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納米復(fù)合超臨界二氧化碳泡沫體系的研發(fā)及性能評(píng)價(jià)

文檔作者：易萍劉宇龍陸小兵于九政楊立安閆若勤屈肖文檔來源：中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院		更新日期： 2026年07月26日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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第42 卷第4 期
2025 年12 月25 日
油田化學(xué)
Oilfield Chemistry
Vol.42 No.4
25 Dec，2025
http：//ythx.scu.edu.cn
文章編號(hào)：1000-4092（2025）04-656-08
納米復(fù)合超臨界二氧化碳泡沫體系的研發(fā)及性能評(píng)價(jià)*
易萍，劉宇龍，陸小兵，于九政，楊立安，閆若勤，屈肖
（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安710018）
摘要：針對(duì)CO2驅(qū)在微裂縫儲(chǔ)層易發(fā)生氣竄，波及效率低的問題，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分別評(píng)價(jià)了陰離子、兩性離子和
非離子型CO2起泡劑和水溶性、氣溶性納米顆粒穩(wěn)泡劑對(duì)泡沫性能的影響，優(yōu)選納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系為
0.3% 起泡劑CAB-35+0.5%水溶性納米顆粒穩(wěn)泡劑As30GA，并研究了儲(chǔ)層條件下該納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體
系的泡沫性能，同時(shí)結(jié)合油藏環(huán)境，開展了納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，納米復(fù)合超
臨界CO2泡沫體系的起泡體積達(dá)550 mL，析液半衰期為47 min，起泡、穩(wěn)泡性能良好。納米復(fù)合超臨界CO2泡沫
體系比普通泡沫（0.3% CAB-35）的黏彈模量增加約90 mN/m，起泡劑和納米顆粒協(xié)同大幅提高了泡沫強(qiáng)度和穩(wěn)
定性；納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系的耐溫、耐壓性能好，在油藏條件（礦化度10×104 mg/L、80 ℃、42 MPa）下，發(fā)
泡體積達(dá)275 mL，析液半衰期達(dá)72 min。利用物理模型研究了納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系在多孔介質(zhì)中的封
堵及驅(qū)油性能，在0.5～2.0 的氣液比范圍內(nèi)，巖心驅(qū)替封堵壓差最大為1.6 MPa，阻力因子大于50，采出程度比普
通泡沫提高了28.8 百分點(diǎn)。納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系的穩(wěn)定性好，波及效率高，提高采收率能力優(yōu)異，應(yīng)用
前景廣闊。
關(guān)鍵詞：納米顆粒；超臨界CO2；巖心驅(qū)替；提高采收率
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.19346/j.cnki.1000-4092.2025.04.011
中圖分類號(hào)：TE357.46+9 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：
* 收稿日期：2025-06-17；修回日期：2025-06-20；錄用日期：2025-09-08。
基金項(xiàng)目：中國(guó)石油股份公司重大專項(xiàng)“低滲/致密油藏大幅度提高采收率關(guān)鍵技術(shù)研究”課題四“低滲/致密油藏化學(xué)驅(qū)提高采收率關(guān)
鍵技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)2023ZZ17YJ04）。
作者簡(jiǎn)介：易萍（1985—），男，高級(jí)工程師，大慶石油學(xué)院資源勘查工程專業(yè)學(xué)士（2007），從事提高采收率技術(shù)研究工作，E-mail：
yip3_cq@petrochina.com.cn。劉宇龍（1995—），男，工程師，本文通信聯(lián)系人，長(zhǎng)江大學(xué)油氣田應(yīng)用化學(xué)專業(yè)博士（2021），從
事化學(xué)與生物提高原油采收率方向的科研工作，通信地址：710018 陜西省西安市未央?yún)^(qū)明光路新技術(shù)開發(fā)中心，E-mail：
liuyulong1_cq@petrochina.com.cn。
0 前言
為了提高油藏的原油產(chǎn)量和響應(yīng)國(guó)家“雙碳”
發(fā)展戰(zhàn)略要求，國(guó)內(nèi)部分油田利用CO2驅(qū)來提高采
收率并實(shí)現(xiàn)碳地質(zhì)封存［1-2］。然而，對(duì)于裂縫型油
藏，CO2驅(qū)受儲(chǔ)層非均質(zhì)性影響，單向突進(jìn)嚴(yán)重（氣
驅(qū)前緣推進(jìn)速度>20 m/d），氣竄風(fēng)險(xiǎn)大，而垂直于裂
縫區(qū)域的氣驅(qū)波及效率較低，剩余油無法采出［3-5］。
為了有效防止CO2氣竄，擴(kuò)大氣驅(qū)波及效率［6-8］，進(jìn)
一步提高CO2驅(qū)的技術(shù)適應(yīng)性，許多學(xué)者利用CO2
泡沫封堵孔道，減緩和控制氣竄，提高注入流體的
波及系數(shù)和采收率［9-10］。雖然超臨界CO2地面發(fā)泡
技術(shù)具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)，但存在設(shè)備成本高、工藝控制
復(fù)雜、生產(chǎn)效率受限等問題［11］，且形成的泡沫穩(wěn)定
性差、強(qiáng)度低、易破裂；同時(shí)，在油藏高溫高壓環(huán)境
下，很難維持泡沫形態(tài)并發(fā)揮作用［12-13］。
納米材料尺寸小，比表面積高，可以穩(wěn)定吸附
在泡沫表面，性能優(yōu)勢(shì)明顯。本文主要通過調(diào)研文
獻(xiàn)、建立評(píng)價(jià)方法，優(yōu)選起泡劑和穩(wěn)泡劑，合成了一
種納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系，研究了儲(chǔ)層條件
下該納米復(fù)合超臨界CO2 泡沫體系的泡沫性能，
同時(shí)結(jié)合油藏環(huán)境，開展納米復(fù)合超臨界CO2 泡
第42 卷第4 期
http：//ythx.scu.edu.cn
沫體系巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)其封堵孔隙能力和驅(qū)
油效率。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 材料與儀器
陰離子型起泡劑：十二烷基硫酸鈉（SDS）、十二
烷基磺酸鈉（SDS’）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、二
（2-乙基己基）-磺琥珀酸鈉（AOT）、烷基酚醚磺基琥
珀酸鈉（OS）；兩性離子型起泡劑：月桂酰胺丙基羥
磺基甜菜堿（LHSB）、月桂酰胺丙基甜菜堿
（LAB-35）、椰子油酰胺丙基甜菜堿（CAB-35）；非離
子型起泡劑：失水山梨醇脂肪酸脂（Span-60）、壬基
酚聚氧乙烯醚（NP）、烷基酚聚氧乙烯醚（APEO）、烷
基糖苷（APG）、脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚
（C12E9P3）、月桂醇聚醚-23（C12E23）、皂素；以上起泡劑
的純度>99.99%，上海阿拉丁生化科技股份有公司；
氯化鈉（NaCl），氯化鈣（CaCl2），氯化鎂（MgCl2），氯
化鋇（BaCl2），氯化鍶（SrCl2），硫酸鉀（K2SO4），碳酸
氫鈉（NaHCO3），分析純，阿拉丁公司；長(zhǎng)慶油田源
52 井原油，密度為0.827 g/cm3，黏度為27 mPa·s；模
擬地層油，由煤油和原油按體積比3∶1 混合而成，密
度為0.775 g/cm3，黏度為1.5 mPa·s；模擬地層水，
礦化度為100 g/L，取5.71 g CaCl2、4.32 g MgCl2·
6H2O、88.93 g NaCl，加水至1L 制得。CO2氣體，純
度>99.9%，青島天源氣體公司；穩(wěn)泡劑為氣溶膠納
米顆粒（N20 和T30）或水溶膠納米顆粒JN30G、
JN40G和AS30GA，湖北匯富納米材料股份有限公
司，具體參數(shù)見表1和表2。
GJ-3S 型高速泡沫攪拌機(jī)，青島海通達(dá)有限公
司；TX-500C 型旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀，上海梭倫
科技有限公司；OCA20 型接觸角測(cè)量?jī)x，北斗科學(xué)
儀器有限公司；TJS-3000 型超聲分散儀，杭州成功
超聲公司；GJ-3S 型高速攪拌器，青島申鑫器材有限
公司；CX23 型顯微鏡和相機(jī)適配器系統(tǒng)，日本東京
新宿奧林巴斯公司；高溫高壓泡沫評(píng)價(jià)裝置，江蘇
拓創(chuàng)科研儀器有限公司；巖心夾持器（Ф25 mm×300
mm）、耐壓中間容器、回壓閥、恒溫箱、真空泵、泡沫
發(fā)生器（長(zhǎng)10 cm、直徑1 inch 的小型填砂管模型，泡
沫發(fā)生器里面填充的是180～250 μm（60～80）目的
砂子，CO2氣體和液體按一定比例混合注入經(jīng)過泡
沫發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生高質(zhì)量的泡沫，可以模擬地層條件
下的發(fā)泡），江蘇海安石油科技儀器有限公司；
100DX型雙柱塞微量泵，Teledyne 公司；5850E氣體
質(zhì)量流量計(jì)，美國(guó)Brooks 公司。
1.2 納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系的研發(fā)
1.2.1 界面張力測(cè)定
用模擬地層水配制起泡劑溶液，參考中國(guó)石油
天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5370—2018《表面及界面張
力測(cè)定方法》，采用旋轉(zhuǎn)滴超低界面張力儀測(cè)定起
泡劑溶液和原油間的界面張力，取穩(wěn)定值。
1.2.2 泡沫性能評(píng)價(jià)
常壓下，采用Waring Blender 法評(píng)價(jià)起泡劑溶
液的發(fā)泡、穩(wěn)泡性能，具體方法如下：用模擬地層水
配制起泡劑溶液；充分?jǐn)嚢韬罅咳?00 mL的起泡劑
溶液于攪拌杯中，在恒定攪拌速率為8000 r/min 下
攪拌3 min；待攪拌停止時(shí)，迅速將攪拌杯中產(chǎn)生的
泡沫全部倒入量筒中并開始計(jì)時(shí)，記錄產(chǎn)生泡沫的
體積即起泡體積V（mL），當(dāng)泡沫中液體析出一半
時(shí)，記錄所需的時(shí)間即半衰期t1/2（s）。
由于泡沫在地層中的封堵能力受半衰期和起
泡體積的綜合影響，引進(jìn)了泡沫綜合值F（F=V·t1/2）
來綜合反映表面活性劑的泡沫性能［17-18］。
表1 2 種氣溶膠納米顆粒的基本參數(shù)
Table 1 The basic parameters of two types of aerosol
nanoparticles
納米顆粒
氣溶膠顆粒（N20）
氣溶膠顆粒（T30）
基團(tuán)
—OH
—COOH
粒徑/nm
10
7
純度/%
>99.8
>99.8
水測(cè)
接觸角/°
51.43
25.07
表2 3 種水溶膠納米顆粒的基本參數(shù)
Table 2 The basic parameters of three types of water-soluble nanogels
納米顆粒
JN30G
JN40G
As30GA
基團(tuán)
—NH2
—OH
—COOH
穩(wěn)定期/月
6
6
6
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
20
20
20
密度/（g·cm-3）
1.19～1.21
1.19～1.21
1.15～1.16
Na2O含量/%
<0.3
<0.3
<0.4
pH值
9.0～10.5
9.0～10.5
2.0～4.0
黏度/（mPa·s）
<8
<10
<5
平均粒徑/nm
3～5
3～5
3～5
易萍，劉宇龍，陸小兵等：納米復(fù)合超臨界二氧化碳泡沫體系的研發(fā)及性能評(píng)價(jià)657
油田化學(xué)2025 年
http：//ythx.scu.edu.cn
1.2.3 泡沫強(qiáng)度測(cè)試
通過測(cè)量泡沫的黏彈模量來分析加入納米顆
粒之后的泡沫界面強(qiáng)度變化。在25 ℃下采用接觸
角測(cè)量?jī)x，按照振蕩滴法測(cè)定泡沫體系的黏彈模
量，測(cè)量參數(shù)設(shè)置為：震蕩幅度dA/A為10%，能確保
測(cè)量在線性黏彈區(qū)進(jìn)行，不會(huì)破壞界面結(jié)構(gòu)；振蕩
頻率ω為0.01～0.5 Hz，由此可以獲得模量的頻率依
賴性。
1.2.4 顯微鏡觀察
利用高速攪拌機(jī)分別將發(fā)泡劑在常溫常壓條
件下攪拌發(fā)泡，具體方法同1.2.2。之后取一滴細(xì)膩
的泡沫滴到載玻片上，蓋上蓋玻片后在顯微鏡下觀
察泡沫的形態(tài)。
1.2.5 耐溫耐壓穩(wěn)定性測(cè)試
將納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系注入高溫高鹽
泡沫評(píng)價(jià)裝置里進(jìn)行攪拌，觀察泡沫體系在不同溫
度、壓力條件下的起泡體積和析液半衰期。具體實(shí)
驗(yàn)方法如下：（1）連接高溫高壓泡沫生成及評(píng)價(jià)實(shí)
驗(yàn)裝置（圖1），檢驗(yàn)密封性；（2）通過控制箱設(shè)置溫
控層所需溫度，持續(xù)升溫至示數(shù)穩(wěn)定后繼續(xù)加熱并
保持1 h 以上，確保可視腔內(nèi)達(dá)到測(cè)定溫度；（3）低
速泵入100 mL起泡劑和穩(wěn)泡劑流體至攪拌腔；（4）
裝置外接CO2瓶，通過氣體減壓閥控制CO2注入至
測(cè)定壓力；（5）由控制箱調(diào)節(jié)電機(jī)進(jìn)行磁力攪拌，設(shè)
置轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1300 r/min，攪拌時(shí)長(zhǎng)為5 min。
1.2.6 巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)
通過巖心模型滲流實(shí)驗(yàn)研究泡沫的封堵性能
和驅(qū)油特性。具體步驟如下：（1）設(shè)定恒溫箱溫度
為80 ℃，保持實(shí)驗(yàn)裝置恒溫4 h；（2）設(shè)置回壓4
MPa，以0.1 mL/min的注入速度對(duì)巖心飽和原油，在
80 ℃下老化1 d；（3）以0.5 mL/min 的注入速度進(jìn)行
水驅(qū)，出口端含水率達(dá)到98%，在不同氣液比（0.5/1/
2）條件下進(jìn)行普通CO2泡沫驅(qū)或納米復(fù)合超臨界
CO2泡沫驅(qū)，注入1 PV 后再進(jìn)行后續(xù)水驅(qū)，實(shí)驗(yàn)過
程中記錄注入端壓力變化和出口端產(chǎn)液量。
2 結(jié)果與討論
2.1 納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系的確定
（1）起泡劑類型、濃度對(duì)泡沫性能的影響
在不同濃度下，不同類型起泡劑體系的泡沫綜
合值如圖2 所示。陰離子起泡劑中，AOT體系的泡
沫綜合值最優(yōu)；兩性離子起泡劑中，CAB-35 體系的
泡沫綜合值最優(yōu)；非離子表活劑中，皂素體系的泡
沫綜合值最優(yōu)。
兼顧泡沫綜合值和經(jīng)濟(jì)性，用模擬地層水分別
配制0.1% AOT、0.3% CAB-35、0.5% 皂素、0.8%
APG和0.8%APEO起泡劑溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中，皂
素和APG 溶液與原油間界面張力分別為7.97 和
9.54 mN/m；而APEO、CAB-35 和AOT 溶液與原油
間的界面張力均小于1 mN/m［21-22］。同時(shí)，考慮耐鹽
性能，APEO 和AOT 在礦化度為10×104 mg/L 的模
擬地層水中基本不具備發(fā)泡能力，最終優(yōu)選起泡劑
0.3% CAB-35。
（2）穩(wěn)泡劑種類對(duì)泡沫性能的影響
通過調(diào)研文獻(xiàn)［14-16］，提高泡沫穩(wěn)定性所用
的納米顆粒中，小粒徑的硅基納米顆粒可明顯延長(zhǎng)
泡沫半衰期，且與CO2相容性較好，市場(chǎng)價(jià)格合理，
適合油田大范圍使用。分別測(cè)試了0.3%起泡劑
CAB-35 與1.0%的納米顆粒穩(wěn)泡劑形成泡沫體系的
泡沫性能，優(yōu)選穩(wěn)泡劑類型，結(jié)果如表3 所示。向
CAB-35 起泡劑溶液中加入氣溶性納米顆粒N20 和
T30 后，起泡體積有一定下降，但析液半衰期大幅度
延長(zhǎng)，泡沫綜合值也大幅提高，N20 優(yōu)于T30，半衰
期達(dá)到36 min；向CAB-35 起泡劑溶液中加入水溶
性納米顆粒JN30G、JN40G 或As30GA 后，As30GA
對(duì)CAB-35 泡沫的析液半衰期影響最大，加入
As30GA的泡沫體系的泡沫綜合值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它兩
圖1 高溫高壓泡沫生成及評(píng)價(jià)裝置
Fig.1 High-temperature and high-pressure foam generation
and evaluation device
柱塞泵 控制箱
可視窗
溫控層
氣體注入發(fā)泡劑注入
發(fā)泡劑
柱塞泵
電機(jī)
CO2
658
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種。綜合評(píng)價(jià)，確定起泡劑CAB-35 和水溶性納米
顆粒AS30GA 作為最優(yōu)組合。將起泡劑與納米顆
粒相結(jié)合，有助于增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性。納米顆粒在
泡沫表面形成骨架支撐類似一層鎧甲維持泡沫結(jié)
構(gòu)，更好封堵孔隙［23-24］。
（3）穩(wěn)泡劑加量對(duì)泡沫性能的影響
確定最佳起泡劑CAB-35 加量為0.3%，考察不
同納米顆粒穩(wěn)泡劑AS30GA 加量（0.1%、0.3%、
0.5%、1.0%和1.5%）下泡沫體系的泡沫性能。結(jié)果
表明，隨著穩(wěn)泡劑濃度的增加，發(fā)泡體積變化不大，
泡沫半衰期明顯延長(zhǎng)。當(dāng)穩(wěn)泡劑濃度從0.1%增加
到0.5%時(shí)，半衰期從25 min 增加到47 min。隨著穩(wěn)
泡劑濃度繼續(xù)增加，半衰期增加不明顯。因此，綜合
經(jīng)濟(jì)效益和穩(wěn)泡效果，確定納米復(fù)合超臨界CO2泡沫
體系的最佳配方為0.3% CAB-35+0.5% As30GA，該
條件下泡沫性能最好，產(chǎn)泡體積約550 mL，析液半
衰期為47 min。
2.2 納米復(fù)合超臨界CO2泡沫性能
2.2.1 泡沫強(qiáng)度
普通泡沫（0.3%CAB-35）和納米復(fù)合超臨界
CO2泡沫體系（0.3% CAB-35+0.5%As30GA）的黏彈
模量變化如圖3 所示。泡沫的黏彈模量隨著時(shí)間的
延長(zhǎng)而增大，納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系的黏彈
模量（105 mN/m左右）遠(yuǎn)大于普通泡沫的黏彈模量
（15 mN/m左右）。普通CO2泡沫和納米復(fù)合超臨界
CO2泡沫體系的顯微圖片如圖4 所示。可以明顯發(fā)
現(xiàn)，納米顆粒的作用強(qiáng)化了泡沫的液膜厚度，且氣
泡更均勻細(xì)小，泡沫強(qiáng)度得到提高。黏彈模量和微
觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，加入的納米顆粒As30GA在
泡沫液膜吸附聚集，形成了骨架支撐，有效提高了
液膜強(qiáng)度，減少了液膜排液速度，從而大大提高了
泡沫穩(wěn)定性。
兩性離子型起泡劑CAB-35 具有陰陽離子結(jié)
構(gòu)，與水溶性納米顆粒As30GA具有較強(qiáng)的靜電吸
附能力，納米顆粒和表面活性劑在氣液界面緊密吸
附，提高了CO2泡沫穩(wěn)定性。
（a）陰離子型
（b）兩性離子型
（c）非離子型
圖2 不同濃度下不同類型起泡劑體系的泡沫綜合值
Fig.2 The foam comprehensive value of different types of
foaming agent systems at different concentration
表3 泡沫性能評(píng)價(jià)
Table 3 Evaluation of foam properties
穩(wěn)泡劑
空白
N20
T30
JN30G
JN40G
AS30GA
泡沫體積/mL
560
400
370
570
520
465
半衰期/s
375
1560
1590
530
520
1720
泡沫綜合性能/（mL·s）
210 000
624 000
588 300
302 100
270 400
799 800
泡沫綜合值/（104 mL·s）
泡沫綜合值/（104 mL·s）
泡沫綜合值/（104 mL·s）
易萍，劉宇龍，陸小兵等：納米復(fù)合超臨界二氧化碳泡沫體系的研發(fā)及性能評(píng)價(jià)
起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
25
20
15
10
5
0
25
20
15
10
5
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
LHSB
LAB-35
CAB-35
SDS
SDS’
AOT
SDBS
OS
APG
皂素
span-60
APEO
NP
C12E9PE
DLY-05
C12E23
60
50
40
30
20
10
0
起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
659
油田化學(xué)2025 年
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2.2.2 耐溫耐壓性能
研究發(fā)現(xiàn)，在溫度為80 ℃的條件下，納米復(fù)合
超臨界CO2泡沫體系的析液半衰期隨著壓力的升高
而增大，高壓會(huì)降低溫度升高對(duì)泡沫穩(wěn)定性帶來的
消極影響。在油藏條件80 ℃、42 MPa 下納米復(fù)合
超臨界CO2泡沫體系（0.3% CAB-35+0.5%As30GA）
的發(fā)泡體積達(dá)到275 mL，析液半衰期達(dá)到72 min，
表明該泡沫體系的耐溫耐壓性能良好。
2.3 納米復(fù)合超臨界CO2泡沫在多孔介質(zhì)中封堵
性能和驅(qū)油作用
結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件模擬井筒注入納米復(fù)合超臨界
CO2泡沫體系，0.3% CAB-35+0.5% As30GA溶液在
超臨界CO2中具有良好的溶解分散性能，可以順利
通過井筒，且在井筒內(nèi)流動(dòng)過程中不會(huì)發(fā)泡，從而
保證了起泡劑能夠在地層深處進(jìn)行發(fā)泡，達(dá)到封堵
目的［25-27］。不同氣液比下驅(qū)替壓差隨注入體積的變
化如圖5 所示。當(dāng)注入體積為1 PV 時(shí)，3 種氣液比
下的驅(qū)替壓差都出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，隨后壓差差距逐漸
變大，阻力因子也均大于50。氣液比為1∶1 時(shí)超臨
界CO2泡沫對(duì)裂縫巖心的封堵壓差（1.6 MPa）達(dá)到
最大，阻力因子也達(dá)到最大。氣液比在0.5～2.0 的
范圍內(nèi)，納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系均表現(xiàn)出良
好的封堵性能［28-29］。
在最佳氣液比為1∶1 時(shí)，分別采用普通泡沫
（0.3% CAB-35）和納米復(fù)合超臨界CO2 泡沫體系
（0.3% CAB-35+0.5% As30GA）進(jìn)行巖心水驅(qū)—泡
沫驅(qū)—后續(xù)水驅(qū)，壓差和采收率隨注入體積的變化
如圖6 所示。相較于普通泡沫體系，納米復(fù)合超臨
界CO2泡沫體系在泡沫驅(qū)和后續(xù)水驅(qū)階段的壓差和
采收率明顯更高，普通CO2泡沫的最大驅(qū)替壓差為
0.5 MPa左右，而納米復(fù)合超臨界CO2泡沫的最大壓
差可達(dá)1.4 MPa。巖心水驅(qū)采收率為18.7%，分別注
入1 PV的泡沫體系后，普通泡沫驅(qū)采收率提高11.0
百分點(diǎn)，而納米復(fù)合超臨界CO2泡沫驅(qū)采收率提高
39.8百分點(diǎn)，相比提高了28.8百分點(diǎn)。
圖3 普通泡沫與納米復(fù)合超臨界CO2泡沫黏彈模量對(duì)比
Fig.3 Comparison of viscoplastic modulus between ordinary
foam and nano-enhanced foam
圖4 普通泡沫（a）與納米復(fù)合超臨界CO2 泡沫體系泡沫
（b）的顯微鏡照片
Fig.4 Microscope diagram of ordinary foam（a）and nanoenhanced
foam（b）
（a）
（b）
圖5 不同氣液比下驅(qū)替壓差隨注入體積的變化
Fig.5 Pressure difference variation with injection volume
under different gas-liquid ratio
黏彈模量/（mN·m-1）
160
140
120
100
80
60
40
20
0
時(shí)間/min
普通泡沫
納米復(fù)合超臨界CO2泡沫
100 μm
100 μm
驅(qū)替壓差/MPa
注入體積/PV
1.0
2.0
0.5
50 60 70 80 90 100
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0 1 2 3 4 5 6 7
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3 結(jié)論
針對(duì)長(zhǎng)慶油田裂縫性油藏區(qū)塊CO2驅(qū)單向突進(jìn)
嚴(yán)重，氣竄造成波及效率低的問題，在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)
了一種納米復(fù)合超臨界CO2泡沫體系，可以實(shí)現(xiàn)在
裂縫性低滲透巖心中的良好封堵。在模擬油藏條
件下，該體系起泡性能優(yōu)越，穩(wěn)定期長(zhǎng)。納米顆粒
的加入大大提高了泡沫驅(qū)替效率，延長(zhǎng)了泡沫驅(qū)運(yùn)
移距離，改善儲(chǔ)層殘余油波及效果，實(shí)現(xiàn)原油采收
率大幅提升。
納米顆粒在泡沫液膜表面的吸附可以為泡沫
提供穩(wěn)定的骨架支撐，強(qiáng)化了泡沫的剛性結(jié)構(gòu)。該
產(chǎn)品的研發(fā)有利于解決CO2氣驅(qū)易氣竄的問題，為
CO2驅(qū)油和封存提供了借鑒，研究前景廣闊。
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圖6 巖心泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果
Fig.6 Experimental results of core foam flooding
采收率/% 壓差/MPa
注入體積/PV
注入體積/PV
（b）
（a）
易萍，劉宇龍，陸小兵等：納米復(fù)合超臨界二氧化碳泡沫體系的研發(fā)及性能評(píng)價(jià)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 1 2 3 4 5 6 7
普通泡沫
納米復(fù)合超臨界CO2泡沫
水驅(qū)泡沫驅(qū)后續(xù)水驅(qū)
0 1 2 3 4 5 6
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
水驅(qū)
泡沫驅(qū)后續(xù)水驅(qū)
普通泡沫
納米復(fù)合超臨界CO2泡沫
661
油田化學(xué)2025 年
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662
第42 卷第4 期
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Research and Performance Evaluation of Nano Composite Supercritical CO2 Foam Flooding System
YI Ping，LIU Yulong，LU Xiaobing，YU Jiuzheng，YANG Li’an，YAN Ruoqin，QU Xiao
（Oil and Gas Technology Research Institute，Changqing Oilfield Branch Company，Xi’an，Shaanxi 710018，P R of China）
Abstract: Aiming at the problems of gas channeling and low sweep efficiency of CO2 flooding in micro-fractured reservoirs，the
effects of anionic，zwitterionic and non-ionic CO2 foaming agents and water-soluble and gas-soluble nanoparticle foam stabilizers
on foam performance were evaluated by laboratory experiments. The nano-composite supercritical CO2 foam system was optimized
as 0.3% foaming agent CAB-35 + 0.5% water-soluble nanoparticle foam stabilizer As30 GA，and the foam performance of the
nano-composite supercritical CO2 foam system under reservoir conditions was studied. At the same time，the core flooding
experiment of the nano-composite supercritical CO2 foam system was carried out in the reservoir environment. The results showed
that the foaming volume of the nano-composite supercritical CO2 foam system was 550 mL，the half-life was 47 min，indicating
good foaming and foam stability performance. The viscoelastic modulus of nano-composite supercritical CO2 foam system was
about 90 mN/m higher than that of ordinary foam（0.3% CAB-35）. The foam strength and stability were greatly improved by the
synergistic effect of foaming agent and nano-particles. The nano-composite supercritical CO2 foam system had good temperature
resistance and pressure resistance. Under the reservoir conditions（salinity of 10×104 mg/L，80 ℃，42 MPa），the foaming volume
reached up to 275 mL，and the half-life was 72 min. The plugging and oil displacement performance of nanocomposite supercritical
CO2 foam system in porous media was studied by physical model. In the gas-liquid ratio of 0.5—2.0，the maximum plugging
pressure difference of core displacement was 1.6 MPa，the resistance factor was greater than 50，and the recovery degree was 28.8
percentage points higher than that of ordinary foam. The nano-composite supercritical CO2 foam system had good stability，high
sweep efficiency，excellent ability to improve oil recovery，and broad application prospects.
Keywords：nanoparticles；supercritical CO2；core displacement；enhanced oil recovery
（上接第655頁。continued from p. 655）
multi-component gas for oil displacement. In this paper，the feasibility and adaptability of EOR by multiple gas flooding were
explored by carrying out high pressure physical property analysis of multiple gas-formation oil and a series of core displacement
experiments of enhanced oil recovery by multiple gas flooding. The results showed that the addition of a certain proportion of CO2 to
the flue gas would significantly improve the solubility of the gas and the ability to swell and decrease the viscosity of crude oil. The
optimal multi-component gas composed of 48.9 mol% N2+49 mol% CO2+2.1 mol% CH4 was determined by combining oil recovery
with oil change rate. The multi-component gas had better adaptability in both low permeability and ultra-low permeability cores.
Compared with pure N2 flooding and pure flue gas flooding，multi-component gas flooding could enhanced oil recovery by 4
percentage points—5 percentage points. The use of multi-component gas flooding can not only further enhance oil recovery，but
also realize the rational and efficient utilization of flue gas，associated gas and other resources，which has important practical
meaning.
Keywords: low permeability reservoir；multi-component gas flooding；enhanced oil recovery；high pressure physical properties；core
flooding
易萍，劉宇龍，陸小兵等：納米復(fù)合超臨界二氧化碳泡沫體系的研發(fā)及性能評(píng)價(jià)663

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