Page 69 - 《精细化工》2022年第1期
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第 1 期 崔乐雨，等: 微乳液泡沫驱油技术原理、挑战和研究进展 ·59·
从而有效提高宏观波及系数。 额外的经济损失。
2.2 研究进展 因此，泡沫技术需要与有效提高微观驱替效率
泡沫驱油技术的研究相较于微乳液驱油技术起 的方法联合使用，并且从泡沫剂配方和/或注入工艺
步较晚，在 1970~1980 年才陆续有油田应用。蒸汽 入手，提高其耐油性。
泡沫是最早应用于油田的泡沫强化采油技术，被
Shell、Unocal 等石油公司率先在美国油田中应用， 3 微乳液泡沫驱油技术
大幅提高了原油采收率 [42-44] 。
3.1 原理和挑战
从 1990 年开始，CO 2 泡沫在油田中的应用越来 如前所述，微乳液驱油可以有效提高微观驱替
越多，而且新型 CO 2 泡沫剂被不断开发出来 [45-48] 。
效率，但是宏观波及系数过低；泡沫驱油可以大幅
新型泡沫剂多是含亲 CO 2 基团（如胺基、长链烷基
度提升宏观波及体积，但是微观驱替效率低下，并
等）的非离子型或 CO 2 开关型表面活性剂。它们可
且存在“遇油消泡”的问题。而微乳液泡沫驱油就
以溶于 CO 2 相，并随 CO 2 相注入，这样即使 CO 2 相
是结合了以上两个技术的优点，在油藏中同时产生
发生重力分离或者指进穿透，因其携带足够的泡沫
微乳液和泡沫，起到全面提高总采收率的作用。
剂，只要与油藏中的天然盐水相遇，就可以再次产
微乳液泡沫驱还可以克服“遇油消泡”的难题。
生泡沫。因此，使用可溶于 CO 2 的泡沫剂，可以进
研究发现，当油滴被充分乳化时，会在气液表面形
一步提高 CO 2 利用率和产油率。
成一层假乳液膜，从而避免了原油与泡沫的直接接
中国早在 1977 年就于胜坨油田进行了泡沫驱 触，有效提高了泡沫的稳定性，如图 4 所示 [58-59] 。
油的现场实验 [49] 。此后，泡沫驱油在中国的发展陷
入了一段时间的沉寂，鲜有文献报道。自 1990 年以
来，泡沫采油技术在中国油田生产中的应用和研究
越来越广泛。与国外类似，泡沫驱油也被广泛应用
在蒸汽热采工艺上,并取得了显著效果 [49-50] 。
因为中国成功的三元/二元（ASP/SP）驱替经验，
泡沫采油技术在中国常被用作 ASP/SP 驱替的补充
和后续措施，并呈现出如下两个特点：（1）泡沫剂
中常含有聚合物，甚至直接使用 ASP/SP 配方作为
起泡剂使用；（2）注入气体为氮气，甚至直接使用
空气 [51-53] 。 图 4 假乳液膜阻止油滴进入泡沫表面
Fig. 4 Pseudo-emulsion film preventing oil drop entering
2.3 挑战 foam surface
常用泡沫剂虽然也是表面活性剂，但是通常过
于亲水，无法有效降低油水界面张力。这就会导致 微乳液的存在还可以有效降低波及区域的原油
泡沫驱替过程中毛细管阻力过大，增溶参数过低， 饱和度，从而进一步提高泡沫的稳定性 [60] 。稳定的
最终导致微观驱替效率过低。而且原油，尤其是轻 泡沫又可以将微乳液转向到未波及区域，从而又增
质原油，会严重消减泡沫的稳定性。因此，各种各 加了微乳液的波及区域。最终达到微乳液和泡沫的
样的耐油泡沫剂被研究者提出。Shell 石油公司提 良性协同作用，发挥 1+1>2 的效果，从而有效提高
出，使用含氟表面活性剂来降低原油在液膜上的进 总采收率。
入和铺展参数，从而提高泡沫的耐油性，并且在岩 但是，微乳液驱油长期以来追求的是达到油水
心驱替实验中提高采收率 15%～17% [54] 。但是含氟 中相，从而达到最低界面张力和最大增溶参数。而
表面活性剂成本太高，并且对环境不友好。因此更 在油水中相时，表面活性剂主要存在于微乳相中，
多研究者使用泡沫助剂来增加泡沫耐油性。甜菜碱 而水相中的浓度很低，不足以维持泡沫的稳定 [61] 。
是其中被广泛使用的助剂之一。美国 Rice 大学对比 所以，两个技术在原理上存在一定程度上的冲突。
了添加甜菜碱前后的泡沫驱替实验，添加甜菜碱后 3.2 研究进展
泡沫表观强度从 5 mPa·s 增强到 15 mPa·s，在注入 为了解决上述冲突，研究者们从注入工艺和表
1.2 PV（孔隙体积）泡沫之后原油采收率>90% [55] 。 面活性剂配方两个方向入手进行了研究。
中国也是在泡沫剂中添加甜菜碱表面活性剂以提高 美国 UT Austin 大学改进了注入工艺，期望绕
泡沫耐油性 [56-57] 。但是，泡沫助剂往往是正负两电 过此冲突。他们先注入了一段微乳液剂降低油水界
性表面活性剂，其在油藏中的吸附量很大，会造成 面张力，然后注入泡沫驱动段塞，推动微乳剂向前
