高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀可以真實(shí)模擬油藏條件測(cè)量接觸角和界面張力。為了使高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀可以測(cè)量二氧化碳與原油最小混相壓力功能，增加了高溫高壓氣體進(jìn)樣系統(tǒng)，改進(jìn)了原有油相、水相進(jìn)樣系統(tǒng)，使其功能得到擴(kuò)展。儀器功能擴(kuò)展后可以測(cè)量二氧化碳與原油最小混相壓力，相對(duì)細(xì)管實(shí)驗(yàn)測(cè)量二氧化碳與原油最小混相壓力的方法，該方法簡(jiǎn)單、快速，同時(shí)儀器的測(cè)量精度和使用范圍也得到了提高，可以測(cè)量常溫凝固的稠油等樣品的界面張力、接觸角及最小混相壓力，且儀器的清洗和操作更加簡(jiǎn)單。

石油是不可再生的能源，經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)現(xiàn)有油田是永恒的課題，水驅(qū)可以提高采收率三分之一到五分之一。我國(guó)各大油田均已處于水驅(qū)后期，但有半數(shù)以上的石油地質(zhì)儲(chǔ)量殘留在地下。需要開展有效的三次采油使我國(guó)石油產(chǎn)量增加10%～20%。三次采油中應(yīng)用最廣泛、最成熟技術(shù)是化學(xué)驅(qū)，而化學(xué)劑在油藏條件下的潤(rùn)濕性及界面張力等參數(shù)，決定了油藏中流體分布和流動(dòng)狀態(tài)，最終影響化學(xué)劑的驅(qū)油效果[3-4]。而化石燃料的燃燒排放大量二氧化碳，二氧化碳作為一種主要的溫室氣體對(duì)地球環(huán)境影響越來越大。近年來，二氧化碳驅(qū)油技術(shù)成為綠色低碳戰(zhàn)略的重要追求目標(biāo)，而且還能提高低滲透油藏的原油采收率受到越來越多的重視。二氧化碳驅(qū)油的核心問題是最小混相壓力的確定。

潤(rùn)濕性及界面張力儀主要包括常溫常壓型、高溫型、超高溫型、便攜型，其中高溫高壓型潤(rùn)濕性及界面張力儀能夠真實(shí)模擬油藏條件測(cè)量接觸角和界面張力。為了擴(kuò)展高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀可以測(cè)量二氧化碳與原油最小混相壓力功能，且可以使常溫凝固的稠油等樣品，實(shí)現(xiàn)順利進(jìn)樣測(cè)量和測(cè)量，需要對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造。通過增加高溫高壓氣體進(jìn)樣系統(tǒng)，改進(jìn)原有油相、水相進(jìn)樣系統(tǒng)，使其功能得到擴(kuò)展。

1高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀性能及存在的問題

1.1高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀性能

高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀如圖1所示。高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀主要由高溫高壓樣品池、油相進(jìn)樣系統(tǒng)、水相進(jìn)樣系統(tǒng)、自動(dòng)記錄測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成。高溫高壓樣品池測(cè)量腔體容積為20cm3，兩側(cè)具有藍(lán)寶石觀察窗，最大工作溫為120℃，最大耐壓可達(dá)70MPa。水相樣品通過手動(dòng)泵加壓進(jìn)入高溫高壓樣品池中。油相樣品通過手動(dòng)泵加壓進(jìn)入由底部插入高溫高壓樣品池中的針頭形成油滴。自動(dòng)記錄測(cè)量系統(tǒng)通過攝像頭拍攝記錄油滴形狀，利用Young-Laplace公式計(jì)算油水界面張力。同時(shí)儀器可以測(cè)量油滴在水平或傾斜的巖石的表面測(cè)量接觸角和表面能。接觸角擬合方法有5種不同選擇，分別是：切線法、θ/2法、液滴形狀分析、橢圓擬合法、真實(shí)液滴法、Spline曲線擬合法[9]。高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀界面張力的測(cè)量范圍0.01～2 000mN/m；其接觸角測(cè)量范圍是0°～180°，可讀精度為0.01°。

圖1高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀示意圖

1.2高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀存在的問題

高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀主要用于測(cè)定模擬油、烴類與驅(qū)油體系在高溫、高壓條件下的潤(rùn)濕性和界面張力。其中僅有高壓樣品池具有加熱功能，而水相和油相進(jìn)樣系統(tǒng)不具加熱功能。且水相和油相進(jìn)樣系統(tǒng)是樣品裝入敞口樣品池，經(jīng)高壓手動(dòng)泵加壓進(jìn)入高壓樣品池，這導(dǎo)致常溫不流動(dòng)樣品不能實(shí)現(xiàn)進(jìn)樣測(cè)量，且儀器清洗困難。高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀沒有配備高壓氣體進(jìn)樣系統(tǒng)，不能測(cè)量二氧化碳與原油的最小混相壓力。

2高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀的功能擴(kuò)展

為了擴(kuò)展高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀的功能可以測(cè)量二氧化碳與原油最小混相壓力，且可以使常溫凝固的稠油等樣品，實(shí)現(xiàn)順利進(jìn)樣測(cè)量，需要對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造。首先，增加高溫高壓氣體進(jìn)樣系統(tǒng)，主要包括氣體增壓泵、活塞容器及加熱控溫系統(tǒng)；其次，改進(jìn)原有油相、水相進(jìn)樣系統(tǒng)，在手動(dòng)泵與樣品池之間增加微型活塞容器，在微型活塞容器、管線及閥門等加裝加熱控溫系統(tǒng)。改進(jìn)后的高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀如圖2所示。

高溫高壓氣相進(jìn)樣系統(tǒng)主要包括氣瓶、二氧化碳泵、活塞容器、活塞容器加熱控溫系統(tǒng)、集成化機(jī)架等部分（圖2）。高溫高壓氣體進(jìn)樣系統(tǒng)通過將鋼瓶的二氧化碳注入活塞容器儲(chǔ)存并加熱，利用高壓電動(dòng)泵注入液壓油到二氧化碳活塞容器內(nèi)壓縮二氧化碳到70 MPa。活塞容器加溫系統(tǒng)采用高溫橡膠筒式加熱器加熱，最高工作溫度為120℃。水路管線及閥門主要采用恒溫電熱帶及管線外套保溫形式，恒溫電熱帶恒溫溫度最高120℃。

結(jié)合高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀原說明書及儀器功能擴(kuò)展原理編寫了儀器工作原理及使用操作說明書，同時(shí)附加了儀器使用注意事項(xiàng)。使改進(jìn)后的高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀使用更加安全、規(guī)范。

圖2改進(jìn)后高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀示意圖

3儀器功能擴(kuò)展后的應(yīng)用

二氧化碳混相驅(qū)已成為一項(xiàng)重要且成熟的提高采收率方法，且可以減少環(huán)境污染，混相壓力的確定是混相驅(qū)油的核心問題。

目前測(cè)量混相壓力的方法如圖3所示。國(guó)內(nèi)外許多專家研究了確定最小混相壓力的方法，包括理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)定。但是，一般的理論計(jì)算精確度都不高，而實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法具有較高的可靠性。實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法包括細(xì)管實(shí)驗(yàn)、升泡儀法及界面張力法等。其中，界面張力法是通過直接測(cè)定注氣相與地層原油間的界面張力來確定最小混相壓力，既能觀測(cè)到形成混相的狀態(tài)，而且操作時(shí)間也較短。細(xì)管實(shí)驗(yàn)法被認(rèn)為是最可靠的測(cè)量最小混相壓力方法，但細(xì)管實(shí)驗(yàn)也有局限性，不能模擬黏性指進(jìn)、重力超覆等因素，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，大約需要7～14天，且實(shí)驗(yàn)工作量大。升泡儀法是直接觀察混相過程，測(cè)量周期短，1h可以完成測(cè)量，測(cè)量結(jié)果受人為因素影響嚴(yán)重。而界面張力法是通過直接測(cè)定注氣相與地層原油間的界面張力來確定最小混相壓力,既能觀測(cè)到形成混相的狀態(tài),而且操作時(shí)間也較短，僅需5～6h。

3.1儀器功能擴(kuò)展后具體應(yīng)用

應(yīng)用改進(jìn)后的高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀測(cè)量了二氧化碳與大慶原油的界面張力與壓力的關(guān)系曲線如圖4所示。由于最小混相壓力是界面張力為零時(shí)的壓力，通過曲線外推可得到二氧化碳與大慶原油的最小混相壓力。改進(jìn)后的高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀測(cè)量的結(jié)果與彭寶仔等人做的結(jié)果相比較，得出的曲線變化趨勢(shì)相近，說明儀器改造后測(cè)量的結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的[11]。

圖3 CO2與原油混相壓力測(cè)量方法

圖4表面活性劑對(duì)CO2與大慶原油混相壓力的影響

由圖4可知，表面活性劑在一定程度上可以降低原油混相壓力。表面活性劑C14可以降低最小混相壓力接近1MPa，而表面活性劑C18可以降低最小混相壓力接近2MPa，這在理論上可以實(shí)現(xiàn)大慶油田二氧化碳混相區(qū)的實(shí)現(xiàn)，但在降低二氧化碳最小混相壓力方面還需繼續(xù)完善和研發(fā)新型添加劑。對(duì)高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀功能擴(kuò)展為大慶油田二氧化碳驅(qū)油研究提供了有利的基礎(chǔ)保障。

3.2儀器功能擴(kuò)展應(yīng)用效果分析

高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀的改造費(fèi)用為30萬元，增加了測(cè)量二氧化碳與原油混相壓力的功能，可以減少引進(jìn)二氧化碳混相裝置，而二氧化碳混相裝置價(jià)格一般為400萬元。同時(shí)可以使常溫凝固的稠油等樣品，實(shí)現(xiàn)順利進(jìn)樣測(cè)量，增加了儀器測(cè)量范圍。因此，儀器改造的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

二氧化碳與原油最小混相壓力如果應(yīng)用細(xì)管實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量，測(cè)量一個(gè)混相壓力需要7～14天，價(jià)格為3 000元/個(gè)。而改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量二氧化碳與原油最小混相壓力僅需5～6h，價(jià)格為300元/個(gè)。按一年測(cè)量100個(gè)樣品計(jì)算，節(jié)約測(cè)量費(fèi)用27萬元。最少節(jié)約測(cè)量時(shí)間638天，即節(jié)約人工成本為19.1萬元。每年共節(jié)約費(fèi)用46.1萬元。儀器按使用年限10年計(jì)算可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益461萬元。

4結(jié)論

1)高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀功能擴(kuò)展后可以測(cè)量二氧化碳與原油最小混相壓力，相對(duì)細(xì)管實(shí)驗(yàn)測(cè)量二氧化碳與原油最小混相壓力的方法，該儀器測(cè)量方法簡(jiǎn)單、快速。實(shí)際應(yīng)用中可以使用該儀器預(yù)先優(yōu)選最佳條件，對(duì)優(yōu)選出的結(jié)果再進(jìn)行細(xì)管實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，降低了工作量。

2)高溫高壓潤(rùn)濕性及界面張力儀功能擴(kuò)展后可以測(cè)量常溫凝固的稠油等樣品的界面張力、接觸角及最小混相壓力，提高了儀器的測(cè)量精度和使用范圍，同時(shí)儀器的清洗和操作更加簡(jiǎn)單。