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不同溫度壓力下CO2和混合烷烴的界面張力測定（一）
來源：石油與天然氣化工 瀏覽 1019 次 發(fā)布時(shí)間:2025-05-14
CO2驅(qū)提高采收率由于其明確的機(jī)理和控制碳排放的優(yōu)勢在眾多強(qiáng)化采油技術(shù)中脫穎而出。CO2混相驅(qū)油技術(shù)提高了采油率，可使油田的采收率高達(dá)90%。此外，還實(shí)現(xiàn)了CO2封存，減少了大氣中CO2含量，實(shí)現(xiàn)CO2資源利用。我國早在1999年就有對CO2混相驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)的研究。
CO2混相是一個(gè)動(dòng)態(tài)的蒸發(fā)氣驅(qū)過程，即CO2通過與原油的多次接觸，蒸發(fā)或萃取原油中的輕烴組分，使前緣注入氣富化后與原油混溶形成混相帶，形成的CO2-原油混相帶驅(qū)替原油從開采井中采出。混相驅(qū)要求油藏壓力高于或等于CO2與原油完全混相的最低壓力(MMP)，Holm and Josendal將MMP定義為當(dāng)80%以上的油被回收時(shí)的CO2突破壓力。最小混相壓力(MMP)是判斷混相是否形成的重要參數(shù)。
在CO2混相驅(qū)油工程發(fā)展迅速的大背景下，本實(shí)驗(yàn)試圖借助先進(jìn)的ASDA-P技術(shù)，用傳統(tǒng)的高壓懸滴法測出不同溫度壓力下CO2和混合烷烴的界面張力，并采用外推法對最小混相壓力(MMP)進(jìn)行預(yù)測。
1實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)原理
ADSA-P方法將計(jì)算得到的理論輪廓和圖像識(shí)別出的實(shí)際輪廓進(jìn)行比對得到準(zhǔn)確的界面張力值等參數(shù)。其中，實(shí)際輪廓由圖像處理軟件自動(dòng)生成，而理論輪廓的計(jì)算基于描述界面張力和液滴自身重力之間達(dá)到靜態(tài)力平衡時(shí)液滴界面形狀的經(jīng)典Laplace-Young方程。假定液體懸滴此時(shí)只受到界面張力和重力的作用。采用懸滴法能夠較為準(zhǔn)確地測量混合烷烴與CO2的界面張力。采用式(1)可計(jì)算出界面張力的大小。
式中：γ為界面張力，mN/m;Δρ為液相與環(huán)境相的密度差,g/mL；g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?m/s2；de為懸滴外形輪廓上最大直徑,cm；H為修正后的形狀因子。
1.2實(shí)驗(yàn)裝置和材料
本實(shí)驗(yàn)所測量的CO2與混合烷烴的界面張力需模擬實(shí)際油藏的地層環(huán)境，即高溫高壓，且有地下鹽水層的存在。為此，設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。該系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)原理上主要分為照明系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和圖像分析系統(tǒng)；從測試材料上主要分為進(jìn)液系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)和進(jìn)鹽水系統(tǒng)；從實(shí)驗(yàn)環(huán)境上主要分為氣體測壓系統(tǒng)、氣體控溫系統(tǒng)和液體控溫系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)用材料來源及純度見表1，烷烴的組分模擬伊朗西南部的阿瓦茲-班吉斯坦(Ahwaz-Bangestan)油田原油的成分，不考慮瀝青質(zhì)，摩爾分?jǐn)?shù)分別為：正庚烷8.93%，正辛烷9.02%，正癸烷5.26%，正十一烷5.72%，正十二烷71.07%。NaCl溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.33%。實(shí)驗(yàn)中將CO2與鹽水溶液飽和后，測其與混合烷烴的界面張力。
表1化合物來源和純度
實(shí)驗(yàn)在一定溫度壓力、混合烷烴被NaCl溶液飽和的CO2環(huán)境中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)溫度分別為40℃和60℃。溫度為40℃時(shí)，選擇壓力為3.0～8.5 MPa，壓力每升高0.5 MPa測量1組數(shù)據(jù)；溫度為60℃時(shí)，選擇壓力為3.0～9.5 MPa，壓力每升高0.5 MPa測量1組數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)最終得到有效數(shù)據(jù)共24組。
重力加速度選擇系統(tǒng)默認(rèn)為9.8100 m/s2。CO2的密度數(shù)據(jù)來源于美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)官網(wǎng)發(fā)布的NIST化學(xué)網(wǎng)頁版標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)庫，編號(hào)為69(NIST Chemistry WebBook，SRD 69)；混合烷烴的密度數(shù)據(jù)來源于AP1700的物質(zhì)物性計(jì)算查詢平臺(tái)，對于烴類混合物的計(jì)算，采用較為普遍使用的SUPERTRAPP模型。實(shí)驗(yàn)中不考慮CO2被NaCl溶液飽和后引起的密度變化。實(shí)驗(yàn)以0.02 mL/min的速度進(jìn)液，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像，得到同一壓力溫度下，連續(xù)3滴懸滴從形成到完全滴下的錄像，保存至電腦留作后續(xù)處理。