低电压直流与脉冲电场调控原油-水界面张力的机制研究及其在提高采收率中的应用

本研究针对化学驱油(CEOR)高成本高能耗问题，创新性地采用低电压(1-3 V/cm)直流/脉冲电场(100-1000 Hz)调控原油-水界面张力(IFT)，通过激活天然表面活性物质并诱导电流体动力学(EHD)效应，使IFT从32.0降至8.1 mN/m(降幅74.6%)，结合温度可进一步降至4.9 mN/m。该成果为绿色高效提高原油采收率(EOR)提供了新策略。

　　

随着全球能源危机加剧，原油作为不可替代的战略资源，其开采效率提升成为工业界焦点。传统化学驱油技术(CEOR)虽能提高采收率，但存在化学药剂昂贵、能耗高等缺陷。在此背景下，伊朗南部油田与伊朗布阿里西纳大学的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表创新研究，首次系统揭示了低电压电场调控原油-水界面行为的分子机制。

研究团队采用悬滴法结合平行电极装置，通过施加1-3 V/cm的直流/脉冲电场（含方波/正弦波形），发现电场可双重作用：一方面激活原油中沥青质天然表面活性剂（含-OH/-COOH等极性基团）的界面吸附；另一方面通过电流体动力学(EHD)效应产生涡流，形成马兰戈尼对流。当采用3 V/cm方波脉冲（600 Hz）时，界面张力(IFT)从32.0骤降至8.1 mN/m，升温至60°C后更可降至4.9 mN/m。通过对比脱沥青质原油实验，证实沥青质是电场敏感性的关键物质，其分子极性、芳香度及H/C比决定表面活性。

关键技术包括：1）定制电化学池实现精准电场控制；2）悬滴法动态监测IFT变化；3）采用DMA 4500密度仪测定物性参数；4）通过电导率仪（AZ 86505）监控水质。

【IFT变化规律】
• 方波脉冲效果最优，3 V/cm时IFT降幅达74.6%
• 正弦波脉冲次之，直流电场效果最弱
• 存在阈值效应：<1 V/cm时电场影响可忽略

【温度协同效应】
• 60°C时电场作用增强，IFT总降幅达84.7%
• 温度通过降低原油粘度促进表面活性剂迁移

【机理阐释】
• 沥青质分子在电场中定向排列形成偶极矩
• 电荷不对称分布引发EHD涡流（泰勒理论）
• 界面处产生局部浓度梯度触发马兰戈尼对流

该研究建立了包含电场强度、频率修正项的杨-拉普拉斯方程，预测偏差<±7%。其重要意义在于：1）开创了超低电压EOR新技术，规避高压电场安全隐患；2）阐明天然表面活性剂的电场响应机制；3）为开发智能控场采油设备提供理论依据。Javad Saien团队指出，该技术可整合至现有井网系统，预计使采收率提升至50%以上，具有显著环保与经济价值。