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，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，常規(guī)石油資源面臨儲量下降、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)儲層獲取石油，突破傳統(tǒng)開采對常規(guī)儲層的依賴。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，依賴于對高溫高壓條件下界面化學(xué)性質(zhì)的精準(zhǔn)測量與分析。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)。美國是開展項(xiàng)目較多的國家，每年注入油藏的二氧化碳量約 2000 萬 - 3000 萬噸。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噸級 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)?、返排快的特點(diǎn)減小儲層傷害，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，對高溫高壓條件下界面化學(xué)性質(zhì)測量的要求提高。傳統(tǒng)儀器在功能、精度和適用范圍上存在局限，如高溫高壓下測量準(zhǔn)確性下降，對低或超低界面張力測量誤差大，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量儀、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)常見測試，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)場景。
真實(shí)液滴 ® 接觸角測量儀的腔體中，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(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，可對巖石表面不同位置進(jìn)行接觸角測量，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，突破液滴測量范圍限制，可實(shí)現(xiàn)全范圍液滴輪廓測量，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(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量需求?？蒲腥藛T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(yīng)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)過程。儀器可選配氣泡壓力法模塊對比數(shù)據(jù)，提高測量準(zhǔn)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(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)可對不同配方進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，對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，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。
