原油对泡沫稳定性作用机理研究

Foam flooding can be used in the secondary and tertiary oil recovery，the crude oil exerts a significant effect on foam stability，the stability of foam system is determined directly by the structure and stability of pseudoemulsion films in the presence of crude oil. The main influence factors on the stability of pseudoemulsion films were investigated by means of the transmitted light microscope and differential interference microscopy, the drainage and thinning behavior of pseudoemulsion films was also discussed. A microvisual simulation was done to identify the foam-oil interactions in porous media in order to achieve a better understanding of the performance of pseudoemulsion films and find the relationship between the stability of pseudoemulsion films and the performance of foaming agent. The relations between the chemical structures and the foaming properties were studied, in addition, the standard and conditions of foaming agent selection for forming a stabilizing foam system was put forward, objective to lay a theoretical foundation for the selection and offer a better guidance to screening and synthesizing of the oil resistance foaming agent. The results are of both theoretical and practical significances, which can provide a technical support for successful application of foam flooding in enhanced oil recovery.

泡沫驱油可用于石油的二次和三次开采，原油的存在对泡沫稳定性有很大的影响，假乳液膜的结构和稳定性直接决定了泡沫遇油时的稳定性。利用透射光显微镜、微分干涉显微等技术，研究影响假乳液膜的结构和稳定性的主要因素，并从机理上研究假乳液膜的排液和薄化行为。利用微观模型研究多孔介质中原油和泡沫的相互作用机理，从而更好地了解假乳液膜的性能，找到假乳液膜稳定性与起泡剂性能之间的关系。研究起泡剂化学结构、类型与起泡剂性能之间的关系，提出形成稳定泡沫体系选择起泡剂的标准和条件，为选择耐油起泡剂奠定理论基础，从而更好地指导耐油起泡剂的筛选与合成。研究结果为泡沫驱油技术在三次采油中的成功应用提供技术支持，具有重要理论和实际意义。

首先，利用改进的获得发明专利的气流起泡法和界面扩张流变仪，研究了不同类型阴离子表面活性剂在油相存在条件下的起泡性、泡沫稳定性、表面张力和扩张粘弹模量之间的关系。结果表明：表面活性剂浓度大于CMC时产生的气液表面在扩张收缩过程中，吸附/脱附和扩散易于发生且速度更快的表面活性剂能够产生更加稳定的泡沫；疏水基应保持适当长度，使其具有一定疏水性的同时，不具备较强的疏水链间纠缠或引力和较慢的界面-亚层-体相间运动速度，有利于起泡剂分布在气水界面；表面活性剂表面张力越低，泡沫稳定性越好。其次，使用不同浓度氟碳表面活性剂制备泡沫，在有油和无油条件下使用改进微观模型观测了泡沫的微观形态，并且研究了原油与泡沫的相互作用的机理，利用图形处理软件测量液膜厚度随时间的变化情况，研究了泡沫液膜的薄化行为及稳定性。结果表明：当油水气不对称膜相对稳定时，油相的存在能够阻碍液膜排液作用；但是当液膜排液速率较快时，这种阻碍作用会引起液膜波动，从而降低泡沫的稳定性；聚合物和表面活性剂能够在层内构成有序层化结构，使液膜阶梯式变薄；表面活性剂浓度增加能够使结构层数增加，溶解油破坏了其有序性，从而降低液膜稳定性；无油条件下液膜因强度不足产生破灭，有油条件下液膜气体扩散速率增加，奥斯瓦尔德熟化现象更明显，从而使液膜消失。再次，使用差分干涉方法测量了不同条件下假乳状液膜厚度。结果表明：向表面活性剂溶液中加入电解质后，阶梯式过渡次数逐步减少，且其过程变得不规则，泡沫液膜破裂加快。最后，进行岩心渗流实验研究了泡沫的渗流行为，并通过Pickering乳液模板法，制备了发泡两亲型氟化纳米颗粒，并对其性能进行表征。岩心渗流实验结果表明：泡沫在多孔介质流动过程中对原油具有敏感性，高粘度原油的乳化速度比低粘度原油慢，缓慢乳化减缓了泡沫破灭速率，即原油粘度越高泡沫破坏频率越低。两亲颗粒表征结果表明：制备的两亲SiO2颗粒具备非对称结构，即使在气/液界面没有达到饱和吸附，仍然可以有效地稳定泡沫。