摘要： 利用CO₂進行氣體混相驅油，因其具有驅油效率高、利於環境保護等優點而受到廣泛關注。其中，CO₂/油體係的界麵張力對原油采收率有著顯著影響，界麵張力越小，驅油效率越高。然而，在許多研究中，雖然有關界麵張力的研究繁多，但多數介紹了實驗研究方法而忽略了理論研究方法，且少有各種方法之間的比較研究，導致研究過程中對方法的選取沒有統一的標準。因此，本文首先介紹了CO₂混相驅采收率提升的現狀及機理；其次從理論和實驗兩方麵梳理了界麵張力的確定方法，並分析了每種方法的優缺點；最後對未來界麵張力測定方法的發展方向做出了展望。可為後續混相驅稠油開采技術實際工程應用提供指導。

引言

當今世界，全球經濟保持發展態勢，但在發展的同時也麵臨著許多挑戰。其中，能源短缺的問題十分嚴峻。由於各國所用到的燃料幾乎都是化石燃料，作為一種不可再生能源，化石燃料的儲備量正在日益減少。原油是使用量最高的一種化石燃料，因此常規原油儲備量的減少乃至枯竭勢必會使全球的能源價格發生巨大波動，進而對經濟發展造成衝擊。中國作為原油消費大國，常規原油開采量的減少無疑會給我國的經濟發展帶來很大的負麵影響。我國除常規原油外還蘊藏著相當多的稠油資源，稠油儲備量預測在198億噸左右，由此可見我國的稠油資源具有很大的開采潛力。

稠油屬於重質油，顧名思義，指黏度較高且油質密度較大的原油。稠油的這一性質使其在開采過程中會受到比較大的油流阻力，從而導致開采難度大大提升。因此，如何降低稠油黏度、降低開采過程中的阻力，並且可以提高稠油開采量成為了一個亟需解決的技術問題。在所有的稠油開采技術中，蒸汽吞吐采油技術在實際的工程應用中效果最好。該技術利用稠油黏度隨溫度的升高而降低的性質，向地下油層中注入熱蒸汽，熱蒸汽在油層中流動傳熱，使得稠油溫度升高，黏度降低，流速加快，從而降低內部阻力，加快稠油的開采速度。然而，該技術仍然具有一定缺陷。首先，該技術對蒸汽的需求比較大；其次，由於該技術中注入熱蒸汽的範圍較小，當油藏開發到後期時效率得不到保證。因此，仍然需要繼續開發更有效的稠油開采技術，以保證稠油開采效率在多數條件下都能夠保持在較高的水平。

CO₂混相驅技術作為一種新型稠油開采技術，能夠在實現高質量稠油開采的同時，將溫室氣體CO₂封存於地下，既經濟又環保，因而受到廣泛關注。其原理為，向地層稠油中注入CO₂，CO₂與油之間發生傳質作用，當地層壓力達到最小混相壓力時，油氣之間能夠相互溶解，相界麵消失形成混相，此時界麵張力降為零，稠油黏度大幅度下降，從而使稠油采收率提高。然而，我國稠油油藏具有埋藏較深、溫度高和黏度大的特點，從而造成稠油與CO₂氣體最小混相壓力高於標準值，這無疑給CO₂混相驅技術帶來了不小的挑戰，因此，有必要對如何降低最小混相壓力進行係統的研究。由於最小混相壓力在界麵張力完全消失的時候得到，因此，在CO₂混相驅流程設計中，需要重點考慮界麵張力這一影響因素。對於科學使用CO₂混相驅技術來說，如何精準地計算界麵張力非常關鍵。

本文介紹了CO₂混相驅采收率提升的現狀及機理，從理論預測和實驗研究兩方麵梳理了界麵張力的確定方法，並分析了每種方法的優缺點，最後對CO₂混相驅中界麵張力測定方法的發展方向做出了展望。

1 界麵張力在CO₂混相驅中的角色

1.1 CO₂混相驅研究進展

國內外對於CO₂混相驅的研究從20世紀60年代起便陸續開展，迄今為止已經取得了一些成果。中國石油化工股份有限公司以位於蘇北盆地溱潼凹陷的草舍油田泰州組油藏為研究對象，進行了混相驅油技術的相關試驗，希望能夠提高采油效率。研究發現，向泰州組油藏中注入CO₂，能夠使原油黏度下降直至達到CO₂混相驅的要求。CO₂混相驅技術在該油藏中的應用已經初見成效，在4年多的不斷探索中發展出了配套的工藝技術以及操作流程。1998年，在眾多的複雜小斷塊油藏中，江蘇油田選擇了富14斷塊進行可行性研究及CO₂混相驅現場試驗，發現試驗區的采油速度有了明顯的提升。然而，2000年以前，我國CO₂混相驅技術由於經驗和知識相對匱乏、中國地質層較為特殊和氣竄嚴重等原因，發展較為緩慢。進入21世紀，國內在混相驅油技術領域投入了大量的資金和人力，並取得了一係列豐碩的研究成果。例如，中科院在2005年提出了溫室氣體減排計劃，希望能夠運用混相驅油技術來提高采油效率，並減少溫室氣體的排出量。該項技術不僅將碳捕集和封存技術結合在一起，同時還創新了采油理念。雖然這項技術尚未大麵積推廣應用，但未來擁有廣闊的發展前景。

國外對於CO₂混相驅的研究，從1952年Whorton等申請了首個利用CO₂采油的專利開始，便一直在進行研究。美國是一個氣源比較豐富的國家，因此通過CO₂混相驅來提高石油采收率的技術在美國已經較為成熟。2005年，美國通過注氣得到的原油開采量首次超過了通過熱采得到的原油開采量，成為了最主要的原油開采方法。根據《油氣雜誌》2006年提供的統計數據，當時全球範圍內共有138個注氣采油項目，其中注CO₂采油的項目有94個，占68.00%。而這94個注CO₂采油項目中，多達82個項目來自美國，其年產油量在全球注CO₂采油總產量中也占有極高的比例，為94.20%。不隻是美國，俄羅斯的CO₂混相驅技術也取得了很大成效。混相驅油試驗結果表明，當CO₂段塞體積較大時，驅油效率會明顯提升，甚至最高可以達到99.00%。此外，英國和加拿大等國也在不斷發展其CO₂混相驅技術，並取得了一定成果。

1.2 界麵張力與CO₂混相驅采收率的提升

在實現CO₂混相驅油的過程中，界麵張力是影響驅油效果的一個重要參數。隻有在界麵張力等於零的時候，才能夠得到混相壓力的最小值，從而提高混相驅原油采收率，因此針對不同體係在不同條件下的界麵張力已經有了許多研究。

由表1中可以得到油/氣混相驅界麵張力的部分研究現狀。從表1中可以看出，現有研究絕大多數針對的都是油/CO₂體係，部分研究還測定了油/N₂和油/CH₄體係作為對比實驗。這些研究在25.00~150.00 ℃和0.1~36.0 MPa的溫度和壓力下，對混相驅的界麵張力進行了測定。然而，這些研究中隻有實驗測定的結果，沒有使用理論模型進行預測。由於缺少從理論層麵對實驗結果的驗證，導致結果缺乏說服力。

表1 混相驅界麵張力研究現狀