摘要： 利用CO₂进行气体混相驱油，因其具有驱油效率高、利于环境保护等优点而受到广泛关注。其中，CO₂/油体系的界面张力对原油采收率有着显著影响，界面张力越小，驱油效率越高。然而，在许多研究中，虽然有关界面张力的研究繁多，但多数介绍了实验研究方法而忽略了理论研究方法，且少有各种方法之间的比较研究，导致研究过程中对方法的选取没有统一的标准。因此，本文首先介绍了CO₂混相驱采收率提升的现状及机理；其次从理论和实验两方面梳理了界面张力的确定方法，并分析了每种方法的优缺点；最后对未来界面张力测定方法的发展方向做出了展望。可为后续混相驱稠油开采技术实际工程应用提供指导。

引言

当今世界，全球经济保持发展态势，但在发展的同时也面临着许多挑战。其中，能源短缺的问题十分严峻。由于各国所用到的燃料几乎都是化石燃料，作为一种不可再生能源，化石燃料的储备量正在日益减少。原油是使用量最高的一种化石燃料，因此常规原油储备量的减少乃至枯竭势必会使全球的能源价格发生巨大波动，进而对经济发展造成冲击。中国作为原油消费大国，常规原油开采量的减少无疑会给我国的经济发展带来很大的负面影响。我国除常规原油外还蕴藏着相当多的稠油资源，稠油储备量预测在198亿吨左右，由此可见我国的稠油资源具有很大的开采潜力。

稠油属于重质油，顾名思义，指黏度较高且油质密度较大的原油。稠油的这一性质使其在开采过程中会受到比较大的油流阻力，从而导致开采难度大大提升。因此，如何降低稠油黏度、降低开采过程中的阻力，并且可以提高稠油开采量成为了一个亟需解决的技术问题。在所有的稠油开采技术中，蒸汽吞吐采油技术在实际的工程应用中效果最好。该技术利用稠油黏度随温度的升高而降低的性质，向地下油层中注入热蒸汽，热蒸汽在油层中流动传热，使得稠油温度升高，黏度降低，流速加快，从而降低内部阻力，加快稠油的开采速度。然而，该技术仍然具有一定缺陷。首先，该技术对蒸汽的需求比较大；其次，由于该技术中注入热蒸汽的范围较小，当油藏开发到后期时效率得不到保证。因此，仍然需要继续开发更有效的稠油开采技术，以保证稠油开采效率在多数条件下都能够保持在较高的水平。

CO₂混相驱技术作为一种新型稠油开采技术，能够在实现高质量稠油开采的同时，将温室气体CO₂封存于地下，既经济又环保，因而受到广泛关注。其原理为，向地层稠油中注入CO₂，CO₂与油之间发生传质作用，当地层压力达到最小混相压力时，油气之间能够相互溶解，相界面消失形成混相，此时界面张力降为零，稠油黏度大幅度下降，从而使稠油采收率提高。然而，我国稠油油藏具有埋藏较深、温度高和黏度大的特点，从而造成稠油与CO₂气体最小混相压力高于标准值，这无疑给CO₂混相驱技术带来了不小的挑战，因此，有必要对如何降低最小混相压力进行系统的研究。由于最小混相压力在界面张力完全消失的时候得到，因此，在CO₂混相驱流程设计中，需要重点考虑界面张力这一影响因素。对于科学使用CO₂混相驱技术来说，如何精准地计算界面张力非常关键。

本文介绍了CO₂混相驱采收率提升的现状及机理，从理论预测和实验研究两方面梳理了界面张力的确定方法，并分析了每种方法的优缺点，最后对CO₂混相驱中界面张力测定方法的发展方向做出了展望。

1 界面张力在CO₂混相驱中的角色

1.1 CO₂混相驱研究进展

国内外对于CO₂混相驱的研究从20世纪60年代起便陆续开展，迄今为止已经取得了一些成果。中国石油化工股份有限公司以位于苏北盆地溱潼凹陷的草舍油田泰州组油藏为研究对象，进行了混相驱油技术的相关试验，希望能够提高采油效率。研究发现，向泰州组油藏中注入CO₂，能够使原油黏度下降直至达到CO₂混相驱的要求。CO₂混相驱技术在该油藏中的应用已经初见成效，在4年多的不断探索中发展出了配套的工艺技术以及操作流程。1998年，在众多的复杂小断块油藏中，江苏油田选择了富14断块进行可行性研究及CO₂混相驱现场试验，发现试验区的采油速度有了明显的提升。然而，2000年以前，我国CO₂混相驱技术由于经验和知识相对匮乏、中国地质层较为特殊和气窜严重等原因，发展较为缓慢。进入21世纪，国内在混相驱油技术领域投入了大量的资金和人力，并取得了一系列丰硕的研究成果。例如，中科院在2005年提出了温室气体减排计划，希望能够运用混相驱油技术来提高采油效率，并减少温室气体的排出量。该项技术不仅将碳捕集和封存技术结合在一起，同时还创新了采油理念。虽然这项技术尚未大面积推广应用，但未来拥有广阔的发展前景。

国外对于CO₂混相驱的研究，从1952年Whorton等申请了首个利用CO₂采油的专利开始，便一直在进行研究。美国是一个气源比较丰富的国家，因此通过CO₂混相驱来提高石油采收率的技术在美国已经较为成熟。2005年，美国通过注气得到的原油开采量首次超过了通过热采得到的原油开采量，成为了最主要的原油开采方法。根据《油气杂志》2006年提供的统计数据，当时全球范围内共有138个注气采油项目，其中注CO₂采油的项目有94个，占68.00%。而这94个注CO₂采油项目中，多达82个项目来自美国，其年产油量在全球注CO₂采油总产量中也占有极高的比例，为94.20%。不只是美国，俄罗斯的CO₂混相驱技术也取得了很大成效。混相驱油试验结果表明，当CO₂段塞体积较大时，驱油效率会明显提升，甚至最高可以达到99.00%。此外，英国和加拿大等国也在不断发展其CO₂混相驱技术，并取得了一定成果。

1.2 界面张力与CO₂混相驱采收率的提升

在实现CO₂混相驱油的过程中，界面张力是影响驱油效果的一个重要参数。只有在界面张力等于零的时候，才能够得到混相压力的最小值，从而提高混相驱原油采收率，因此针对不同体系在不同条件下的界面张力已经有了许多研究。

由表1中可以得到油/气混相驱界面张力的部分研究现状。从表1中可以看出，现有研究绝大多数针对的都是油/CO₂体系，部分研究还测定了油/N₂和油/CH₄体系作为对比实验。这些研究在25.00~150.00 ℃和0.1~36.0 MPa的温度和压力下，对混相驱的界面张力进行了测定。然而，这些研究中只有实验测定的结果，没有使用理论模型进行预测。由于缺少从理论层面对实验结果的验证，导致结果缺乏说服力。

表1 混相驱界面张力研究现状