發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新，二氧化碳前置壓裂、密切割均勻壓裂、無水壓裂、提高垂直縫高壓裂等新工藝不斷涌現(xiàn)；區(qū)塊整體立體開采、頁巖油盡早補能和二氧化碳吞吐/驅(qū)替提高采收率等新技術(shù)也展現(xiàn)出應用潛力。

我國重視頁巖油資源的開發(fā)利用，推進頁巖油開采技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進程。目前，已相繼成立新疆油田吉木薩爾頁巖油示范區(qū)、大慶油田古龍陸相頁巖油示范區(qū)、勝利濟陽頁巖油示范區(qū)。這些示范區(qū)的設(shè)立，為頁巖油開采技術(shù)的試驗、推廣和優(yōu)化提供了平臺。

在產(chǎn)量方面，我國頁巖油開采取得了一定成果。2023年，中國頁巖油產(chǎn)量達到400萬噸，創(chuàng)下新高，標志著我國頁巖油開采技術(shù)逐步成熟。2024年，新疆吉木薩爾陸相頁巖油示范區(qū)表現(xiàn)良好，累計產(chǎn)量突破100萬噸，日產(chǎn)量達到4000噸。這些數(shù)據(jù)展示了我國在頁巖油開采領(lǐng)域的技術(shù)進步，也為保障國家能源安全開辟了新的途徑。

三、二氧化碳驅(qū)和表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)概述

3.1 二氧化碳驅(qū)技術(shù)

二氧化碳驅(qū)油技術(shù)是一種具有應用潛力的提高采收率技術(shù)，其原理是利用二氧化碳在油和水中具有較高溶解度的特性，將二氧化碳注入油層。當二氧化碳注入油層后，會使原油體積膨脹，降低原油的黏度，同時減小油水間的界面張力，從而改善原油的流動性，使原油更容易被驅(qū)替出來。與其他驅(qū)油技術(shù)相比，二氧化碳驅(qū)油技術(shù)具有適用范圍廣、驅(qū)油成本相對較低、采油率提高效果較好等特點。

從應用范圍來看，二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的應用逐步擴大。目前，正在實施的二氧化碳驅(qū)油項目接近80個。美國作為能源消耗和生產(chǎn)大國，是開展二氧化碳驅(qū)油項目較多的國家，每年注入油藏的二氧化碳量約在2000萬-3000萬噸之間，積累了二氧化碳驅(qū)油技術(shù)應用經(jīng)驗。

我國在二氧化碳驅(qū)油技術(shù)領(lǐng)域也不斷加大研發(fā)和應用力度。勝利油田和齊魯石化打造的百萬噸級二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）示范工程，具有一定的示范意義。該工程預計在15年內(nèi)可實現(xiàn)增油300萬噸，同時每年能夠減排二氧化碳約100萬噸，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的結(jié)合。在頁巖油開采過程中，二氧化碳同樣發(fā)揮著作用。例如，液態(tài)二氧化碳干法加砂壓裂技術(shù)采用液態(tài)二氧化碳替代傳統(tǒng)水基壓裂液，具有無水相、無殘渣、返排快等特點，能夠減小對儲層的傷害，保護儲層的原始物性；二氧化碳吞吐作為頁巖油早期補能的手段，若能實現(xiàn)多輪吞吐或驅(qū)替，可提高頁巖油采收率，為頁巖油的開采提供了技術(shù)支持。

3.2 表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)

表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)是三次采油中重要的化學驅(qū)油方法之一。該技術(shù)通過向注入水中添加表面活性劑、聚合物等化學劑，改變驅(qū)替流體的物理化學性質(zhì)，以及驅(qū)替流體與原油、巖石礦物之間的界面性質(zhì)，從而達到增加原油產(chǎn)量的目的。

在高溫高鹽油藏開采領(lǐng)域，中國石化經(jīng)過長期的研究和實踐，實現(xiàn)了化學驅(qū)技術(shù)的工業(yè)化應用。針對高溫高鹽油藏的特殊地質(zhì)條件和開采難題，中國石化科研團隊研發(fā)形成了配套技術(shù)，如高溫高鹽油藏聚合物驅(qū)配套技術(shù)、聚合物/表面活性劑二元復合驅(qū)油技術(shù)、固-液非均相復合驅(qū)油技術(shù)等。這些技術(shù)在東部老油田的增儲穩(wěn)油工作中發(fā)揮了作用，緩解了老油田產(chǎn)量遞減的趨勢。

在實際應用中，表面活性劑的性能和配方是影響驅(qū)油效果的關(guān)鍵因素。不同類型的表面活性劑具有不同的分子結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)，在降低界面張力、改變巖石表面潤濕性等方面表現(xiàn)出不同的效果。因此，需要根據(jù)油藏的具體地質(zhì)條件、原油性質(zhì)等因素，對表面活性劑進行篩選和優(yōu)化配方設(shè)計，以發(fā)揮其驅(qū)油效能，提高原油采收率。

四、真實液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)整體介紹

4.1 系統(tǒng)研發(fā)背景與意義

隨著三次采油和頁巖油開采技術(shù)的不斷發(fā)展，對高溫高壓條件下界面化學性質(zhì)測量的要求越來越高。傳統(tǒng)的測量儀器在功能、精度和適用范圍等方面存在一些局限性，難以滿足復雜油藏條件下精確測量的需求。例如，在高溫高壓環(huán)境下，傳統(tǒng)儀器的測量準確性可能下降，無法有效模擬實際油藏工況；對于低或超低界面張力的測量，傳統(tǒng)儀器存在誤差，難以為科研和生產(chǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

為解決這些技術(shù)難題，滿足石油開采領(lǐng)域?qū)缑婊瘜W研究的需求，真實液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)應運而生。該系統(tǒng)的研發(fā)旨在為科研人員和工程師提供一款測量工具，推動石油開采界面化學研究的開展，助力相關(guān)開采技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，提高原油采收率，保障國家能源安全，具有科學意義和實際應用價值。

4.2 系統(tǒng)主要功能與特點

真實液滴®高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)具備全面的功能和良好的性能，能夠在高達70MPa壓力、210攝氏度高溫的條件下，實現(xiàn)多種界面化學參數(shù)的測量。該系統(tǒng)集成了高溫高壓接觸角測量儀、高溫高壓界面張力儀、高溫高壓旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、高溫高壓界面流變儀等多種儀器的功能，同時還擁有力學鉑金板法以及力學鉑金環(huán)法測試表面活性劑動靜態(tài)表面張力的能力。一臺儀器即可完成界面化學領(lǐng)域常見的各類測試方法，提高了實驗效率，避免了不同儀器測量數(shù)據(jù)之間的誤差和不兼容性，增強了數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性和可靠性。

其設(shè)計理念具有創(chuàng)新性，采用了一系列技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計。例如，在溫度和壓力控制方面，具備調(diào)控能力，能夠穩(wěn)定地維持實驗所需的高溫高壓環(huán)境；在數(shù)據(jù)采集和處理方面，運用傳感器和算法，確保測量數(shù)據(jù)的準確性和實時性。這些特點使得真實液滴®系統(tǒng)能夠適用于不同類型的油藏研究和開采技術(shù)開發(fā)場景，為科研和生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

五、真實液滴®系統(tǒng)各功能模塊詳細解析

5.1 高溫高壓接觸角測量儀

5.1.1 腔體設(shè)計

真實液滴®高溫高壓接觸角測量儀的腔體設(shè)計具有特點，樣品臺的升降和X軸移動功能為實驗操作和數(shù)據(jù)采集帶來了便利和精確性。在高溫高壓環(huán)境下進行實驗，移液操作的準確性直接影響實驗結(jié)果的可靠性。樣品臺的升降功能能夠確保液體在高溫高壓環(huán)境下精準地滴落在樣品表面，避免因操作不當導致的液體飛濺、滴落位置偏差等問題，為獲取準確的接觸角數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。

而X軸移動功能則考慮到實際油藏中巖石表面性質(zhì)的不均勻性。在自然環(huán)境中，巖石表面由于長期受到地質(zhì)作用的影響，不同區(qū)域的礦物組成、表面粗糙度、化學性質(zhì)等存在差異，這些差異會導致油-巖石-驅(qū)替液之間的相互作用在巖石表面不同位置表現(xiàn)不同。通過樣品臺的X軸移動，科研人員可以對巖石表面多個不同位置進行接觸角測量，從而了解接觸角在巖石表面的分布情況，探究油藏微觀尺度上界面相互作用的規(guī)律，為油藏數(shù)值模擬、開采方案優(yōu)化等提供詳細的數(shù)據(jù)依據(jù)。

5.1.2 注射泵系統(tǒng)

高壓注射泵系統(tǒng)是真實液滴®高溫高壓接觸角測量儀的組成部分，其具備的振蕩滴操作和獨立溫度控制功能為實驗研究帶來了可能性和靈活性。在界面流變系數(shù)分析中，振蕩滴操作具有作用。界面流變性質(zhì)反映了界面上物質(zhì)的流動和變形特性，與驅(qū)替液在油藏中的波及效率、驅(qū)油效果相關(guān)。通過振蕩滴操作，可以模擬實際油藏中流體在開采過程中的動態(tài)變化，如流體的波動、剪切等情況，從而獲取界面流變系數(shù)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于理解驅(qū)替液與原油之間的相互作用機制，優(yōu)化驅(qū)油體系配方具有意義。

注射泵系統(tǒng)的獨立溫度控制系統(tǒng)具有優(yōu)勢。其溫度控制范圍從室溫到220攝氏度，在100度以下控制精度可達0.02度，100度以上控制精度為0.1度。在模擬高溫油藏環(huán)境時，溫度是影響驅(qū)替液與原油界面性質(zhì)的重要因素之一。不同的溫度條件會改變表面活性劑的活性、分子結(jié)構(gòu)，影響原油的黏度、密度等性質(zhì)，進而對油水界面張力、接觸角等參數(shù)產(chǎn)生影響。通過注射泵系統(tǒng)的控溫，可以實現(xiàn)對注射液體溫度的調(diào)節(jié)，使其與腔體溫度形成不同的組合，模擬出實際油藏溫度工況，從而獲取實驗數(shù)據(jù)，為研究高溫油藏開采過程中的界面化學問題提供支持。

5.1.3 接觸角計算方法

接觸角計算方法是真實液滴®高溫高壓接觸角測量儀的核心之一。該儀器采用的阿莎®技術(shù)的Young-Laplace方程擬合法，相較于傳統(tǒng)的接觸角計算方法，具有優(yōu)勢。傳統(tǒng)的bond number技術(shù)（B factor)的Young-Laplace方程擬合法在無量綱處理過程中采用線性標定技術(shù)，這一技術(shù)特點限制了其對液滴的測量范圍，只能適用于測試0.4-0.8范圍的液滴。當液滴的Bond number小于0.4時，液滴因重力影響較小呈現(xiàn)圓形輪廓；當Bond number大于0.8時，液滴會在重力作用下被壓扁，超出該范圍的液滴，傳統(tǒng)方法無法準確測量其接觸角，導致在實際應用中計算的接觸角值容易出現(xiàn)偏差。

而阿莎®技術(shù)基于第一性原理，采用有量綱技術(shù)，不依賴Bond number技術(shù)，突破了傳統(tǒng)方法對液滴測量范圍的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)全范圍液滴輪廓的測量，包括復雜的非軸對稱液滴輪廓。在實際油藏研究中，油滴的形態(tài)和性質(zhì)受到油藏壓力、溫度、流體組成等多種因素的綜合影響，常常呈現(xiàn)出非對稱、不規(guī)則的形態(tài)，超出傳統(tǒng)方法的測量范圍。阿莎®技術(shù)的Young-Laplace方程擬合法能夠處理這些復雜形態(tài)的液滴，為科研人員提供接觸角數(shù)據(jù)，有助于研究油-巖石-驅(qū)替液之間的相互作用機制，推動油藏界面化學研究的發(fā)展。相比之下，其他如圓、橢圓或多項式切線法等接觸角計算方法，本質(zhì)上是基于幾何模型的量角器，受液滴體積波動影響較大，并且由于不修正重力系數(shù)、表面張力不參與運算，其科學性和準確性有限，已逐漸被研究領(lǐng)域所認識，僅在早期缺乏計算方法時被使用。

5.2 高溫高壓旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀

真實液滴®高溫高壓旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀在三次采油表面活性劑驅(qū)的研究和應用中具有地位，其性能為表面活性劑驅(qū)油效果研究提供了支持。該儀器能夠在高達70MPa壓力、210攝氏度高溫的條件下實現(xiàn)超低界面張力測試，這一性能超過普通旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀。在實際油藏環(huán)境中，油層深處的溫度和壓力通常較高，普通儀器無法模擬如此條件，導致測試結(jié)果無法真實反映油藏內(nèi)部的情況。而真實液滴®高溫高壓旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀能夠模擬油藏的高溫高壓工況，為科研人員研究表面活性劑驅(qū)油過程提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

在表面活性劑驅(qū)油過程中，高溫高壓環(huán)境下的界面張力變化是影響驅(qū)油效率的關(guān)鍵因素。表面活性劑的主要作用是降低油水界面張力，使原油更容易從巖石孔隙中被驅(qū)替出來。通過該儀器，科研人員可以研究不同類型、不同配方的表面活性劑在高溫高壓油藏條件下對油水界面張力的降低效果。例如，在篩選適合特定油藏的表面活性劑配方時，可以將多種不同結(jié)構(gòu)和性能的表面活性劑分別與原油在模擬的高溫高壓條件下進行實驗，測量其界面張力。通過對比不同表面活性劑在相同條件下對界面張力的降低幅度、降低速度等參數(shù)，篩選出能夠降低界面張力、提高驅(qū)油效率的表面活性劑配方，為實際油藏開采提供表面活性劑選擇方案。

此外，該儀器還具備動態(tài)增壓和動態(tài)注入多種物質(zhì)的功能，包括表面活性劑、水、原油樣等。這一特性使實驗過程更加貼近實際油藏開采過程。在實際油藏開采中，隨著開采時間的推進，油藏的壓力、流體性質(zhì)等會發(fā)生變化，需要根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整注入的表面活性劑濃度、水油比例等參數(shù)。利用該儀器的動態(tài)注入功能，科研人員可以預先設(shè)定不同的注入程序，讓儀器自動按照程序進行動態(tài)增壓和動態(tài)注入操作，實現(xiàn)無人值守自動配置表面活性劑配方。通過實驗數(shù)據(jù)積累和分析，可以建立起表面活性劑配方與油藏條件之間的關(guān)系模型，為實際油藏開采提供表面活性劑配方方案，提高開采效率，降低開采成本，提升油田的經(jīng)濟效益。

5.3 高溫高壓界面流變儀

在二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的研究和實踐中，真實液滴®高溫高壓界面流變儀具有作用，其采用的懸滴法、約束停滴法以及VoidLock技術(shù)為測量原油與二氧化碳之間的界面張力提供了支持。

在傳統(tǒng)的界面流變儀中，當進行低或超低界面張力測試時，常常面臨液滴在針頭上爬升的問題。在低界面張力情況下，液體與針頭之間的附著力相對較強，使得液滴容易沿著針頭向上爬升。而液滴的爬升會干擾界面張力的計算，導致測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，無法反映原油與二氧化碳之間的界面性質(zhì)，影響對二氧化碳驅(qū)油效果的評估和研究。真實液滴®高溫高壓界面流變儀的VoidLock技術(shù)解決了這一問題。該技術(shù)通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制算法，能夠抑制液滴在針頭上的爬升現(xiàn)象，確保液滴能夠穩(wěn)定地形成并保持在合適的位置，為測量界面張力提供了基礎(chǔ)。

采用懸滴法以及約束停滴法（contrained sessile drop)進行測試時，該儀器能夠捕捉液滴的形態(tài)變化，并通過圖像分析和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，計算出界面張力值。在二氧化碳驅(qū)油過程中，原油與二氧化碳之間的界面張力處于低或超低水平，這種測量方法和技術(shù)手段，使得儀器能夠適應此類測量需求，獲取界面張力數(shù)據(jù)。

這些測量數(shù)據(jù)對于理解二氧化碳驅(qū)油的微觀機理具有意義。科研人員可以通過分析不同溫度、壓力、二氧化碳濃度等條件下原油與二氧化碳的界面張力變化，研究二氧化碳在原油中的溶解特性、擴散行為以及對原油性質(zhì)的影響。例如，了解二氧化碳溶解后如何改變原油的黏度、密度和表面性質(zhì)，進而影響原油在巖石孔隙中的流動能力。通過掌握這些微觀作用機制，能夠進一步優(yōu)化二氧化碳驅(qū)油的工藝參數(shù)，如確定二氧化碳注入量、注入速度、注入時機等，提高二氧化碳驅(qū)油的效率和效果，為推廣二氧化碳驅(qū)油技術(shù)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

5.4 鉑金板法與鉑金環(huán)法功能模塊

真實液滴®高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)所配備的基于鉑金板法原理的常壓條件動態(tài)表面和界面張力功能以及鉑金環(huán)法靜態(tài)表面張力測試功能，為表面活性劑相關(guān)研究提供了測量手段。

動態(tài)表面張力功能采用阿莎®技術(shù)的鉑金板法，其動態(tài)速度響應能力具有特點，響應時間可達2-5ms，并且能夠測試平衡表面張力值。在表面活性劑的研究和應用中，表面活性劑的動態(tài)表面活性是評估其性能的指標之一。表面活性劑分子在溶液表面的吸附和解吸過程是一個動態(tài)變化的過程，快速的響應時間能夠捕捉到這些動態(tài)變化。例如，在表面活性劑溶液與空氣接觸的初始階段，表面活性劑分子會向氣-液界面遷移并吸附，降低表面張力。傳統(tǒng)測量儀器由于響應速度較慢，難以記錄這一變化的過程，導致無法全面了解表面活性劑的動態(tài)表面活性。而真實液滴®系統(tǒng)的鉑金板法能夠在短時間內(nèi)感知表面張力的變化，記錄表面活性劑分子在界面上的吸附動力學過程，包括吸附速率、達到平衡吸附量所需的時間等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)對于研究表面活性劑的作用機制，如表面活性劑分子的吸附模式、分子間相互作用等具有意義。

同時，該儀器可選配氣泡壓力法模塊，用于與鉑金板法測試的動態(tài)表面張力數(shù)據(jù)進行對比。不同的測量方法基于不同的原理和技術(shù)，在測量過程中可能會受到各種因素的影響，從而產(chǎn)生誤差。通過將鉑金板法和氣泡壓力法兩種測量方法所得的數(shù)據(jù)進行對比分析，可以相互驗證和補充，提高數(shù)據(jù)的準確性。例如，鉑金板法在測量過程中，鉑金板與溶液的接觸情況、表面狀態(tài)等因素可能會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響；而氣泡壓力法在氣泡生成、壓力測量等環(huán)節(jié)也可能存在誤差。通過對比兩種方法的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)測量過程中可能存在的問題，進一步優(yōu)化實驗條件和測量方法，為科研人員提供表面活性劑表面張力數(shù)據(jù)，有助于研究表面活性劑在不同條件下的性能表現(xiàn)，為三次采油和頁巖油開采中表面活性劑的選擇和應用提供依據(jù)。

鉑金環(huán)法靜態(tài)表面張力測試功能則為表面活性劑靜態(tài)表面性質(zhì)的研究提供了手段。在一些研究場景中，需要了解表面活性劑溶液在達到平衡狀態(tài)下的表面張力值，以評估表面活性劑的基本性能和穩(wěn)定性。鉑金環(huán)法通過將鉑金環(huán)浸入溶液中，然后緩慢向上提拉，測量鉑金環(huán)脫離溶液表面時所受到的最大拉力，進而計算出溶液的靜態(tài)表面張力。該方法操作簡便、測量準確，能夠為科研人員提供靜態(tài)表面張力數(shù)據(jù)。在篩選表面活性劑配方時，通過測量不同表面活性劑溶液的靜態(tài)表面張力，可以初步判斷表面活性劑降低表面張力的能力，為后續(xù)的動態(tài)性能研究和實際應用篩選出具有潛力的表面活性劑。

六、真實液滴®系統(tǒng)對二氧化碳驅(qū)和表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)發(fā)展的促進作用

6.1 對二氧化碳驅(qū)技術(shù)發(fā)展的促進

在二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展進程中，真實液滴®高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)解決了長期制約研究和應用的技術(shù)難題，為該技術(shù)的發(fā)展提供了支持。

在實際的二氧化碳驅(qū)油過程中，由于原油的密度通常大于二氧化碳，在進行傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)滴界面張力測試時，難以形成旋轉(zhuǎn)滴結(jié)構(gòu)。這是因為在旋轉(zhuǎn)過程中，密度較大的原油會下沉，無法在離心力作用下形成穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)滴形態(tài)，導致無法通過傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測量界面張力。而真實液滴®系統(tǒng)憑借其設(shè)計和功能，突破了這一限制。無論是在高溫高壓條件下，還是在原油與二氧化碳密度差異較大的情況下，該系統(tǒng)都能夠通過多種測量方法（如懸滴法、約束停滴法等）測量原油與二氧化碳之間的界面張力。例如，在采用懸滴法測量時，儀器能夠形成原油液滴，并在二氧化碳環(huán)境中捕捉液滴的形態(tài)變化，通過算法計算出界面張力值，為研究二氧化碳驅(qū)油過程中的界面性質(zhì)提供了數(shù)據(jù)支持。

此外，原油與二氧化碳驅(qū)的界面張力通常處于低或超低水平，普通的針頭在這種情況下難以形成穩(wěn)定的液滴。一方面，低界面張力使得液體的表面穩(wěn)定性降低，液滴容易破裂或變形；另一方面，普通針頭的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)無法滿足低界面張力液體的成滴要求。真實液滴®系統(tǒng)的VoidLock技術(shù)等創(chuàng)新設(shè)計，解決了這一難題。VoidLock技術(shù)通過表面處理和流體控制技術(shù)，能夠增強液體與針頭之間的穩(wěn)定性，抑制液滴的破裂和變形，確保在低或超低界面張力條件下能夠形成液滴，并進行測量。通過測量這些低或超低界面張力值，科研人員可以研究二氧化碳與原油之間的相互作用機制，如二氧化碳在原油中的溶解對界面張力的影響規(guī)律、界面張力與驅(qū)油效率之間的關(guān)系等。

傳統(tǒng)的界面張力測試算法，如bond number技術(shù)的Young-Laplace方程擬合法，受限于只能測試0.4-0.8范圍的液滴，無法滿足原油與二氧化碳驅(qū)界面張力測量的實際需求。而真實液滴®系統(tǒng)采用的阿莎®技術(shù)的Young-Laplace方程擬合法不受此限制，能夠測量各種形態(tài)和大小的液滴的接觸角和界面張力。這使得科研人員在研究二氧化碳驅(qū)油過程時，能夠獲取數(shù)據(jù)，分析二氧化碳驅(qū)油的微觀機理，如二氧化碳如何改變原油與巖石表面的潤濕性、界面張力的變化如何影響原油在孔隙中的滲流特性等?；谶@些數(shù)據(jù)和的研究，科研人員可以進一步優(yōu)化二氧化碳驅(qū)油的工藝參數(shù)，如調(diào)整二氧化碳的注入濃度、注入速度、注入方式等，提高二氧化碳驅(qū)油的效率和效果，推動二氧化碳驅(qū)油技術(shù)在實際油藏開采中的應用和發(fā)展。

6.2 對表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)發(fā)展的促進

表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)在提高原油采收率方面發(fā)揮著作用，而真實液滴®高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)為該技術(shù)的優(yōu)化和發(fā)展提供了技術(shù)支持。

在高溫高鹽油藏等復雜環(huán)境下，表面活性劑的性能會受到影響，其與原油、巖石之間的界面性質(zhì)也變得更加復雜。真實液滴®系統(tǒng)能夠在模擬的高溫高壓高鹽環(huán)境下，測量表面活性劑溶液的動靜態(tài)表面張力、界面張力以及接觸角等關(guān)鍵參數(shù)。通過對這些參數(shù)的分析，科研人員可以了解表面活性劑在復雜油藏條件下的作用機制。例如，在高溫高鹽環(huán)境中，表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生變化，導致其活性降低、吸附性能改變。通過測量表面活性劑溶液的動態(tài)表面張力，科研人員可以觀察到表面活性劑分子在溶液表面的吸附和解吸過程隨溫度和鹽度的變化規(guī)律，了解表面活性劑分子如何適應高溫高鹽環(huán)境，以及這種變化對表面張力降低效果的影響。

在篩選適合特定油藏條件的表面活性劑配方時，真實液滴®系統(tǒng)發(fā)揮著作用?？蒲腥藛T可以將不同結(jié)構(gòu)、不同性能的表面活性劑與原油、巖石樣品在模擬的油藏條件下進行實驗，利用該系統(tǒng)測量各種界面化學參數(shù)。通過對比不同表面活性劑配方在相同條件下的測量結(jié)果，如界面張力的降低幅度、接觸角的變化、表面張力達到平衡的時間等，篩選出能夠降低界面張力、改變巖石表面潤濕性、提高驅(qū)油效率的表面活性劑配方。例如，在某高溫高鹽油藏的研究中，科研人員通過該系統(tǒng)對多種表面活性劑配方進行測試，發(fā)現(xiàn)一種特定的表面活性劑二元復合配方能夠在該油藏條件下降低油水界面張力，同時改變巖石表面的潤濕性，使其從親油性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，從而提高了原油的采收率。

此外，真實液滴®系統(tǒng)還可以用于研究表面活性劑二元（三元）驅(qū)體系在不同注入方式、注入順序下的性能表現(xiàn)。在實際油藏開采中，表面活性劑的注入方式和順序會影響其在油層中的分布和作用效果。通過該系統(tǒng)，科研人員可以模擬不同的注入方案，測量界面化學參數(shù)的變化，評估不同注入方式對驅(qū)油效果的影響。例如，研究先注入表面活性劑溶液再注入聚合物溶液，與先注入聚合物溶液再注入表面活性劑溶液這兩種不同注入順序下，界面張力、接觸角等參數(shù)的變化情況，以及對原油采收率的影響，從而確定注入方案，為實際油藏開采提供指導，進一步推動表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)在復雜油藏條件下的應用和發(fā)展。

七、結(jié)論

真實液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)是一款針對三次采油和頁巖油開采中二氧化碳驅(qū)、表面活性劑二元（三元）驅(qū)等技術(shù)研發(fā)的儀器。它憑借設(shè)計理念、技術(shù)手段和功能特性，解決了傳統(tǒng)測量儀器在高溫高壓、低或超低界面張力測量等方面存在的問題，為石油開采界面化學研究提供了測量數(shù)據(jù)。

在三次采油和頁巖油開采技術(shù)發(fā)展的背景下，該系統(tǒng)對二氧化碳驅(qū)和表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)的發(fā)展起到了促進作用。通過測量界面化學參數(shù)，它幫助科研人員了解驅(qū)油過程中的微觀機理，優(yōu)化驅(qū)油工藝參數(shù)和化學劑配方，提高原油采收率，降低開采成本，提升油田的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

隨著石油開采行業(yè)對能源需求的增長和對開采技術(shù)要求的提高，真實液滴®高溫高壓界面化學分析系統(tǒng)有望在未來的石油開采領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。它將推動界面化學研究的開展，助力石油開采技術(shù)實現(xiàn)突破，為保障全球能源供應和推動石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。未來，隨著技術(shù)的進步和創(chuàng)新，該系統(tǒng)也將不斷完善和升級，以適應復雜多樣的研究和應用需求，持續(xù)為石油開采行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。