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)，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，剖析各功能模塊技術(shù)優(yōu)勢(shì)，探討該系統(tǒng)在攻克測(cè)量難題、優(yōu)化開采工藝參數(shù)等方面對(duì)相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)作用，展現(xiàn)其在石油開采界面化學(xué)研究領(lǐng)域的技術(shù)價(jià)值與應(yīng)用前景。
真實(shí)液滴 ® 高溫高壓界面化學(xué)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(xué)測(cè)量；石油開采技術(shù)
在全球能源結(jié)構(gòu)中，石油仍占據(jù)重要地位。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源需求增長(zhǎng)，常規(guī)石油資源面臨儲(chǔ)量下降、開采難度增加等問題。為保障能源供應(yīng)，三次采油技術(shù)和頁巖油開采技術(shù)成為石油行業(yè)焦點(diǎn)。
三次采油技術(shù)通過向油層注入化學(xué)物質(zhì)、熱力或氣體，改變油、氣、水及巖石的物理化學(xué)性質(zhì)以提高采收率；頁巖油開采則從非常規(guī)儲(chǔ)層獲取石油，突破傳統(tǒng)開采對(duì)常規(guī)儲(chǔ)層的依賴。在這兩大技術(shù)中，二氧化碳驅(qū)和表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)因優(yōu)勢(shì)成為提高采收率的關(guān)鍵手段。而這些技術(shù)的深入研究與應(yīng)用，依賴于對(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 ® 高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，以先進(jìn)技術(shù)和多元功能，為石油開采界面化學(xué)研究提供支撐，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展。
三次采油技術(shù)經(jīng)過長(zhǎng)期研究與實(shí)踐，形成了豐富的技術(shù)體系。其中化學(xué)驅(qū)作為核心，涵蓋聚合物驅(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)等類型。
我國(guó)在三次采油化學(xué)驅(qū)技術(shù)領(lǐng)域成果顯著。以大慶油田為例，其通過注入表面活性劑、聚合物等化學(xué)藥劑，改善油層流體流動(dòng)性和界面性質(zhì)，在二次采油基礎(chǔ)上使采收率提高 14 至 20 個(gè)百分點(diǎn)，累計(jì)產(chǎn)量突破 3 億噸，連續(xù) 21 年保持年產(chǎn)量超千萬噸，展現(xiàn)了三次采油技術(shù)在老油田穩(wěn)產(chǎn)中的潛力。河南油田針對(duì)不同油藏特點(diǎn)，攻關(guān)形成微乳液驅(qū)、降黏復(fù)合驅(qū)等技術(shù)，今年前 5 個(gè)月通過三采技術(shù)增油 5.6 萬噸，延長(zhǎng)了油藏開發(fā)周期。
頁巖油作為非常規(guī)油氣資源，開采技術(shù)近年取得突破。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涌現(xiàn)，區(qū)塊整體立體開采、頁巖油盡早補(bǔ)能和二氧化碳吞吐 / 驅(qū)替提高采收率等技術(shù)展現(xiàn)應(yīng)用潛力。
我國(guó)重視頁巖油開發(fā)，成立新疆油田吉木薩爾、大慶油田古龍陸相、勝利濟(jì)陽等頁巖油示范區(qū)。2023 年，中國(guó)頁巖油產(chǎn)量突破 400 萬噸；2024 年，新疆吉木薩爾示范區(qū)累計(jì)產(chǎn)量突破 100 萬噸，日產(chǎn)量突破 4000 噸，體現(xiàn)了我國(guó)在頁巖油開采領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。
二氧化碳驅(qū)油技術(shù)利用二氧化碳在油和水中溶解度高的特性，注入油層后使原油體積膨脹、黏度下降，減小油水界面張力，改善原油流動(dòng)性。該技術(shù)與其他驅(qū)油技術(shù)相比，具有適用范圍廣、驅(qū)油成本較低、采油率提升明顯等優(yōu)點(diǎn)。
全球范圍內(nèi)，二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目應(yīng)用廣泛，正在實(shí)施的項(xiàng)目近 80 個(gè)。美國(guó)是開展項(xiàng)目較多的國(guó)家，每年注入油藏的二氧化碳量約 2000 萬 - 3000 萬噸。我國(guó)也在推進(jìn)相關(guān)技術(shù)，如勝利油田與齊魯石化的百萬噸級(jí) CCUS 示范工程，預(yù)計(jì) 15 年增油 300 萬噸，年減排二氧化碳約 100 萬噸。在頁巖油開采中，液態(tài)二氧化碳干法加砂壓裂技術(shù)以無水相、無殘?jiān)⒎蹬趴斓奶攸c(diǎn)減小儲(chǔ)層傷害，二氧化碳吞吐作為早期補(bǔ)能手段，若實(shí)現(xiàn)多輪吞吐或驅(qū)替，可提高頁巖油采收率。
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，通過向注入水中添加表面活性劑、聚合物等化學(xué)劑，改變驅(qū)替流體性質(zhì)及與原油、巖石的界面性質(zhì)，以增加原油產(chǎn)量。
在高溫高鹽油藏開采中，中國(guó)石化經(jīng)過數(shù)十年攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)驅(qū)技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用，形成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，為東部老油田增儲(chǔ)穩(wěn)油發(fā)揮了作用。表面活性劑的性能和配方是影響驅(qū)油效果的關(guān)鍵，需根據(jù)油藏地質(zhì)條件、原油性質(zhì)等篩選優(yōu)化。
隨著三次采油和頁巖油開采技術(shù)發(fā)展，對(duì)高溫高壓條件下界面化學(xué)性質(zhì)測(cè)量的要求提高。傳統(tǒng)儀器在功能、精度和適用范圍上存在局限，如高溫高壓下測(cè)量準(zhǔn)確性下降，對(duì)低或超低界面張力測(cè)量誤差大，無法滿足復(fù)雜油藏工況需求。
為解決這些難題，真實(shí)液滴 ® 高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)研發(fā)問世。該系統(tǒng)旨在為科研人員和工程師提供先進(jìn)、精準(zhǔn)、多功能的測(cè)量工具，推動(dòng)石油開采界面化學(xué)研究，助力開采技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，提高采收率，保障能源安全，具有科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
真實(shí)液滴 ® 系統(tǒng)具備在 70MPa 壓力、210 攝氏度高溫條件下精確測(cè)量多種界面化學(xué)參數(shù)的能力。它集成了高溫高壓接觸角測(cè)量?jī)x、界面張力儀、旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、界面流變儀等功能，同時(shí)支持力學(xué)鉑金板法和鉑金環(huán)法測(cè)試表面活性劑動(dòng)靜態(tài)表面張力，一臺(tái)儀器可完成界面化學(xué)常見測(cè)試，提高實(shí)驗(yàn)效率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性和可靠性。
系統(tǒng)采用先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，如高精度溫度和壓力控制技術(shù)，可穩(wěn)定維持實(shí)驗(yàn)環(huán)境；先進(jìn)的傳感器和數(shù)據(jù)處理算法，確保測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)。這些特點(diǎn)使系統(tǒng)適用于不同類型油藏研究和開采技術(shù)開發(fā)場(chǎng)景。
真實(shí)液滴 ® 接觸角測(cè)量?jī)x的腔體中，樣品臺(tái)具備升降和 X 軸移動(dòng)功能。樣品臺(tái)升降可在高溫高壓環(huán)境下精準(zhǔn)完成移液操作，避免液體飛濺和位置偏差；X 軸移動(dòng)則考慮到巖石表面性質(zhì)的不均勻性，可對(duì)巖石表面不同位置進(jìn)行接觸角測(cè)量，為研究油藏微觀界面相互作用規(guī)律提供詳細(xì)數(shù)據(jù)。
高壓注射泵系統(tǒng)具備振蕩滴操作和獨(dú)立溫度控制功能。振蕩滴操作可模擬油藏開采中流體的動(dòng)態(tài)變化，獲取界面流變系數(shù)數(shù)據(jù)。注射泵系統(tǒng)的獨(dú)立溫度控制范圍為室溫 - 220 攝氏度，100 度以下精度 0.02 度，100 度以上精度 0.1 度，可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)注射液體溫度，模擬復(fù)雜油藏溫度工況。
該儀器采用阿莎 ® 技術(shù)的 Young-Laplace 方程擬合法，與傳統(tǒng)方法相比優(yōu)勢(shì)顯著。傳統(tǒng)方法因無量綱處理中的線性標(biāo)定技術(shù)，僅能測(cè)試 Bond number 0.4-0.8 范圍的液滴，超出范圍易導(dǎo)致接觸角計(jì)算偏差。而阿莎 ® 技術(shù)基于第一性原理，突破液滴測(cè)量范圍限制，可實(shí)現(xiàn)全范圍液滴輪廓測(cè)量，為研究復(fù)雜油藏界面相互作用提供精確數(shù)據(jù)。
真實(shí)液滴 ® 旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀可在 70MPa 壓力、210 攝氏度高溫下實(shí)現(xiàn)超低界面張力測(cè)試，模擬油藏實(shí)際工況。在表面活性劑驅(qū)油中，科研人員可通過該儀器研究不同表面活性劑在高溫高壓條件下對(duì)油水界面張力的降低效果，對(duì)比不同配方的界面張力降低幅度、速度等參數(shù)，篩選適合特定油藏的表面活性劑配方。此外，儀器具備動(dòng)態(tài)增壓和動(dòng)態(tài)注入功能，可模擬實(shí)際開采中油藏壓力和流體性質(zhì)的變化，通過預(yù)設(shè)注入程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)配置表面活性劑配方。
在二氧化碳驅(qū)油技術(shù)中，真實(shí)液滴 ® 界面流變儀采用懸滴法、約束停滴法及 VoidLock 技術(shù)，解決了傳統(tǒng)儀器中液滴在針頭上爬升的難題。儀器通過捕捉液滴形態(tài)變化計(jì)算界面張力值，適應(yīng)二氧化碳驅(qū)中低或超低界面張力的測(cè)量需求。科研人員可通過分析不同條件下的界面張力變化，研究二氧化碳在原油中的溶解特性及對(duì)原油性質(zhì)的影響，優(yōu)化二氧化碳驅(qū)油工藝參數(shù)。
真實(shí)液滴 ® 系統(tǒng)配備的鉑金板法動(dòng)態(tài)表面 / 界面張力功能和鉑金環(huán)法靜態(tài)表面張力測(cè)試功能，為表面活性劑研究提供多維度測(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，響應(yīng)時(shí)間 2-5ms，可測(cè)試平衡表面張力值，捕捉表面活性劑分子的吸附動(dòng)力學(xué)過程。儀器可選配氣泡壓力法模塊對(duì)比數(shù)據(jù)，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。鉑金環(huán)法靜態(tài)表面張力測(cè)試功能為評(píng)估表面活性劑平衡狀態(tài)下的表面性質(zhì)提供穩(wěn)定數(shù)據(jù)，用于表面活性劑配方篩選。
在二氧化碳驅(qū)油中，真實(shí)液滴 ® 系統(tǒng)通過懸滴法、約束停滴法等方法，解決了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀因原油與二氧化碳密度差異大而難以成滴的問題。對(duì)于低或超低界面張力下普通針頭難以成滴的問題，系統(tǒng)的 VoidLock 技術(shù)通過表面處理和流體控制技術(shù)，增強(qiáng)液滴穩(wěn)定性。系統(tǒng)采用的阿莎 ® 技術(shù)可全面測(cè)量各類液滴的接觸角和界面張力，幫助科研人員優(yōu)化二氧化碳注入濃度、速度等工藝參數(shù)。
在高溫高鹽油藏中，真實(shí)液滴 ® 系統(tǒng)可模擬環(huán)境并測(cè)量表面活性劑溶液的動(dòng)靜態(tài)表面張力、界面張力及接觸角等參數(shù)，幫助科研人員了解表面活性劑在復(fù)雜條件下的作用機(jī)制。在表面活性劑配方篩選中，系統(tǒng)可對(duì)不同配方進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)比界面張力降低幅度等參數(shù)，篩選高效配方。此外，系統(tǒng)可模擬不同注入方式和順序，為實(shí)際開采確定最佳注入方案。
真實(shí)液滴 ® 高溫高壓界面化學(xué)分析系統(tǒng)是針對(duì)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)技術(shù)研發(fā)的先進(jìn)儀器。它通過創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和創(chuàng)新技術(shù)，解決了傳統(tǒng)儀器在高溫高壓、低或超低界面張力測(cè)量中的難題，為石油開采界面化學(xué)研究提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
該系統(tǒng)推動(dòng)了二氧化碳驅(qū)和表面活性劑二元（三元）驅(qū)技術(shù)的發(fā)展，幫助科研人員優(yōu)化工藝參數(shù)和配方，提高采收率。隨著石油開采行業(yè)需求增長(zhǎng)，真實(shí)液滴 ® 系統(tǒng)有望持續(xù)推動(dòng)界面化學(xué)研究和技術(shù)突破，為能源供應(yīng)和石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐，并在技術(shù)進(jìn)步中不斷完善升級(jí)。
