本文圍繞三次采油與頁(yè)巖油開(kāi)采中二氧化碳驅、表面活性劑二元（三元）驅技術(shù)，系統介紹真實(shí)液滴 ®（RealDrop®/TrueDrop®）高溫高壓界面化學(xué)分析系統。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，探討該系統在攻克測量難題、優(yōu)化開(kāi)采工藝參數等方面對相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)作用，展現其在石油開(kāi)采界面化學(xué)研究領(lǐng)域的技術(shù)價(jià)值與應用前景。
真實(shí)液滴 ® 高溫高壓界面化學(xué)分析系統；三次采油；頁(yè)巖油開(kāi)采；二氧化碳驅?zhuān)槐砻婊钚詣┒ㄈ專(zhuān)唤缑婊瘜W(xué)測量；石油開(kāi)采技術(shù)
在全球能源結構中，石油仍占據重要地位。隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展與能源需求增長(cháng)，常規石油資源面臨儲量下降、開(kāi)采難度增加等問(wèn)題。為保障能源供應，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)焦點(diǎn)。
三次采油技術(shù)通過(guò)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(yè)巖油開(kāi)采則從非常規儲層獲取石油，突破傳統開(kāi)采對常規儲層的依賴(lài)。在這兩大技術(shù)中，二氧化碳驅和表面活性劑二元（三元）驅技術(shù)因優(yōu)勢成為提高采收率的關(guān)鍵手段。而這些技術(shù)的深入研究與應用，依賴(lài)于對高溫高壓條件下界面化學(xué)性質(zhì)的精準測量與分析。真實(shí)液滴 ® 高溫高壓界面化學(xué)分析系統應運而生，以先進(jìn)技術(shù)和多元功能，為石油開(kāi)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(guò)長(cháng)期研究與實(shí)踐，形成了豐富的技術(shù)體系。其中化學(xué)驅作為核心，涵蓋聚合物驅、聚合物 / 表面活性劑二元復合驅、表面活性劑 / 聚合物 / 堿三元復合驅、黏彈性顆粒 / 聚合物 / 表面活性劑非均相復合驅等類(lèi)型。
我國在三次采油化學(xué)驅技術(shù)領(lǐng)域成果顯著(zhù)。以大慶油田為例，其通過(guò)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)，在二次采油基礎上使采收率提高 14 至 20 個(gè)百分點(diǎn)，累計產(chǎn)量突破 3 億噸，連續 21 年保持年產(chǎn)量超千萬(wàn)噸，展現了三次采油技術(shù)在老油田穩產(chǎn)中的潛力。河南油田針對不同油藏特點(diǎn)，攻關(guān)形成微乳液驅、降黏復合驅等技術(shù)，今年前 5 個(gè)月通過(guò)三采技術(shù)增油 5.6 萬(wàn)噸，延長(cháng)了油藏開(kāi)發(fā)周期。
頁(yè)巖油作為非常規油氣資源，開(kāi)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(wú)水壓裂、提高垂直縫高壓裂等新工藝涌現，區塊整體立體開(kāi)采、頁(yè)巖油盡早補能和二氧化碳吞吐 / 驅替提高采收率等技術(shù)展現應用潛力。
我國重視頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)，成立新疆油田吉木薩爾、大慶油田古龍陸相、勝利濟陽(yáng)等頁(yè)巖油示范區。2023 年，中國頁(yè)巖油產(chǎn)量突破 400 萬(wàn)噸；2024 年，新疆吉木薩爾示范區累計產(chǎn)量突破 100 萬(wàn)噸，日產(chǎn)量突破 4000 噸，體現了我國在頁(yè)巖油開(kāi)采領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。
二氧化碳驅油技術(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)與其他驅油技術(shù)相比，具有適用范圍廣、驅油成本較低、采油率提升明顯等優(yōu)點(diǎn)。
全球范圍內，二氧化碳驅油項目應用廣泛，正在實(shí)施的項目近 80 個(gè)。美國是開(kāi)展項目較多的國家，每年注入油藏的二氧化碳量約 2000 萬(wàn) - 3000 萬(wàn)噸。我國也在推進(jìn)相關(guān)技術(shù)，如勝利油田與齊魯石化的百萬(wàn)噸級 CCUS 示范工程，預計 15 年增油 300 萬(wàn)噸，年減排二氧化碳約 100 萬(wàn)噸。在頁(yè)巖油開(kāi)采中，液態(tài)二氧化碳干法加砂壓裂技術(shù)以無(wú)水相、無(wú)殘渣、返排快的特點(diǎn)減小儲層傷害，二氧化碳吞吐作為早期補能手段，若實(shí)現多輪吞吐或驅替，可提高頁(yè)巖油采收率。
表面活性劑二元（三元）驅技術(shù)是三次采油中重要的化學(xué)驅油方法，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(kāi)采中，中國石化經(jīng)過(guò)數十年攻關(guān)，實(shí)現化學(xué)驅技術(shù)工業(yè)化應用，形成高溫高鹽油藏聚合物驅配套技術(shù)、聚合物 / 表面活性劑二元復合驅油技術(shù)、固 - 液非均相復合驅油技術(shù)等，為東部老油田增儲穩油發(fā)揮了作用。表面活性劑的性能和配方是影響驅油效果的關(guān)鍵，需根據油藏地質(zhì)條件、原油性質(zhì)等篩選優(yōu)化。
隨著(zhù)三次采油和頁(yè)巖油開(kāi)采技術(shù)發(fā)展，對高溫高壓條件下界面化學(xué)性質(zhì)測量的要求提高。傳統儀器在功能、精度和適用范圍上存在局限，如高溫高壓下測量準確性下降，對低或超低界面張力測量誤差大，無(wú)法滿(mǎn)足復雜油藏工況需求。
為解決這些難題，真實(shí)液滴 ® 高溫高壓界面化學(xué)分析系統研發(fā)問(wèn)世。該系統旨在為科研人員和工程師提供先進(jìn)、精準、多功能的測量工具，推動(dòng)石油開(kāi)采界面化學(xué)研究，助力開(kāi)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)際應用價(jià)值。
真實(shí)液滴 ® 系統具備在 70MPa 壓力、210 攝氏度高溫條件下精確測量多種界面化學(xué)參數的能力。它集成了高溫高壓接觸角測量?jì)x、界面張力儀、旋轉滴界面張力儀、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)法測試表面活性劑動(dòng)靜態(tài)表面張力，一臺儀器可完成界面化學(xué)常見(jiàn)測試，提高實(shí)驗效率，增強數據關(guān)聯(lián)性和可靠性。
系統采用先進(jìn)設計理念，如高精度溫度和壓力控制技術(shù)，可穩定維持實(shí)驗環(huán)境；先進(jìn)的傳感器和數據處理算法，確保測量數據準確實(shí)時(shí)。這些特點(diǎn)使系統適用于不同類(lèi)型油藏研究和開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)場(chǎng)景。
真實(shí)液滴 ® 接觸角測量?jì)x的腔體中，樣品臺具備升降和 X 軸移動(dòng)功能。樣品臺升降可在高溫高壓環(huán)境下精準完成移液操作，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，可對巖石表面不同位置進(jìn)行接觸角測量，為研究油藏微觀(guān)界面相互作用規律提供詳細數據。
高壓注射泵系統具備振蕩滴操作和獨立溫度控制功能。振蕩滴操作可模擬油藏開(kāi)采中流體的動(dòng)態(tài)變化，獲取界面流變系數數據。注射泵系統的獨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，可精準調節注射液體溫度，模擬復雜油藏溫度工況。
該儀器采用阿莎 ® 技術(shù)的 Young-Laplace 方程擬合法，與傳統方法相比優(yōu)勢顯著(zhù)。傳統方法因無(wú)量綱處理中的線(xiàn)性標定技術(shù)，僅能測試 Bond number 0.4-0.8 范圍的液滴，超出范圍易導致接觸角計算偏差。而阿莎 ® 技術(shù)基于第一性原理，突破液滴測量范圍限制，可實(shí)現全范圍液滴輪廓測量，為研究復雜油藏界面相互作用提供精確數據。
真實(shí)液滴 ® 旋轉滴界面張力儀可在 70MPa 壓力、210 攝氏度高溫下實(shí)現超低界面張力測試，模擬油藏實(shí)際工況。在表面活性劑驅油中，科研人員可通過(guò)該儀器研究不同表面活性劑在高溫高壓條件下對油水界面張力的降低效果，對比不同配方的界面張力降低幅度、速度等參數，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(kāi)采中油藏壓力和流體性質(zhì)的變化，通過(guò)預設注入程序實(shí)現自動(dòng)配置表面活性劑配方。
在二氧化碳驅油技術(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)，解決了傳統儀器中液滴在針頭上爬升的難題。儀器通過(guò)捕捉液滴形態(tài)變化計算界面張力值，適應二氧化碳驅中低或超低界面張力的測量需求?？蒲腥藛T可通過(guò)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原油性質(zhì)的影響，優(yōu)化二氧化碳驅油工藝參數。
真實(shí)液滴 ® 系統配備的鉑金板法動(dòng)態(tài)表面 / 界面張力功能和鉑金環(huán)法靜態(tài)表面張力測試功能，為表面活性劑研究提供多維度測量手段。動(dòng)態(tài)表面張力功能采用阿莎 ® 技術(shù)的鉑金板法，響應時(shí)間 2-5ms，可測試平衡表面張力值，捕捉表面活性劑分子的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程。儀器可選配氣泡壓力法模塊對比數據，提高測量準確性。鉑金環(huán)法靜態(tài)表面張力測試功能為評估表面活性劑平衡狀態(tài)下的表面性質(zhì)提供穩定數據，用于表面活性劑配方篩選。
在二氧化碳驅油中，真實(shí)液滴 ® 系統通過(guò)懸滴法、約束停滴法等方法，解決了傳統旋轉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(wèn)題。對于低或超低界面張力下普通針頭難以成滴的問(wèn)題，系統的 VoidLock 技術(shù)通過(guò)表面處理和流體控制技術(shù)，增強液滴穩定性。系統采用的阿莎 ® 技術(shù)可全面測量各類(lèi)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。
在高溫高鹽油藏中，真實(shí)液滴 ® 系統可模擬環(huán)境并測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，幫助科研人員了解表面活性劑在復雜條件下的作用機制。在表面活性劑配方篩選中，系統可對不同配方進(jìn)行模擬實(shí)驗，對比界面張力降低幅度等參數，篩選高效配方。此外，系統可模擬不同注入方式和順序，為實(shí)際開(kāi)采確定最佳注入方案。
真實(shí)液滴 ® 高溫高壓界面化學(xué)分析系統是針對三次采油和頁(yè)巖油開(kāi)采中二氧化碳驅、表面活性劑二元（三元）驅技術(shù)研發(fā)的先進(jìn)儀器。它通過(guò)創(chuàng )新性設計和創(chuàng )新技術(shù)，解決了傳統儀器在高溫高壓、低或超低界面張力測量中的難題，為石油開(kāi)采界面化學(xué)研究提供準確數據。
該系統推動(dòng)了二氧化碳驅和表面活性劑二元（三元）驅技術(shù)的發(fā)展，幫助科研人員優(yōu)化工藝參數和配方，提高采收率。隨著(zhù)石油開(kāi)采行業(yè)需求增長(cháng)，真實(shí)液滴 ® 系統有望持續推動(dòng)界面化學(xué)研究和技術(shù)突破，為能源供應和石油工業(yè)可持續發(fā)展提供技術(shù)支撐，并在技術(shù)進(jìn)步中不斷完善升級。
