摘要： 利用CO?進(jìn)行氣體混相驅(qū)油，因其具有驅(qū)油效率高、利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。其中，CO?/油體系的界面張力對(duì)原油采收率有著顯著影響，界面張力越小，驅(qū)油效率越高。然而，在許多研究中，雖然有關(guān)界面張力的研究繁多，但多數(shù)介紹了實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致研究過程中對(duì)方法的選取沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文首先介紹了CO?混相驅(qū)采收率提升的現(xiàn)狀及機(jī)理；其次從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面梳理了界面張力的確定方法，并分析了每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)；最后對(duì)未來界面張力測(cè)定方法的發(fā)展方向做出了展望。可為后續(xù)混相驅(qū)稠油開采技術(shù)實(shí)際工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。

引言

當(dāng)今世界，全球經(jīng)濟(jì)保持發(fā)展態(tài)勢(shì)，但在發(fā)展的同時(shí)也面臨著許多挑戰(zhàn)。其中，能源短缺的問題十分嚴(yán)峻。由于各國(guó)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(chǔ)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(guī)原油儲(chǔ)備量的減少乃至枯竭勢(shì)必會(huì)使全球的能源價(jià)格發(fā)生巨大波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成沖擊。中國(guó)作為原油消費(fèi)大國(guó)，常規(guī)原油開采量的減少無疑會(huì)給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來很大的負(fù)面影響。我國(guó)除常規(guī)原油外還蘊(yùn)藏著相當(dāng)多的稠油資源，稠油儲(chǔ)備量預(yù)測(cè)在198億噸左右，由此可見我國(guó)的稠油資源具有很大的開采潛力。

稠油屬于重質(zhì)油，顧名思義，指黏度較高且油質(zhì)密度較大的原油。稠油的這一性質(zhì)使其在開采過程中會(huì)受到比較大的油流阻力，從而導(dǎo)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，并且可以提高稠油開采量成為了一個(gè)亟需解決的技術(shù)問題。在所有的稠油開采技術(shù)中，蒸汽吞吐采油技術(shù)在實(shí)際的工程應(yīng)用中效果最好。該技術(shù)利用稠油黏度隨溫度的升高而降低的性質(zhì)，向地下油層中注入熱蒸汽，熱蒸汽在油層中流動(dòng)傳熱，使得稠油溫度升高，黏度降低，流速加快，從而降低內(nèi)部阻力，加快稠油的開采速度。然而，該技術(shù)仍然具有一定缺陷。首先，該技術(shù)對(duì)蒸汽的需求比較大；其次，由于該技術(shù)中注入熱蒸汽的范圍較小，當(dāng)油藏開發(fā)到后期時(shí)效率得不到保證。因此，仍然需要繼續(xù)開發(fā)更有效的稠油開采技術(shù)，以保證稠油開采效率在多數(shù)條件下都能夠保持在較高的水平。

CO?混相驅(qū)技術(shù)作為一種新型稠油開采技術(shù)，能夠在實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量稠油開采的同時(shí)，將溫室氣體CO?封存于地下，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，因而受到廣泛關(guān)注。其原理為，向地層稠油中注入CO?，CO?與油之間發(fā)生傳質(zhì)作用，當(dāng)?shù)貙訅毫_(dá)到最小混相壓力時(shí)，油氣之間能夠相互溶解，相界面消失形成混相，此時(shí)界面張力降為零，稠油黏度大幅度下降，從而使稠油采收率提高。然而，我國(guó)稠油油藏具有埋藏較深、溫度高和黏度大的特點(diǎn)，從而造成稠油與CO?氣體最小混相壓力高于標(biāo)準(zhǔn)值，這無疑給CO?混相驅(qū)技術(shù)帶來了不小的挑戰(zhàn)，因此，有必要對(duì)如何降低最小混相壓力進(jìn)行系統(tǒng)的研究。由于最小混相壓力在界面張力完全消失的時(shí)候得到，因此，在CO?混相驅(qū)流程設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)考慮界面張力這一影響因素。對(duì)于科學(xué)使用CO?混相驅(qū)技術(shù)來說，如何精準(zhǔn)地計(jì)算界面張力非常關(guān)鍵。

本文介紹了CO?混相驅(qū)采收率提升的現(xiàn)狀及機(jī)理，從理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究?jī)煞矫媸崂砹私缑鎻埩Φ拇_定方法，并分析了每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)CO?混相驅(qū)中界面張力測(cè)定方法的發(fā)展方向做出了展望。

1 界面張力在CO?混相驅(qū)中的角色

1.1 CO?混相驅(qū)研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)外對(duì)于CO?混相驅(qū)的研究從20世紀(jì)60年代起便陸續(xù)開展，迄今為止已經(jīng)取得了一些成果。中國(guó)石油化工股份有限公司以位于蘇北盆地溱潼凹陷的草舍油田泰州組油藏為研究對(duì)象，進(jìn)行了混相驅(qū)油技術(shù)的相關(guān)試驗(yàn)，希望能夠提高采油效率。研究發(fā)現(xiàn)，向泰州組油藏中注入CO?，能夠使原油黏度下降直至達(dá)到CO?混相驅(qū)的要求。CO?混相驅(qū)技術(shù)在該油藏中的應(yīng)用已經(jīng)初見成效，在4年多的不斷探索中發(fā)展出了配套的工藝技術(shù)以及操作流程。1998年，在眾多的復(fù)雜小斷塊油藏中，江蘇油田選擇了富14斷塊進(jìn)行可行性研究及CO?混相驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)的采油速度有了明顯的提升。然而，2000年以前，我國(guó)CO?混相驅(qū)技術(shù)由于經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)相對(duì)匱乏、中國(guó)地質(zhì)層較為特殊和氣竄嚴(yán)重等原因，發(fā)展較為緩慢。進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)在混相驅(qū)油技術(shù)領(lǐng)域投入了大量的資金和人力，并取得了一系列豐碩的研究成果。例如，中科院在2005年提出了溫室氣體減排計(jì)劃，希望能夠運(yùn)用混相驅(qū)油技術(shù)來提高采油效率，并減少溫室氣體的排出量。該項(xiàng)技術(shù)不僅將碳捕集和封存技術(shù)結(jié)合在一起，同時(shí)還創(chuàng)新了采油理念。雖然這項(xiàng)技術(shù)尚未大面積推廣應(yīng)用，但未來?yè)碛袕V闊的發(fā)展前景。

國(guó)外對(duì)于CO?混相驅(qū)的研究，從1952年Whorton等申請(qǐng)了首個(gè)利用CO?采油的專利開始，便一直在進(jìn)行研究。美國(guó)是一個(gè)氣源比較豐富的國(guó)家，因此通過CO?混相驅(qū)來提高石油采收率的技術(shù)在美國(guó)已經(jīng)較為成熟。2005年，美國(guó)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(jù)《油氣雜志》2006年提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)全球范圍內(nèi)共有138個(gè)注氣采油項(xiàng)目，其中注CO?采油的項(xiàng)目有94個(gè)，占68.00%。而這94個(gè)注CO?采油項(xiàng)目中，多達(dá)82個(gè)項(xiàng)目來自美國(guó)，其年產(chǎn)油量在全球注CO?采油總產(chǎn)量中也占有極高的比例，為94.20%。不只是美國(guó)，俄羅斯的CO?混相驅(qū)技術(shù)也取得了很大成效。混相驅(qū)油試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)CO?段塞體積較大時(shí)，驅(qū)油效率會(huì)明顯提升，甚至最高可以達(dá)到99.00%。此外，英國(guó)和加拿大等國(guó)也在不斷發(fā)展其CO?混相驅(qū)技術(shù)，并取得了一定成果。

1.2 界面張力與CO?混相驅(qū)采收率的提升

在實(shí)現(xiàn)CO?混相驅(qū)油的過程中，界面張力是影響驅(qū)油效果的一個(gè)重要參數(shù)。只有在界面張力等于零的時(shí)候，才能夠得到混相壓力的最小值，從而提高混相驅(qū)原油采收率，因此針對(duì)不同體系在不同條件下的界面張力已經(jīng)有了許多研究。

由表1中可以得到油/氣混相驅(qū)界面張力的部分研究現(xiàn)狀。從表1中可以看出，現(xiàn)有研究絕大多數(shù)針對(duì)的都是油/CO?體系，部分研究還測(cè)定了油/N?和油/CH?體系作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)。這些研究在25.00~150.00 ℃和0.1~36.0 MPa的溫度和壓力下，對(duì)混相驅(qū)的界面張力進(jìn)行了測(cè)定。然而，這些研究中只有實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果，沒有使用理論模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于缺少?gòu)睦碚搶用鎸?duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，導(dǎo)致結(jié)果缺乏說服力。

表1 混相驅(qū)界面張力研究現(xiàn)狀