低浓度纳米颗粒稳定CO2泡沫的原位生成与微观可视化研究：提高原油采收率与碳封存效率的新策略

《Fuel》：In situ foaming and microscopic visualization of low-concentration nanoparticle-stabilized CO 2 foam for enhancing oil recovery and carbon storage efficiency

本文系统研究了低浓度纳米颗粒（As30GA）与两性表面活性剂（CAB-35）协同稳定CO2泡沫的机制，通过微观可视化实验证实了超临界CO2原位起泡的可行性。该泡沫体系在高温高盐条件下仍保持优异稳定性，使波及效率提高33.35%，原油采收率提升27.07%，CO2封存效率达63.21%，为CCUS-EOR（碳捕集利用与封存-提高原油采收率）技术提供了创新解决方案。

　　

研究亮点

• 基于两性表面活性剂CAB-35与二氧化硅纳米颗粒As30GA开发出混合体系，揭示了气-液界面协同稳定机制。该体系在低表面活性剂浓度（0.25 wt%）下即可产生495±10 mL泡沫体积，纳米颗粒形成的三维网络结构将泡沫半衰期延长至47±2分钟。值得注意的是，在高矿化度条件（15×10⁴ mg/L）下，体系仍保持25±2分钟的半衰期，展现出卓越的盐耐受性。

• 通过超景深三维显微系统观察到，泡沫直径与孔喉尺寸的匹配度是控制稳定性的关键因素。当泡沫直径接近孔喉尺寸时，液膜变形产生的附加阻力显著增强封堵效果，而过高含水率（>50%）会加速液膜排液导致泡沫破裂。

• 微流控实验证实了超临界CO₂携带纳米颗粒体系在多孔介质中实现原位起泡的可行性。泡沫在孔喉处发生"堵水破油"选择性封堵，使CO₂转向含油饱和度高的低渗区域，微观波及效率提升至82.6%。

• 与常规CO₂驱相比，纳米泡沫驱的波及系数提高33.35%，采收率增幅达27.07%。更重要的是，CO₂封存效率提升20.04%，最终达到63.21%，实现了EOR（提高原油采收率）与CCS（碳捕集与封存）的双重优化。

结论

1. 1.
   基于两性表面活性剂CAB-35与二氧化硅纳米颗粒As30GA开发的混合体系，揭示了它们在气-液界面的协同稳定机制。该体系在低表面活性剂浓度（0.25 wt%）下即可实现495±10 mL的泡沫体积，同时纳米颗粒形成的三维网络结构将泡沫半衰期延长至47±2分钟。值得注意的是，在高矿化度条件（15×10⁴ mg/L）下，体系仍保持25±2分钟的半衰期，展现出卓越的盐耐受性能。
2. 2.
   含水率与孔喉尺寸显著影响泡沫稳定性，需根据储层渗透率差异优化泡沫直径与含水率组合。当泡沫直径与孔喉尺寸比值为0.7-1.2时，可形成最有效的流控控制。
3. 3.
   超临界CO₂可实现纳米颗粒体系的原位起泡，微观驱替实验证明该体系能将波及效率提高至82.6%，较常规CO₂驱提升33.35%。
4. 4.
   纳米泡沫体系通过提高微观驱替效率与宏观波及系数的协同作用，最终使原油采收率提升27.07%，CO₂封存效率达到63.21%，为低渗透油藏绿色开发提供了新技术路径。