综述：油水系统中气泡形成与界面动力学：从气-液-液相互作用到CO2辅助采收

《ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》：Bubble formation and interface dynamics in oil–water systems: From gas–liquid–liquid interactions to CO 2-assisted recovery

本综述系统阐述了油-水-CO2体系中气泡的生命周期（包括成核、生长、界面脱附、聚并等）动力学机制，及其对二氧化碳提高采收率（CO2-EOR）策略（如碳化水驱（CWI）、水气交替注入（WAG）、泡沫驱油）性能的调控作用，为连接界面科学与油气藏工程提供了多尺度视角。

　　

气泡形成与演化

气泡的形成过程是众多油田应用的基础，例如油砂回收中的气浮选。在探讨复杂油水环境中的气泡相互作用之前，必须首先建立对气泡在液相中如何产生和演化的机理认识。气泡形成过程涵盖几个关键阶段：在孔喉或粗糙表面的成核与脱附（气泡产生）、降压或升温条件下的体积膨胀（生长）、以及在外流场作用下的变形和最终运移。在CO₂辅助采收的背景下，气泡通常在注入点通过减压或溶液气驱机制成核。了解成核位点、生长速率和初始尺寸分布对于预测后续的界面行为和驱油效率至关重要。

气泡在界面处的动力学：两个不混相相的情况

气泡与油水界面的相互作用涉及耦合的流体动力学、毛细管力和界面过程，这些过程决定了气泡是聚并、附着还是穿越相界面。当气泡接近界面时，会经历流体动力阻力并形成一层薄液膜，暂时阻止直接接触。这层薄膜的演化，通过弹跳、破裂或稳定化，决定了后续的结果，如聚并、捕获或穿透。这些微观相互作用直接影响宏观现象，例如在碳化水驱（CWI）过程中，CO₂气泡从水中向残余油滴的传质，或者在水气交替注入（WAG）过程中，气泡群对油水界面稳定性的影响。

气体辅助提高采收率策略：以CO₂为例

气体辅助采油已成为提高地下储层中残余油动用的重要策略，其中气泡-油-水相互作用在整个采收过程中无处不在。气体的引入改变了界面行为，促进了润湿性改变，并降低了界面张力，从而促进了油从多孔结构中的释放。在所使用的各种气体中，二氧化碳（CO₂）因其独特的性质而备受关注，包括其在原油和水中的高溶解度、降低界面张力（IFT）的能力以及其在实现部分混相驱替方面的潜力。主要的CO₂提高采收率（CO₂-EOR）策略，如碳化水驱（CWI）、水气交替注入（WAG）和泡沫辅助CO₂驱油，都严重依赖于控制气泡生命周期动态，以实现有效的流动性控制、波及效率和最终采收率。

结论

气泡-油-水相互作用在广泛的气体辅助采油和分离过程中起着核心作用。本综述综合了气泡形成、变形、薄液膜排液与破裂、脱附、聚并和泡沫稳定性的关键机制，并特别强调了它们对CO₂提高采收率（CO₂-EOR）策略的意义。与先前主要关注材料或气泡动力学基础胶体科学的综述不同，本工作提出了一个多尺度的视角，将气泡物理与CO₂-EOR实践明确地联系起来。地质碳封存作为相关的协同效益被讨论，但主要焦点仍在于理解和解释CO₂-EOR的性能。通过整合分散的研究成果并识别未解决的挑战，本综述将气泡动力学确立为界面科学与油藏工程之间的机理桥梁，为未来的研究和应用提供指导。