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纳米纤维素作为一种来源丰富且环境友好型的生物材料,在化学驱提高采收率中具有较好的应用前景。本文通过表面结构优化和性能调控,尝试将其作为稳泡剂应用于泡沫驱提高采收率中。本文通过静态评价、界面行为和可视化驱替实验,全面研究了纳米纤维素强化泡沫的物理化学性质以及在多孔介质中的流动行为和驱油机理,研究成果可为纳米纤维素强化泡沫驱的现场应用提供参考。首先,通过静态泡沫性质评价,构建出烷基糖苷类非离子表面活性剂APG(0.2wt%)和两亲型纳米纤维素NC-KYSS(0.1wt%)强化泡沫体系。实验结果表明强化泡沫体系具有更好的起泡能力、泡沫稳定性和耐油性能。显微观测的结果表明,NC-KYSS强化泡沫的泡沫平均粒径更小,泡沫液膜更厚。在高压条件下NC-KYSS强化泡沫体系表现出较好的稳定性和耐油性。两亲型纳米纤维素NC-KYSS在油水界面上吸附可以进一步降低泡沫体系溶液与原油的油水界面张力。APG和NC-KYSS分子之间的协同作用使亲油砂岩表面快速转化为亲水性表面。这种现象与表面上分子密度增加以及岩石表面上的NC-KYSS胶体的“楔形铺展”有关。普通泡沫体系和NC-KYSS强化泡沫体系的溶液都具有明显的剪切稀释性,均为典型的假塑性流体。由于NC-KYSS、APG和水分子之间的氢键作用,纳米纤维素强化泡沫体系溶液的粘度和气水界面粘弹性均高于普通泡沫体系。在相同实验条件下,纳米纤维素强化泡沫的气泡破裂后生成的子气泡平均粒径小于普通泡沫的气泡。随着毛细管数Ca的增加,两种泡沫体系的子气泡平均粒径均呈现明显的下降趋势。气泡的运移速度在破裂后会明显增加,由于体相粘度升高,NC-KYSS强化泡沫的子气泡运移速度相对更小。通过连续孔喉的过程中,气泡破裂基本发生在第一个孔喉,纳米纤维素强化泡沫在流动通道沿程上生产更多的小粒径子气泡,且子气泡的平均粒径更小,说明强化泡沫的破裂程度更高。数字可视化驱油实验发现,NC-KYSS强化泡沫体系具有良好的耐油性和泡沫稳定性,可以更均匀的驱替多孔介质中的残余油。同时,与破裂行为的研究结果一致,强化泡沫在经过孔喉后可以破裂形成粒径更小更密集的子气泡,运移距离较远,在驱替过程中形成更高的驱替压差。通过对实验图像的处理与计算发现NC-KYSS强化泡沫驱的宏观驱油效率和微观洗油效率比普通泡沫都高出5-10%。微观可视化驱油实验清楚地观察到泡沫驱的三种作用机理,即泡沫体系溶液与原油发生乳化、泡沫在通过狭窄孔喉时产生的贾敏效应和泡沫对附着在孔喉处的油滴的挤压拉拽。与普通泡沫驱相比,NC-KYSS强化泡沫驱可以有效提高波及体积,降低残余油饱和度,提高采收率效果较显著。