劉 瓏，范洪富，孫江河，陳海匯，趙 娟

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083）

泡沫驅(qū)作為一項(xiàng)重要的三次采油技術(shù)，在降低氣油比、增加原油產(chǎn)量、提高波及效率等方面具有很大的潛力，但是油藏儲(chǔ)層中泡沫的穩(wěn)定性是制約泡沫驅(qū)推廣應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題，因此新型穩(wěn)泡劑的研制顯得至關(guān)重要。目前研究認(rèn)為影響泡沫穩(wěn)定性的因素主要包括：Marangoni 效應(yīng)、表面張力、表面黏度、溶液黏度和液膜表面電荷等［1］。泡沫的穩(wěn)定性好壞是影響泡沫驅(qū)油效果的重要因素之一，會(huì)直接影響到泡沫在油藏多孔介質(zhì)中的驅(qū)替時(shí)間、驅(qū)替距離等，因此采用泡沫復(fù)合驅(qū)的方式來(lái)提高泡沫穩(wěn)定性，通常選擇向泡沫體系中添加聚合物來(lái)增大泡沫液膜的機(jī)械強(qiáng)度和黏度，減緩泡沫的破滅速度。但是聚合物的加入會(huì)使得泡沫注入過(guò)程中注入壓力過(guò)大，注入困難［2］；并且聚合物容易殘留在儲(chǔ)層中，對(duì)油藏環(huán)境造成一定程度的損害，并且在低滲透率油藏中的適用性較差，因此需要一種新型穩(wěn)泡劑才能有效改善泡沫驅(qū)在油藏儲(chǔ)層中的應(yīng)用效果。

近年來(lái)關(guān)于納米顆粒穩(wěn)定泡沫驅(qū)油的研究熱度逐年上升，納米材料由于其具有特殊的表面效應(yīng)、界面效應(yīng)［3］和小尺寸效應(yīng)［4］，納米氫氧化鋁、二氧化硅等材料可明顯改善氣泡氣/水界面性質(zhì)，從而影響泡沫的體系性能［5］。納米顆粒是有效的空氣/水發(fā)泡劑，通過(guò)調(diào)節(jié)顆粒的疏水性，可以制備出分裂速度、聚并速度和歧化速度較緩慢的穩(wěn)定氣泡［6］。此外，通過(guò)向含有表面活性劑的泡沫體系中添加納米顆?？梢允古菽黧w在多孔介質(zhì)的流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生更高的壓力降，并有效降低氣體的流動(dòng)性，從而有效提高泡沫在油藏多孔介質(zhì)中的驅(qū)油效率［7］。因此，納米顆粒在提高泡沫穩(wěn)定性和改善泡沫驅(qū)油效果方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。本文分析了納米顆粒提高泡沫穩(wěn)定性的機(jī)理和納米顆粒濃度、溫度及礦化度等因素對(duì)納米顆粒穩(wěn)定泡沫效果的影響，介紹了納米顆粒穩(wěn)定泡沫在油藏儲(chǔ)層的驅(qū)油機(jī)理，并提出了改善納米顆粒穩(wěn)定泡沫驅(qū)油效果的建議。

1 納米顆粒穩(wěn)定泡沫機(jī)理

1.1 改善泡沫液膜性質(zhì)

泡沫是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，自由能自發(fā)減少的趨勢(shì)使得泡沫逐漸破滅直至氣、液完全分離，泡沫體系中表面活性劑的存在使得泡沫具有暫時(shí)的穩(wěn)定性［8］。但是表面活性劑在油水界面上的吸附為動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程，從油水界面上脫附所需要的能量（脫附能）較小，在油藏運(yùn)移過(guò)程中容易被巖石礦物吸附而導(dǎo)致其穩(wěn)泡效果下降。納米顆粒為固體顆粒，其脫附能遠(yuǎn)大于表面活性劑，因此納米顆粒在界面上的吸附可以看作是不可逆過(guò)程，即一旦吸附在界面上便很難脫附［9］。固體顆粒通過(guò)吸附聚集在泡沫界面，可以有效增強(qiáng)液膜的機(jī)械穩(wěn)定性和黏度［10］，從而增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性。

1.2 減緩泡沫歧化速度

由Young-Laplace 方程［11］可知，氣泡半徑越小，壓力越大，因此小氣泡內(nèi)的壓力大于大氣泡內(nèi)的壓力，氣體被迫通過(guò)泡沫液膜從較小的氣泡向較大的氣泡中擴(kuò)散，使得大氣泡不斷增大，小氣泡不斷變小，也就是所謂的泡沫歧化反應(yīng)［12］。納米顆粒穩(wěn)泡的主要機(jī)理就是通過(guò)聚集在泡沫的氣液界面上，減小氣泡之間的接觸面積，形成致密粒子化膜來(lái)抑制氣泡的聚并和歧化［13］。Li 等［14］發(fā)現(xiàn)隨著表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）/納米顆粒（SiO2）濃度比由0增至0.17的過(guò)程中，SDS/SiO2協(xié)同穩(wěn)定CO2泡沫的穩(wěn)定性逐漸增大。這是由于隨著SiO2納米顆粒在氣液界面吸附量的增多，CO2氣體和液體薄膜的接觸面積逐漸減少，有效抑制氣體擴(kuò)散，減緩了CO2泡沫的聚并和歧化速度，提高了SDS/SiO2穩(wěn)定泡沫體系的穩(wěn)定性。

1.3 形成致密穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

納米顆粒通過(guò)不可逆吸附于泡沫的氣/液界面上，在泡沫壁上交錯(cuò)分布，形成致密的殼狀結(jié)構(gòu)，堵塞水流通道，阻止水分流動(dòng)，同時(shí)納米顆粒還可以存在于氣泡層間和Plateau邊界（泡沫中氣泡間隙交界處形成的月角形液柱，又稱(chēng)普拉托-吉布斯邊界）內(nèi)，在連續(xù)相形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加水分流動(dòng)阻力，減緩泡沫液膜排液速度［15］，大幅提高泡沫的穩(wěn)定性。孫乾等［16］發(fā)現(xiàn)將 SDS 加入 SiO2納米顆粒懸濁液后，表面活性劑分子可以吸附于顆粒表面，使得SiO2顆粒表面具有一定的表面活性，增強(qiáng)了納米顆粒吸附到泡沫氣液界面上的能力，使納米顆粒SiO2在氣液界面排列的更加緊密，形成致密“殼狀”結(jié)構(gòu)，有效阻止泡沫聚并和破裂，對(duì)內(nèi)部起到一定的保護(hù)作用，并且SiO2顆粒在泡沫表面的吸附導(dǎo)致SDS/SiO2復(fù)配體系的表面張力低于SDS 溶液。孫寵等［17］通過(guò)對(duì)比 SDS 和 SDS/SiO2兩種泡沫體系的性質(zhì)特征，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)SDS/SiO2復(fù)合穩(wěn)定泡沫體系起泡體積的影響小于單一SDS 穩(wěn)定泡沫體系。這是由于SiO2納米顆粒吸附于泡沫液膜表面與液膜形成氣液固三相穩(wěn)定骨架，有效隔絕外部熱量向內(nèi)部傳遞，降低了分子熱運(yùn)動(dòng)速率，大幅減緩了泡沫液膜析液速率，提高了泡沫體系的穩(wěn)定性。

2 納米顆粒穩(wěn)定泡沫性能的影響因素

2.1 納米顆粒濃度

納米顆粒的濃度是控制納米顆粒聚集的關(guān)鍵參數(shù)，而布朗運(yùn)動(dòng)（微小粒子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)）是控制納米顆粒運(yùn)移的主要機(jī)制，相同體積空間中納米顆粒數(shù)量越多，將導(dǎo)致顆粒之間的碰撞越多，聚集速度更快［18］，因此，納米顆粒濃度越大，顆粒之間就越容易凝聚在一起。而凝結(jié)的顆粒具有更高的捕獲效率，能在一定程度上有效減緩泡沫的液膜排液速度和提高（無(wú)表面活性劑）膠體分散系的起泡性和穩(wěn)泡性［19］。而納米顆粒對(duì)含表面活性劑的泡沫溶液體系的起泡性和穩(wěn)泡性的影響存在一些差異。

王健等［20］發(fā)現(xiàn)在僅加入0.005%SiO2納米顆粒后，ANO（α-烯基磺酸鈉OP-50/季銨鹽型陽(yáng)離子表面活性劑12-2-12）復(fù)配體系穩(wěn)泡性有所提高；當(dāng)納米顆粒SiO2加量大于0.1%時(shí)，再繼續(xù)增大加量會(huì)使得起泡高度下降而半衰期增加；隨著納米SiO2加量的增大，泡沫綜合指數(shù)變化趨勢(shì)總體先迅速上升，后緩慢上升。表面活性劑/納米顆粒復(fù)配體系的起泡性隨著納米顆粒濃度的增加而逐漸降低的原因是：隨著納米顆粒濃度的增加，吸附于納米顆粒表面的表面活性劑分子增多，使得泡沫水相中自由的表面活性劑分子數(shù)量減少，泡沫溶液的黏度和表面張力增大，導(dǎo)致產(chǎn)生泡沫所需要做的功增加，從而使得體系發(fā)泡性降低［21］。泡沫半衰期增加的原因可能是隨著納米顆粒濃度的增加，泡沫液膜和Plateau邊界對(duì)納米顆粒的捕集作用加強(qiáng)，使得液膜排液速度和氣泡聚并速度減慢［22］，泡沫穩(wěn)定性增大。但是張春榮［23］認(rèn)為表面張力的增大會(huì)使得泡沫體系能量降低，毛細(xì)管壓力增大，加速泡沫析液過(guò)程，不利于泡沫的穩(wěn)定。上述體系穩(wěn)定性提高的原因可能是由于液體表面張力不是泡沫穩(wěn)定性的決定性因素，只有當(dāng)泡沫表面具有一定強(qiáng)度，并形成多面體泡沫時(shí)，低的表面張力才有助于泡沫的穩(wěn)定。因此為了有效提高泡沫的穩(wěn)定性，應(yīng)該合理調(diào)節(jié)納米顆粒的濃度。

2.2 納米顆粒潤(rùn)濕性

納米顆粒的潤(rùn)濕性對(duì)泡沫的產(chǎn)生和穩(wěn)定性非常重要，表面完全疏水的顆粒具有消泡作用，而完全親水的納米顆粒同樣很難產(chǎn)生泡沫［24］。近年來(lái)的研究表明，能部分被水潤(rùn)濕、部分被油潤(rùn)濕的納米顆粒具有表面活性，即能吸附或聚集到油/水界面或氣/液界面，從而能穩(wěn)定泡沫，并且由于顆粒的吸附幾乎是不可逆的，所形成的泡沫具有超穩(wěn)定性，具有重要的實(shí)用價(jià)值［25］。

李兆敏等［26］發(fā)現(xiàn)表面活性劑SDS 吸附在改性SiO2納米顆粒表面越多，SiO2顆粒疏水性越弱，越傾向于留在液相中；提出只有當(dāng)SiO2顆粒吸附在CO2/水界面上時(shí)才能起到有效的穩(wěn)泡作用。此外，表面活性劑在水介質(zhì)中會(huì)與納米顆粒發(fā)生相互作用，導(dǎo)致納米顆粒表面潤(rùn)濕性發(fā)生改變。Li 等［27］提出表面活性劑（CTAB）分子在親水性納米粒子（SiO2）表面的吸附機(jī)制為：（1）第一階段：CTAB 分子的親水性末端吸附在SiO2表面上，疏水性末端裸露，形成單吸附層，SiO2納米顆粒的疏水性增強(qiáng)；（2）第二階段：更多的CTAB分子吸附在SiO2納米顆粒表面上，形成雙吸附層，SiO2納米顆粒疏水性降低；隨著CTAB/SiO2濃度比的增加，CTAB/SiO2穩(wěn)定泡沫的穩(wěn)定性先增加后降低。這可能是由于表面活性劑分子吸附在納米顆粒表面導(dǎo)致納米顆粒潤(rùn)濕性的變化，進(jìn)而影響納米顆粒在氣液界面的吸附位置，使得納米顆粒穩(wěn)定泡沫的穩(wěn)定性也隨之改變。

2.3 納米顆粒尺寸

顆粒尺寸越小，對(duì)泡沫液膜的穩(wěn)定作用越強(qiáng)［28］，但是在液體表面的吸附作用也越弱，因此用來(lái)穩(wěn)定泡沫的顆粒尺寸不能太小或者太大。Horozov等［29］由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推斷穩(wěn)定泡沫的顆粒粒徑范圍應(yīng)該在幾十納米到幾微米之間。Xiao 等［30］發(fā)現(xiàn)SiO2納米顆粒尺寸對(duì)CO2泡沫的流動(dòng)行為影響很小，納米顆粒尺寸對(duì)泡沫流變性的作用隨著剪切速率、泡沫質(zhì)量和鹽度的變化而不同。利用較小尺寸（15數(shù)20 nm）的納米顆粒NP1 所產(chǎn)生的泡沫要比較大尺寸（60數(shù)70 nm）納米顆粒NP2 所產(chǎn)生的泡沫在2 h 內(nèi)的穩(wěn)定性好，但是在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有太大差別；而在高礦化度情況下，由更小尺寸（15數(shù)20 nm）的納米顆粒產(chǎn)生的泡沫表現(xiàn)出更好的耐久性。Tang等［31］通過(guò)研究不同尺寸（20、50、100、200、400和700 nm）的SiO2納米顆粒對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響，提出納米顆粒尺寸對(duì)泡沫穩(wěn)定性具有非常重要的作用。在粒徑范圍（20數(shù)700 nm）之內(nèi)，隨著SiO2納米顆粒尺寸的減小，泡沫重力排液過(guò)程逐漸減緩，氣體擴(kuò)散過(guò)程對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響逐漸增大，泡沫穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。

2.4 溫度

大多數(shù)的油藏溫度較高，會(huì)增大發(fā)泡劑的溶解度，降低其在氣水界面上的吸附量，減弱泡沫液膜的強(qiáng)度，使得泡沫破裂速度加快，還降低了泡沫液相黏度，導(dǎo)致泡沫液膜變薄，半衰期變短［32］，嚴(yán)重影響了泡沫的穩(wěn)定性。但是納米顆粒通過(guò)吸附在泡沫液膜上形成的“殼狀”結(jié)構(gòu)，可以阻隔外部熱量向氣泡內(nèi)部傳遞，同時(shí)表層泡沫破裂后所形成的固液氣三相骨架依然存在，可以有效減緩泡沫的液膜水分蒸發(fā)速度，提高泡沫對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)性［33］。王愛(ài)蓉等［34］通過(guò)高壓泡沫評(píng)價(jià)裝置研究改性納米材料正硅酸乙酯（TEOS）、部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）和羧甲基纖維素鈉（CMC）對(duì)CO2泡沫體系的影響，發(fā)現(xiàn)在20數(shù)120℃時(shí)添加穩(wěn)泡劑HPAM 和CMC 泡沫體系的起泡體積小于添加納米材料TEOS泡沫體系的起泡體積，在高溫（＞60℃）條件下TEOS 改善泡沫的穩(wěn)定效果更好，優(yōu)于HPAM 和CMC 的穩(wěn)泡效果，并且納米材料TEOS 穩(wěn)定CO2泡沫改善了CO2驅(qū)油效果，提高采收率幅度達(dá)到30.93%。納米材料能在高溫條件下較理想地提高泡沫穩(wěn)定性，改善泡沫驅(qū)油效果。

2.5 含油飽和度

泡沫體系具有“遇水生泡，遇油消泡”的性質(zhì)，泡沫劑遇到原油時(shí)會(huì)迅速溶解在油中，不會(huì)產(chǎn)生泡沫，也不會(huì)對(duì)孔隙和喉道造成堵塞；泡沫劑遇到水時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫，使得泡沫體系黏度增加，波及系數(shù)增大［35］。而納米顆粒通過(guò)在泡沫液膜上的聚集，可以減少原油在氣液界面處的擴(kuò)散［36］，從而減少原油對(duì)泡沫結(jié)構(gòu)的破壞。YANG等［37］發(fā)現(xiàn)SDS穩(wěn)定泡沫在接觸煤油后，短時(shí)間內(nèi)在泡沫上部水相中發(fā)現(xiàn)了原油，而SDS/納米顆粒（AIOOH）協(xié)同穩(wěn)定泡沫在接觸煤油后表現(xiàn)出更好的耐油性。納米顆粒通過(guò)吸附在泡沫液膜表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)減緩原油擴(kuò)散過(guò)程，在氣泡之間形成不穩(wěn)定的橋狀結(jié)構(gòu)，并通過(guò)疏水作用將部分油吸附到納米顆粒的烷基鏈表面，有效提高了泡沫在油藏驅(qū)油過(guò)程中的耐油性。

2.6 礦化度

大多數(shù)油藏的礦化度都很高，會(huì)對(duì)泡沫流體的穩(wěn)定性造成較大的影響。一般隨著礦化度的增大，泡沫體系的臨界膠束濃度降低，泡沫液膜厚度增加，包裹在液膜上的無(wú)機(jī)鹽越多，泡沫穩(wěn)定性越好［38］；但是隨著無(wú)機(jī)鹽濃度增大到一定程度，擴(kuò)散雙電層被壓縮，電相斥作用減弱，液膜厚度變小，同時(shí)溶液密度增大，液膜排液速度隨之加快，泡沫的穩(wěn)定性反而下降。無(wú)機(jī)鹽電解質(zhì)對(duì)離子型表面活性劑泡沫的穩(wěn)定性影響較大，而對(duì)非離子表面活性劑泡沫的影響很?。?9］。

Zhang 等［40］發(fā)現(xiàn)泡沫體系中油酸鈉加量較低（0.0001%）時(shí)泡沫穩(wěn)定性幾乎不受影響。油酸鈉濃度越低，泡沫開(kāi)始衰變之前的延長(zhǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，最后所形成的穩(wěn)定泡沫高度越大。隨著油酸鈉加量逐漸增大至0.005%，泡沫穩(wěn)定性顯著降低。由此可見(jiàn)礦化度較低時(shí)對(duì)泡沫體系氣泡體積的影響不大，對(duì)泡沫穩(wěn)定性起積極作用；當(dāng)?shù)V化度增大到一定程度時(shí)，會(huì)對(duì)泡沫穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響［41］。而在添加有納米顆粒的泡沫體系中，Dickinson等［42］發(fā)現(xiàn)在分別含有不同濃度（0數(shù)4 mol/L）氯化鈉的水分散發(fā)泡體系中，隨著氯化鈉濃度的增大，SiO2納米顆粒（直徑20 nm）的Zeta電位降低并發(fā)生凝聚，對(duì)水分散體中的氣泡產(chǎn)生具有不利的影響。Kostakis 等［43］在研究水分散體（不含任何表面活性雜質(zhì)）中鹽（NaCl、CaCl2和Al（NO3）3）濃度（0.5數(shù)3 mol/L）對(duì)SiO2顆粒穩(wěn)定氣泡的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著CaCl2和Al（NO3）3濃度的增大，水分散體的發(fā)泡性增強(qiáng)，且其所產(chǎn)生的氣泡穩(wěn)定性較高，但不如NaCl濃度增大時(shí)所產(chǎn)生的氣泡那樣穩(wěn)固。這可能是由于NaCl 和SiO2納米顆粒之間存在更加特殊的相互作用。鹽的加入可以增強(qiáng)水分散體系的靜電排斥屏蔽作用，在一定程度上提高了SiO2納米顆粒的疏水性；隨著鹽濃度的增大還會(huì)促使納米顆粒凝聚形成具有有限屈服應(yīng)力的弱粒子凝膠，這也是氣泡穩(wěn)定性提高的重要機(jī)制之一。

3 納米顆粒穩(wěn)定泡沫驅(qū)油機(jī)理

由于納米顆粒作為泡沫的固體穩(wěn)泡成分，與表面活性劑相比不易被儲(chǔ)層巖石及黏土礦物吸附，有很大的潛力在儲(chǔ)層高溫條件下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定泡沫，并且納米顆粒本身粒徑很小，可以隨著泡沫流體穿過(guò)儲(chǔ)層巖石結(jié)構(gòu)，不易造成孔隙喉道堵塞［44］，因此納米顆粒穩(wěn)定泡沫在驅(qū)油過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)層的傷害較小。

Singh 等［45］提出表面活性劑穩(wěn)定泡沫和納米顆粒/表面活性劑協(xié)同穩(wěn)定泡沫在非均質(zhì)油藏的驅(qū)油過(guò)程中都存在橫向流動(dòng)行為。表面活性劑穩(wěn)定泡沫會(huì)從油藏高滲透層流向低滲透層，這是由高滲透層泡沫強(qiáng)度要高于低滲透層泡沫強(qiáng)度所導(dǎo)致的，這種流動(dòng)行為有助于提高泡沫驅(qū)的波及面積；而表面活性劑/納米顆粒復(fù)合穩(wěn)定泡沫在非均質(zhì)油藏運(yùn)移過(guò)程中會(huì)從低滲透層流向高滲透層，如果高低滲透層滲透率差距較大，對(duì)原油來(lái)說(shuō)從高滲透層流出的難度要比從低滲透層流出的難度小的多，因此由表面活性劑穩(wěn)定泡沫與納米顆粒/表面活性劑協(xié)同穩(wěn)定泡沫的流動(dòng)行為可推測(cè)二者的驅(qū)油機(jī)制既具有相似性，又存在一定的差異性。表面活性劑穩(wěn)定泡沫的驅(qū)油機(jī)理主要包括：選擇性封堵機(jī)理（堵高不堵低，堵水不堵油）和表面活性作用機(jī)理（降低油水界面張力，乳化殘余油和改變油藏巖石潤(rùn)濕性），而納米顆粒穩(wěn)定泡沫的驅(qū)油機(jī)理主要包括：增大泡沫與原油之間的相互作用力、改善泡沫的封堵特性和改變油藏巖石潤(rùn)濕性。

3.1 增大泡沫與原油的相互作用力

納米顆粒穩(wěn)定泡沫的液膜黏彈性好于表面活性劑穩(wěn)定泡沫，在通過(guò)孔隙介質(zhì)時(shí)受到拉緊之后還能保持和恢復(fù)原來(lái)的圓球狀［46］，在氣泡恢復(fù)形狀的過(guò)程中會(huì)對(duì)孔壁上的油滴形成一個(gè)側(cè)向的壓力，使油滴發(fā)生變形而流動(dòng)。王鵬等［47］發(fā)現(xiàn)SiO2/SDS 協(xié)同穩(wěn)定泡沫對(duì)壁面的原油具有“擦除”效果。這是由于SiO2納米顆粒的加入導(dǎo)致泡沫液膜黏彈性的增加，使液膜具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，因此在形變過(guò)程中對(duì)原油的作用力較大，能使原油與壁面脫離，進(jìn)而被攜帶流動(dòng)。SiO2納米顆粒的加入使得CO2泡沫驅(qū)的采收率由原來(lái)的9.8%提高至30.3%。納米顆粒/表面活性劑協(xié)同穩(wěn)定泡沫在多孔介質(zhì)中對(duì)原油的作用力要比單獨(dú)使用表面活性劑穩(wěn)定泡沫的強(qiáng)，能有效提高原油采收率。

3.2 改善泡沫封堵特性

泡沫在油藏驅(qū)油過(guò)程中具有選擇性封堵（堵水不堵油、堵高不堵低）的特性［48］，通過(guò)添加納米顆粒到泡沫體系中可以在一定程度上提高泡沫的封堵性能，提高泡沫驅(qū)油效率。王鵬等［49］發(fā)現(xiàn)僅由SDS穩(wěn)定的CO2泡沫封堵性能較差，而由SiO2/SDS 協(xié)同穩(wěn)定的CO2泡沫（SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%）的阻力因子（248）是僅由SDS穩(wěn)定的泡沫的阻力因子（87）的3倍，但是當(dāng)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.0%后，阻力因子上升幅度開(kāi)始變緩。在納米顆粒加量較低時(shí)，隨著納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，泡沫液膜機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性增強(qiáng)，封堵能力隨之提高。當(dāng)納米顆粒加量大于1.0%時(shí)，由于流體在巖心流動(dòng)過(guò)程中的剪切作用有限和納米顆粒在氣液界面脫附能較大的原因，使得泡沫阻力因子提高幅度逐漸變緩。王騰飛等［50］發(fā)現(xiàn)在相同注入體積下，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%的納米顆粒Al（OH）3和SDS 協(xié)同穩(wěn)定泡沫的阻力因子明顯高于單一SDS穩(wěn)定泡沫體系，相同條件下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的Al（OH）3/SDS 協(xié)同穩(wěn)定泡沫的封堵性能明顯優(yōu)于單一SDS 穩(wěn)定泡沫。這是由于Al（OH）3/SDS體系具有更好的起泡性和穩(wěn)泡性，其所形成的泡沫在多孔介質(zhì)中更加豐富細(xì)膩，具有更高的穩(wěn)定性，因此泡沫的封堵性能更強(qiáng)。

3.3 改變油藏潤(rùn)濕性

油藏潤(rùn)濕性是油藏界面現(xiàn)象的一個(gè)重要參數(shù)，潤(rùn)濕性的改變對(duì)油水相對(duì)滲透率、毛管力、殘余油、電性特征等具有本質(zhì)的影響［51］。油濕巖石孔道中產(chǎn)生的毛管力為驅(qū)油過(guò)程的阻力，而水濕巖石孔道中的毛管力是驅(qū)油的動(dòng)力，因此親油性巖石表面驅(qū)油效率差，而親水性巖石表面驅(qū)油效率相對(duì)較好。通過(guò)改變?cè)团c巖石之間的潤(rùn)濕接觸角，可以降低油滴在巖石表面的黏附功［52］。納米顆粒穩(wěn)定泡沫所用的發(fā)泡劑本身為表面活性物質(zhì)，在隨著泡沫流體在油藏運(yùn)移過(guò)程中會(huì)與巖石發(fā)生相互作用，進(jìn)而改變巖石表面的潤(rùn)濕性，增大原油的采收率。

泡沫液膜上的納米顆粒對(duì)巖石潤(rùn)濕性的改變也具有一定的影響，其作用機(jī)制主要包括兩種：（1）增強(qiáng)表面活性劑改變巖石潤(rùn)濕性的能力［53］；（2）通過(guò)在巖石表面形成沉積聚集進(jìn)而改變巖石的潤(rùn)濕性。Giraldo等［54］向陰離子表面活性劑PRNS溶液中添加不同濃度（100 數(shù) 10000 mg/L）的納米顆粒Al2O3時(shí)，發(fā)現(xiàn)納米顆粒加量等于或低于500 mg/L時(shí)PRNS 溶液改變巖石潤(rùn)濕性的能力得到了提高，可以使儲(chǔ)層巖石（砂巖）的潤(rùn)濕性由強(qiáng)親油性轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)親水性；而當(dāng)納米顆粒加量超過(guò)1000 mg/L 時(shí)PRNS改變巖石潤(rùn)濕性的能力要比單獨(dú)使用表面活性劑時(shí)差得多。通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)納米顆粒的濃度，可以在一定程度上有效增強(qiáng)表面活性劑改變巖石潤(rùn)濕性的能力。Ehtesabi等［55］發(fā)現(xiàn)用納米顆粒TiO2處理過(guò)的巖石表面潤(rùn)濕性由親油性變?yōu)橛H水性，而納米顆粒在巖石表面的吸附和沉積是巖石表面潤(rùn)濕性發(fā)生改變的主要原因。其后經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提出納米顆粒改變巖石潤(rùn)濕性的具體機(jī)理為：親水性納米顆粒在多孔介質(zhì)運(yùn)移過(guò)程中，由于少量納米顆粒聚集在原油-納米流體-巖石表面三相接觸區(qū)域，形成結(jié)構(gòu)楔裂壓（即泡沫液膜兩個(gè)平行界面之間的作用力的表面密度［56］）梯度促使油水界面移動(dòng)，而納米流體趁機(jī)擴(kuò)散至油滴下面；當(dāng)納米流體層出現(xiàn)在原油和巖石表面之間時(shí)，納米顆粒TiO2在巖石表面形成沉積，并使巖石表面潤(rùn)濕性發(fā)生改變，由親油轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠钟H水，從而使得油滴與巖石表面分離開(kāi)來(lái)，促進(jìn)巖心驅(qū)油效率的提高［57］。

納米顆粒隨著泡沫流體在巖石多孔結(jié)構(gòu)的運(yùn)移過(guò)程中，由于部分泡沫不可避免地殘留在孔隙喉道中，泡沫液膜上的納米顆粒也隨之留下。由前文可知，納米顆粒在泡沫液膜和Plateau邊界上的吸附能非常大，屬于不可逆吸附，因此殘留在多孔結(jié)構(gòu)中的泡沫發(fā)生破裂之后沉積在巖石表面的納米顆粒數(shù)量相對(duì)較少，使得納米顆粒的沉積對(duì)巖石潤(rùn)濕性改變影響較小。納米顆粒主要通過(guò)增強(qiáng)表面活性劑改變巖石潤(rùn)濕性的能力來(lái)使儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性發(fā)生改變，從而有效提高泡沫的驅(qū)油能力。

4 結(jié)論

納米顆粒具有優(yōu)異的吸附性能，可以穩(wěn)固地吸附在泡沫液膜和氣液交界處，增強(qiáng)液膜的機(jī)械強(qiáng)度，并減緩泡沫的析液速度和歧化速度，從而有效提高泡沫的穩(wěn)定性。由于納米顆粒在泡沫液膜上的吸附為不可逆吸附，因此泡沫流體在儲(chǔ)層多孔介質(zhì)的流動(dòng)過(guò)程中納米顆粒不易被礦物巖石所吸附，滯留在儲(chǔ)層中的納米顆粒數(shù)量極少，對(duì)儲(chǔ)層的傷害極低。納米顆粒還可以增大泡沫流體與儲(chǔ)層巖石之間的相互作用力（摩擦力），有利于驅(qū)替附著于巖石壁面上的殘余油。通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)納米顆粒的濃度，可以增強(qiáng)泡沫體系中表面活性劑改變巖石潤(rùn)濕性的能力。向泡沫體系中加入適量的納米顆?？梢蕴岣吲菽黧w在儲(chǔ)層中的波及效率和驅(qū)油效果，促進(jìn)泡沫驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展。

納米顆粒穩(wěn)定泡沫技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家和學(xué)者的關(guān)注，取得了不少的研究成果，但仍然存在一些問(wèn)題需要深入研究：（1）納米顆粒穩(wěn)定泡沫在儲(chǔ)層孔隙介質(zhì)中的滲流機(jī)理、驅(qū)替機(jī)理尚未明確，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究；（2）納米顆粒制備成本較高，這在一定程度上抑制了其在泡沫驅(qū)油技術(shù)的應(yīng)用，需要研究開(kāi)發(fā)成本低、對(duì)儲(chǔ)層傷害低的新型納米顆粒。