目前，隨著科技的不斷發展與進步，全球變暖現象愈加劇烈。碳捕集、CO2利用與封存(CCUS)是應對全球氣候變化的關鍵技術之一，可減少70%～82%的碳排放量。其中，CO2驅油技術(CO2enhanced oil recovery，CO2-EOR)是重要手段之一，可在提高原油采收率的同時，實現對CO2的封存，常用于三次采油。CO2驅油技術分為混相驅和非混相驅，區分兩者的關鍵是最小混相壓力(minimum miscibility pressure，MMP)。當壓力高于MMP時，CO2與原油間的界面消失，界面張力(interfacial tension，IFT)為零。通過對界面張力外推，則可得到CO2-原油體系的MMP。因此，對CO2-不同原油組分界面張力的測定具有重要意義。

原油中主要成分為飽和鏈烴，同時含有少量的環烷烴與芳香烴。Li等測定了CO2-正構烷烴(n-C10～n-C20)的界面張力，并將比容平移后的P-T狀態方程與密度梯度理論結合起來對結果進行了計算，所有體系的平均絕對偏差為6.1%。Mutailipu測量了CO2-正構烷烴(n-C11/C13/C14/C20)的界面張力，通過外推獲得MMP，并與實驗值進行比較，結果較好。商巧燕測定了CO2-正構烷烴(n-C9/C11/C13/C15/C17)的界面張力，并擬合了計算CO2-正構烷烴界面張力的經驗公式，形式簡單，計算的平均相對偏差為5.45%。綜上所述，CO2-正構烷烴體系界面張力數據已較為全面，但CO2-環烷烴/芳香烴體系的界面張力數據比較缺乏，以往的學者將環烷烴組分等效為碳數相近的飽和鏈烴組分，造成了界面張力的預測誤差。因此對CO2-環烷烴/芳香烴組分界面張力的測定與預測十分必要。

本團隊自行設計高溫高壓界面張力測定裝置，并對CO2-正構烷烴界面張力進行了測定。本文對此實驗裝置進行了重新校驗，采用懸滴法對CO2-環烷烴/芳香烴等體系的界面張力進行測定，測量范圍為40～120℃，0.27～14.70 MPa。探討了壓力、溫度、碳原子數及分子結構對界面張力的影響。提出了關聯方程，將界面張力的實驗數據關聯為溫度、壓力、碳原子數和偏心因子的函數，并對實驗數據進行了擬合，得出了方程參數。

本文提供的實驗數據及估算方法為CO2驅油技術提供了基礎數據，可為工程上預測不同溫度、壓力下CO2-不同結構原油組分的界面張力提供指導。

1實驗部分

1.1實驗試劑

CO2(純度99.999%)，天津市東祥特種氣體有限責任公司；環戊烷(純度96.0%)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；環己烷(純度99.7%)，天津市元立化工有限公司；環辛烷(純度99.0%)，凱瑪特(天津)化工科技有限公司；甲苯(純度99.5%)，天津市元立化工有限公司；乙苯(純度98.5%)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；乙基環己烷(純度99.0%)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；正十一烷(純度99.0%)，天津市光復精細化工研究所。

1.2實驗裝置

懸滴法是測量高溫高壓界面張力的常用方法。根據其原理本團隊自行設計的測量裝置可耐壓40 MPa。該裝置主要分為四個部分：氣體注入部分，液體注入部分，高溫高壓可視釜以及圖像的采集處理。詳細裝置內容可參見文獻。

1.3實驗流程

首先通入CO2排除釜內空氣，壓力達到預定值時，設置溫度并加熱。待溫度、壓力穩定后，向釜內打入油品，在針頭處形成油滴。保持油滴懸停10 min，以達到平衡狀態，開始采集圖像(圖1)。得到的圖像采用軸對稱分析法(ADSA)進行分析，其公式為

式中，γ為界面張力，mN/m；,Δρ為兩相密度差，kg/m3；g為重力加速度,g=9.80 m/s2；de為懸滴最大直徑，m。油滴尺寸如圖1標注，ds為距油滴頂點垂直距離為de處油滴截面直徑，m。1H可由Andreas等建立的函數表得到。

圖1 ADSA分析法選面示意圖

目前，Δρ的獲得分為兩種方法，一種是測量出平衡時的汽液兩相密度，代入式(1)、式(2)中計算；另一種是由平衡時兩相的純相密度代替。本文采用第二種方法，CO2的密度由NIST查得，平衡時的烷烴密度則采用Mutailipu等提供的方法查得。

1.4裝置校驗

為了測試并驗證裝置和測量方法的可靠性，本研究選用CO2-正十一烷作為測試體系，用該裝置測定了其80℃下的界面張力，并與文獻值進行了比較，結果如圖2所示。從結果可以看出，本研究測定的數據與文獻數據具有很好的一致性。結果表明，該裝置可行。

壓力、溫度、碳原子數及分子結構對CO2-正構烷烴界面張力的影響——實驗部分

壓力、溫度、碳原子數及分子結構對CO2-正構烷烴界面張力的影響——實驗結果與討論