高溫高壓條件下界面化學(xué)分析技術(shù)的進(jìn)展及其在油氣開(kāi)采中的應(yīng)用研究

摘要

本文圍繞三次采油與頁(yè)巖油開(kāi)采中二氧化碳驅(qū)、表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)展開(kāi)，系統(tǒng)介紹真實(shí)液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學(xué)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(diǎn)，探討該系統(tǒng)在攻克測(cè)量難題、優(yōu)化開(kāi)采工藝參數(shù)等方面對(duì)相關(guān)技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用，展現(xiàn)其在石油開(kāi)采界面化學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值與發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：真實(shí)液滴®高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)；三次采油；頁(yè)巖油開(kāi)采；二氧化碳驅(qū)；表面活性劑二元（三元）驅(qū)；界面化學(xué)測(cè)量；石油開(kāi)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(jì)的持續(xù)發(fā)展和能源需求的不斷增長(zhǎng)，常規(guī)石油資源逐漸面臨儲(chǔ)量下降、開(kāi)采難度增加等問(wèn)題。為保障能源供應(yīng)的穩(wěn)定性與可持續(xù)性，三次采油技術(shù)和頁(yè)巖油開(kāi)采技術(shù)成為石油行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

三次采油技術(shù)致力于挖掘老油田剩余油潛力，通過(guò)向油層注入化學(xué)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(xué)性質(zhì)，以提高原油采收率；頁(yè)巖油開(kāi)采則是從頁(yè)巖層這種非常規(guī)儲(chǔ)層中獲取石油資源，拓展了傳統(tǒng)石油開(kāi)采的儲(chǔ)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(diǎn)，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(yīng)用，離不開(kāi)對(duì)高溫高壓條件下界面化學(xué)性質(zhì)的精準(zhǔn)測(cè)量與分析。真實(shí)液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，以先進(jìn)的技術(shù)和全面的功能，為石油開(kāi)采界面化學(xué)研究提供了技術(shù)支持，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展。

二、三次采油與頁(yè)巖油開(kāi)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(guò)長(zhǎng)期的理論研究與實(shí)踐探索，已形成多樣化的技術(shù)體系。其中，化學(xué)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(fù)合驅(qū)、表面活性劑/聚合物/堿三元復(fù)合驅(qū)、黏彈性顆粒/聚合物/表面活性劑非均相復(fù)合驅(qū)等多種技術(shù)類型。

我國(guó)在三次采油化學(xué)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(guó)三次采油技術(shù)應(yīng)用的典型案例，其通過(guò)向油層注入精心調(diào)配的表面活性劑、聚合物等化學(xué)藥劑，改善了油層流體的流動(dòng)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(gè)百分點(diǎn)，累計(jì)原油產(chǎn)量達(dá)到3億噸，并且連續(xù)21年保持年產(chǎn)量超千萬(wàn)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(guó)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(diǎn)的三次采油技術(shù)。針對(duì)不同類型油藏的地質(zhì)特性和開(kāi)采難題，河南油田科研團(tuán)隊(duì)深入研究，形成了微乳液驅(qū)、降黏復(fù)合驅(qū)等一系列提高采收率技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用取得了一定效果，在今年前5個(gè)月，通過(guò)三次采油技術(shù)實(shí)現(xiàn)增油5.6萬(wàn)噸，延長(zhǎng)了油藏的開(kāi)發(fā)周期，提高了油田的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 頁(yè)巖油開(kāi)采技術(shù)發(fā)展

頁(yè)巖油作為非常規(guī)油氣資源的重要類型，近年來(lái)其開(kāi)采技術(shù)不斷取得進(jìn)展。隨著勘探開(kāi)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(wú)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(kāi)采、頁(yè)巖油盡早補(bǔ)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(yīng)用潛力。

我國(guó)重視頁(yè)巖油資源的開(kāi)發(fā)利用，推進(jìn)頁(yè)巖油開(kāi)采技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前，已相繼成立新疆油田吉木薩爾頁(yè)巖油示范區(qū)、大慶油田古龍陸相頁(yè)巖油示范區(qū)、勝利濟(jì)陽(yáng)頁(yè)巖油示范區(qū)。這些示范區(qū)的設(shè)立，為頁(yè)巖油開(kāi)采技術(shù)的試驗(yàn)、推廣和優(yōu)化提供了平臺(tái)。

在產(chǎn)量方面，我國(guó)頁(yè)巖油開(kāi)采取得了一定成果。2023年，中國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)量達(dá)到400萬(wàn)噸，創(chuàng)下新高，標(biāo)志著我國(guó)頁(yè)巖油開(kāi)采技術(shù)逐步成熟。2024年，新疆吉木薩爾陸相頁(yè)巖油示范區(qū)表現(xiàn)良好，累計(jì)產(chǎn)量突破100萬(wàn)噸，日產(chǎn)量達(dá)到4000噸。這些數(shù)據(jù)展示了我國(guó)在頁(yè)巖油開(kāi)采領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，也為保障國(guó)家能源安全開(kāi)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(yīng)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(dāng)二氧化碳注入油層后，會(huì)使原油體積膨脹，降低原油的黏度，同時(shí)減小油水間的界面張力，從而改善原油的流動(dòng)性，使原油更容易被驅(qū)替出來(lái)。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(duì)較低、采油率提高效果較好等特點(diǎn)。

從應(yīng)用范圍來(lái)看，二氧化碳驅(qū)油技術(shù)的應(yīng)用逐步擴(kuò)大。目前，正在實(shí)施的二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目接近80個(gè)。美國(guó)作為能源消耗和生產(chǎn)大國(guó)，是開(kāi)展二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目較多的國(guó)家，每年注入油藏的二氧化碳量約在2000萬(wàn)-3000萬(wàn)噸之間，積累了二氧化碳驅(qū)油技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

我國(guó)在二氧化碳驅(qū)油技術(shù)領(lǐng)域也不斷加大研發(fā)和應(yīng)用力度。勝利油田和齊魯石化打造的百萬(wàn)噸級(jí)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(yù)計(jì)在15年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)增油300萬(wàn)噸，同時(shí)每年能夠減排二氧化碳約100萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的結(jié)合。在頁(yè)巖油開(kāi)采過(guò)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(wú)水相、無(wú)殘?jiān)⒎蹬趴斓忍攸c(diǎn)，能夠減小對(duì)儲(chǔ)層的傷害，保護(hù)儲(chǔ)層的原始物性；二氧化碳吞吐作為頁(yè)巖油早期補(bǔ)能的手段，若能實(shí)現(xiàn)多輪吞吐或驅(qū)替，可提高頁(yè)巖油采收率，為頁(yè)巖油的開(kāi)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(xué)驅(qū)油方法之一。該技術(shù)通過(guò)向注入水中添加表面活性劑、聚合物等化學(xué)劑，改變驅(qū)替流體的物理化學(xué)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(dá)到增加原油產(chǎn)量的目的。

在高溫高鹽油藏開(kāi)采領(lǐng)域，中國(guó)石化經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)驅(qū)技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。針對(duì)高溫高鹽油藏的特殊地質(zhì)條件和開(kāi)采難題，中國(guó)石化科研團(tuán)隊(duì)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(fù)合驅(qū)油技術(shù)、固-液非均相復(fù)合驅(qū)油技術(shù)等。這些技術(shù)在東部老油田的增儲(chǔ)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(shì)。

在實(shí)際應(yīng)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(xué)性質(zhì)，在降低界面張力、改變巖石表面潤(rùn)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(duì)表面活性劑進(jìn)行篩選和優(yōu)化配方設(shè)計(jì)，以發(fā)揮其驅(qū)油效能，提高原油采收率。

四、真實(shí)液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學(xué)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(yè)巖油開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)高溫高壓條件下界面化學(xué)性質(zhì)測(cè)量的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x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(fù)雜油藏條件下精確測(cè)量的需求。例如，在高溫高壓環(huán)境下，傳統(tǒng)儀器的測(cè)量準(zhǔn)確性可能下降，無(wú)法有效模擬實(shí)際油藏工況；對(duì)于低或超低界面張力的測(cè)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(kāi)采領(lǐng)域?qū)缑婊瘜W(xué)研究的需求，真實(shí)液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)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(cè)量工具，推動(dòng)石油開(kāi)采界面化學(xué)研究的開(kāi)展，助力相關(guān)開(kāi)采技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，提高原油采收率，保障國(guó)家能源安全，具有科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4.2 系統(tǒng)主要功能與特點(diǎn)

真實(shí)液滴®高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)具備全面的功能和良好的性能，能夠在高達(dá)70MPa壓力、210攝氏度高溫的條件下，實(shí)現(xiàn)多種界面化學(xué)參數(shù)的測(cè)量。該系統(tǒng)集成了高溫高壓接觸角測(cè)量?jī)x、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(shí)還擁有力學(xué)鉑金板法以及力學(xué)鉑金環(huán)法測(cè)試表面活性劑動(dòng)靜態(tài)表面張力的能力。一臺(tái)儀器即可完成界面化學(xué)領(lǐng)域常見(jiàn)的各類測(cè)試方法，提高了實(shí)驗(yàn)效率，避免了不同儀器測(cè)量數(shù)據(jù)之間的誤差和不兼容性，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性和可靠性。

其設(shè)計(jì)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(jì)。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(shí)驗(yàn)所需的高溫高壓環(huán)境；在數(shù)據(jù)采集和處理方面，運(yùn)用傳感器和算法，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。這些特點(diǎn)使得真實(shí)液滴®系統(tǒng)能夠適用于不同類型的油藏研究和開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)場(chǎng)景，為科研和生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

五、真實(shí)液滴®系統(tǒng)各功能模塊詳細(xì)解析

5.1 高溫高壓接觸角測(cè)量?jī)x

5.1.1 腔體設(shè)計(jì)

真實(shí)液滴®高溫高壓接觸角測(cè)量?jī)x的腔體設(shè)計(jì)具有特點(diǎn)，樣品臺(tái)的升降和X軸移動(dòng)功能為實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)采集帶來(lái)了便利和精確性。在高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，移液操作的準(zhǔn)確性直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。樣品臺(tái)的升降功能能夠確保液體在高溫高壓環(huán)境下精準(zhǔn)地滴落在樣品表面，避免因操作不當(dāng)導(dǎo)致的液體飛濺、滴落位置偏差等問(wèn)題，為獲取準(zhǔn)確的接觸角數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。

而X軸移動(dòng)功能則考慮到實(shí)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(zhǎng)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(xué)性質(zhì)等存在差異，這些差異會(huì)導(dǎo)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(guò)樣品臺(tái)的X軸移動(dòng)，科研人員可以對(duì)巖石表面多個(gè)不同位置進(jìn)行接觸角測(cè)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?cái)?shù)值模擬、開(kāi)采方案優(yōu)化等提供詳細(xì)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(shí)液滴®高溫高壓接觸角測(cè)量?jī)x的組成部分，其具備的振蕩滴操作和獨(dú)立溫度控制功能為實(shí)驗(yàn)研究帶來(lái)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(dòng)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(guò)振蕩滴操作，可以模擬實(shí)際油藏中流體在開(kāi)采過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化，如流體的波動(dòng)、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(duì)于理解驅(qū)替液與原油之間的相互作用機(jī)制，優(yōu)化驅(qū)油體系配方具有意義。

注射泵系統(tǒng)的獨(dú)立溫度控制系統(tǒng)具有優(yōu)勢(shì)。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(dá)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(shí)，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(huì)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(jìn)而對(duì)油水界面張力、接觸角等參數(shù)產(chǎn)生影響。通過(guò)注射泵系統(tǒng)的控溫，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)際油藏溫度工況，從而獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為研究高溫油藏開(kāi)采過(guò)程中的界面化學(xué)問(wèn)題提供支持。

5.1.3 接觸角計(jì)算方法

接觸角計(jì)算方法是真實(shí)液滴®高溫高壓接觸角測(cè)量?jī)x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(jì)算方法，具有優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的bond number技術(shù)（B factor)的Young-Laplace方程擬合法在無(wú)量綱處理過(guò)程中采用線性標(biāo)定技術(shù)，這一技術(shù)特點(diǎn)限制了其對(duì)液滴的測(cè)量范圍，只能適用于測(cè)試0.4-0.8范圍的液滴。當(dāng)液滴的Bond number小于0.4時(shí)，液滴因重力影響較小呈現(xiàn)圓形輪廓；當(dāng)Bond number大于0.8時(shí)，液滴會(huì)在重力作用下被壓扁，超出該范圍的液滴，傳統(tǒng)方法無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量其接觸角，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中計(jì)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(duì)液滴測(cè)量范圍的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)全范圍液滴輪廓的測(cè)量，包括復(fù)雜的非軸對(duì)稱液滴輪廓。在實(shí)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(duì)稱、不規(guī)則的形態(tài)，超出傳統(tǒng)方法的測(cè)量范圍。阿莎®技術(shù)的Young-Laplace方程擬合法能夠處理這些復(fù)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(jī)制，推動(dòng)油藏界面化學(xué)研究的發(fā)展。相比之下，其他如圓、橢圓或多項(xiàng)式切線法等接觸角計(jì)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(dòng)影響較大，并且由于不修正重力系數(shù)、表面張力不參與運(yùn)算，其科學(xué)性和準(zhǔn)確性有限，已逐漸被研究領(lǐng)域所認(rèn)識(shí)，僅在早期缺乏計(jì)算方法時(shí)被使用。

5.2 高溫高壓旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀

真實(shí)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(yīng)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(dá)70MPa壓力、210攝氏度高溫的條件下實(shí)現(xiàn)超低界面張力測(cè)試，這一性能超過(guò)普通旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀。在實(shí)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(wú)法模擬如此條件，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果無(wú)法真實(shí)反映油藏內(nèi)部的情況。而真實(shí)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(guò)程提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

在表面活性劑驅(qū)油過(guò)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(lái)。通過(guò)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(duì)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(shí)，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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)量其界面張力。通過(guò)對(duì)比不同表面活性劑在相同條件下對(duì)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(shí)際油藏開(kāi)采提供表面活性劑選擇方案。

此外，該儀器還具備動(dòng)態(tài)增壓和動(dòng)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(shí)驗(yàn)過(guò)程更加貼近實(shí)際油藏開(kāi)采過(guò)程。在實(shí)際油藏開(kāi)采中，隨著開(kāi)采時(shí)間的推進(jìn)，油藏的壓力、流體性質(zhì)等會(huì)發(fā)生變化，需要根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)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(dòng)態(tài)注入功能，科研人員可以預(yù)先設(shè)定不同的注入程序，讓儀器自動(dòng)按照程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)增壓和動(dòng)態(tài)注入操作，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)配置表面活性劑配方。通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(shí)際油藏開(kāi)采提供表面活性劑配方方案，提高開(kāi)采效率，降低開(kāi)采成本，提升油田的經(jīng)濟(jì)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(shí)踐中，真實(shí)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(cè)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(dāng)進(jìn)行低或超低界面張力測(cè)試時(shí)，常常面臨液滴在針頭上爬升的問(wèn)題。在低界面張力情況下，液體與針頭之間的附著力相對(duì)較強(qiáng)，使得液滴容易沿著針頭向上爬升。而液滴的爬升會(huì)干擾界面張力的計(jì)算，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，無(wú)法反映原油與二氧化碳之間的界面性質(zhì)，影響對(duì)二氧化碳驅(qū)油效果的評(píng)估和研究。真實(shí)液滴®高溫高壓界面流變儀的VoidLock技術(shù)解決了這一問(wèn)題。該技術(shù)通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(cè)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(jìn)行測(cè)試時(shí)，該儀器能夠捕捉液滴的形態(tài)變化，并通過(guò)圖像分析和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，計(jì)算出界面張力值。在二氧化碳驅(qū)油過(guò)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(cè)量方法和技術(shù)手段，使得儀器能夠適應(yīng)此類測(cè)量需求，獲取界面張力數(shù)據(jù)。

這些測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)于理解二氧化碳驅(qū)油的微觀機(jī)理具有意義。科研人員可以通過(guò)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(kuò)散行為以及對(duì)原油性質(zhì)的影響。例如，了解二氧化碳溶解后如何改變?cè)偷酿ざ?、密度和表面性質(zhì)，進(jìn)而影響原油在巖石孔隙中的流動(dòng)能力。通過(guò)掌握這些微觀作用機(jī)制，能夠進(jìn)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(shí)機(jī)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(shí)液滴®高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)所配備的基于鉑金板法原理的常壓條件動(dòng)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(cè)試功能，為表面活性劑相關(guān)研究提供了測(cè)量手段。

動(dòng)態(tài)表面張力功能采用阿莎®技術(shù)的鉑金板法，其動(dòng)態(tài)速度響應(yīng)能力具有特點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間可達(dá)2-5ms，并且能夠測(cè)試平衡表面張力值。在表面活性劑的研究和應(yīng)用中，表面活性劑的動(dòng)態(tài)表面活性是評(píng)估其性能的指標(biāo)之一。表面活性劑分子在溶液表面的吸附和解吸過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，快速的響應(yīng)時(shí)間能夠捕捉到這些動(dòng)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(huì)向氣-液界面遷移并吸附，降低表面張力。傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器由于響應(yīng)速度較慢，難以記錄這一變化的過(guò)程，導(dǎo)致無(wú)法全面了解表面活性劑的動(dòng)態(tài)表面活性。而真實(shí)液滴®系統(tǒng)的鉑金板法能夠在短時(shí)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(dòng)力學(xué)過(guò)程，包括吸附速率、達(dá)到平衡吸附量所需的時(shí)間等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)對(duì)于研究表面活性劑的作用機(jī)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(shí)，該儀器可選配氣泡壓力法模塊，用于與鉑金板法測(cè)試的動(dòng)態(tài)表面張力數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。不同的測(cè)量方法基于不同的原理和技術(shù)，在測(cè)量過(guò)程中可能會(huì)受到各種因素的影響，從而產(chǎn)生誤差。通過(guò)將鉑金板法和氣泡壓力法兩種測(cè)量方法所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。例如，鉑金板法在測(cè)量過(guò)程中，鉑金板與溶液的接觸情況、表面狀態(tài)等因素可能會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響；而氣泡壓力法在氣泡生成、壓力測(cè)量等環(huán)節(jié)也可能存在誤差。通過(guò)對(duì)比兩種方法的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件和測(cè)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(yè)巖油開(kāi)采中表面活性劑的選擇和應(yīng)用提供依據(jù)。

鉑金環(huán)法靜態(tài)表面張力測(cè)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(chǎng)景中，需要了解表面活性劑溶液在達(dá)到平衡狀態(tài)下的表面張力值，以評(píng)估表面活性劑的基本性能和穩(wěn)定性。鉑金環(huán)法通過(guò)將鉑金環(huán)浸入溶液中，然后緩慢向上提拉，測(cè)量鉑金環(huán)脫離溶液表面時(shí)所受到的最大拉力，進(jìn)而計(jì)算出溶液的靜態(tài)表面張力。該方法操作簡(jiǎn)便、測(cè)量準(zhǔn)確，能夠?yàn)榭蒲腥藛T提供靜態(tài)表面張力數(shù)據(jù)。在篩選表面活性劑配方時(shí)，通過(guò)測(cè)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(dòng)態(tài)性能研究和實(shí)際應(yīng)用篩選出具有潛力的表面活性劑。

六、真實(shí)液滴®系統(tǒng)對(duì)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(jìn)作用

6.1 對(duì)二氧化碳驅(qū)技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)

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

在實(shí)際的二氧化碳驅(qū)油過(guò)程中，由于原油的密度通常大于二氧化碳，在進(jìn)行傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)滴界面張力測(cè)試時(shí)，難以形成旋轉(zhuǎn)滴結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)樵谛D(zhuǎn)過(guò)程中，密度較大的原油會(huì)下沉，無(wú)法在離心力作用下形成穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)滴形態(tài)，導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測(cè)量界面張力。而真實(shí)液滴®系統(tǒng)憑借其設(shè)計(jì)和功能，突破了這一限制。無(wú)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(guò)多種測(cè)量方法（如懸滴法、約束停滴法等）測(cè)量原油與二氧化碳之間的界面張力。例如，在采用懸滴法測(cè)量時(shí)，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(guò)算法計(jì)算出界面張力值，為研究二氧化碳驅(qū)油過(guò)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(wú)法滿足低界面張力液體的成滴要求。真實(shí)液滴®系統(tǒng)的VoidLock技術(shù)等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，解決了這一難題。VoidLock技術(shù)通過(guò)表面處理和流體控制技術(shù)，能夠增強(qiáng)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(jìn)行測(cè)量。通過(guò)測(cè)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(jī)制，如二氧化碳在原油中的溶解對(duì)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(cè)試算法，如bond number技術(shù)的Young-Laplace方程擬合法，受限于只能測(cè)試0.4-0.8范圍的液滴，無(wú)法滿足原油與二氧化碳驅(qū)界面張力測(cè)量的實(shí)際需求。而真實(shí)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(cè)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(guò)程時(shí)，能夠獲取數(shù)據(jù)，分析二氧化碳驅(qū)油的微觀機(jī)理，如二氧化碳如何改變?cè)团c巖石表面的潤(rùn)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。基于這些數(shù)據(jù)和的研究，科研人員可以進(jìn)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(dòng)二氧化碳驅(qū)油技術(shù)在實(shí)際油藏開(kāi)采中的應(yīng)用和發(fā)展。

6.2 對(duì)表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)

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(shí)液滴®高溫高壓界面化學(xué)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(fù)雜環(huán)境下，表面活性劑的性能會(huì)受到影響，其與原油、巖石之間的界面性質(zhì)也變得更加復(fù)雜。真實(shí)液滴®系統(tǒng)能夠在模擬的高溫高壓高鹽環(huán)境下，測(cè)量表面活性劑溶液的動(dòng)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(guò)對(duì)這些參數(shù)的分析，科研人員可以了解表面活性劑在復(fù)雜油藏條件下的作用機(jī)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(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致其活性降低、吸附性能改變。通過(guò)測(cè)量表面活性劑溶液的動(dòng)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(guò)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(yīng)高溫高鹽環(huán)境，以及這種變化對(duì)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(shí)，真實(shí)液滴®系統(tǒng)發(fā)揮著作用。科研人員可以將不同結(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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用該系統(tǒng)測(cè)量各種界面化學(xué)參數(shù)。通過(guò)對(duì)比不同表面活性劑配方在相同條件下的測(cè)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(dá)到平衡的時(shí)間等，篩選出能夠降低界面張力、改變巖石表面潤(rùn)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(guò)該系統(tǒng)對(duì)多種表面活性劑配方進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)一種特定的表面活性劑二元復(fù)合配方能夠在該油藏條件下降低油水界面張力，同時(shí)改變巖石表面的潤(rùn)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(shí)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(shí)際油藏開(kāi)采中，表面活性劑的注入方式和順序會(huì)影響其在油層中的分布和作用效果。通過(guò)該系統(tǒng)，科研人員可以模擬不同的注入方案，測(cè)量界面化學(xué)參數(shù)的變化，評(píng)估不同注入方式對(duì)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(duì)原油采收率的影響，從而確定注入方案，為實(shí)際油藏開(kāi)采提供指導(dǎo)，進(jìn)一步推動(dòng)表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)在復(fù)雜油藏條件下的應(yīng)用和發(fā)展。

七、結(jié)論

真實(shí)液滴®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)是一款針對(duì)三次采油和頁(yè)巖油開(kāi)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(jì)理念、技術(shù)手段和功能特性，解決了傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器在高溫高壓、低或超低界面張力測(cè)量等方面存在的問(wèn)題，為石油開(kāi)采界面化學(xué)研究提供了測(cè)量數(shù)據(jù)。

在三次采油和頁(yè)巖油開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的背景下，該系統(tǒng)對(duì)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(jìn)作用。通過(guò)測(cè)量界面化學(xué)參數(shù)，它幫助科研人員了解驅(qū)油過(guò)程中的微觀機(jī)理，優(yōu)化驅(qū)油工藝參數(shù)和化學(xué)劑配方，提高原油采收率，降低開(kāi)采成本，提升油田的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

隨著石油開(kāi)采行業(yè)對(duì)能源需求的增長(zhǎng)和對(duì)開(kāi)采技術(shù)要求的提高，真實(shí)液滴®高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)有望在未來(lái)的石油開(kāi)采領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。它將推動(dòng)界面化學(xué)研究的開(kāi)展，助力石油開(kāi)采技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，為保障全球能源供應(yīng)和推動(dòng)石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新，該系統(tǒng)也將不斷完善和升級(jí)，以適應(yīng)復(fù)雜多樣的研究和應(yīng)用需求，持續(xù)為石油開(kāi)采行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。