一种CO2泡沫驱稳泡材料及其制备方法和应用

本发明涉及化学驱油，具体涉及一种co2泡沫驱稳泡材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、二氧化碳（co2）驱油技术是目前提高油藏采收率的重要技术之一，尤其适用于低渗透、特低渗透及高含水油藏。与传统水驱相比，co2具有密度低、扩散能力强、易进入微细孔隙等特点。然而，由于co2气体黏度远低于原油和地层水，流度较高，在非均质油藏中容易优先沿高渗透层、天然裂缝或优势流道快速突破，形成严重的气窜现象，从而降低驱油效率和最终采收率。为解决上述问题，二氧化碳泡沫驱技术逐渐成为抑制气窜、改善流度控制的重要技术手段。该技术通过在地层中形成稳定的co2泡沫，将连续气相分散为大量离散微小气泡，使泡沫在孔隙介质中产生较高的流动阻力和贾敏效应，有效降低co2流度，提高高渗透通道的渗流阻力，迫使后续驱替介质进入原本未波及或低波及区域，从而扩大驱替波及体积，提高原油采收率。因此，构建具有良好稳定性、较高封堵能力和优异地层适应性的co2泡沫体系，是实现co2高效驱油和有效防控气窜的关键。而泡沫体系能否长期保持稳定，则主要取决于泡沫液膜的稳定性及界面结构的完整性，因此提高泡沫稳定性成为co2泡沫驱技术研究的核心内容。

2、表面活性剂是构建co2泡沫体系的主要起泡组分，其能够降低气液界面张力，促进co2在水相中的分散，并在气液界面形成吸附膜，使体系快速产生大量气泡。然而，仅依赖表面活性剂形成的界面膜厚度较薄，机械强度和界面黏弹性有限，在高温、高盐及原油存在等复杂油藏条件下容易发生液膜排液、气泡聚并及泡沫破裂。为进一步提高泡沫稳定性，通常需要在起泡体系中引入能够与表面活性剂协同作用的稳泡材料。稳泡材料能够通过提高液膜黏度、增强界面膜机械强度、增加界面膜黏弹性、延缓液膜排液速度以及抑制气泡聚并和气体扩散等方式，延长泡沫寿命，提高泡沫在孔隙介质中的滞留能力和流动阻力。

3、目前，用于co2泡沫驱体系中的稳泡材料主要包括聚合物类、无机纳米颗粒类、凝胶类以及天然生物基材料等。不同类型稳泡材料的作用机理有所差异，但总体上均是通过增强泡沫液膜稳定性、延缓液膜排液、抑制气泡聚并及减缓气体扩散等方式，提高泡沫在复杂地层条件下的稳定性和封堵能力。尽管上述稳泡材料能够在一定程度上提高co2泡沫体系的稳定性，但聚合物类材料普遍存在耐温耐盐性能有限、注入压力较高等问题；无机纳米颗粒易发生团聚沉降，与表面活性剂的协同性受分散状态影响较大；凝胶类材料则存在施工工艺复杂、深部运移能力不足等问题。因此，开发来源丰富、环境友好、制备工艺简单、能够与表面活性剂形成良好协同作用的新型稳泡材料，已成为co2泡沫驱领域的重要研究方向。近年来，国内外围绕天然植物生物质及其活性组分开展了大量研究。目前应用于泡沫调驱及泡沫封堵领域的植物生物质材料主要包括羟乙基纤维素、羧甲基纤维素等纤维素醚，微晶纤维素、再生纤维素、纳米纤维素以及经羧基化等改性的纤维素材料，同时也有部分研究采用天然植物纤维或植物来源颗粒作为稳泡材料。研究表明，上述天然植物生物质材料能够与表面活性剂形成协同作用，提高泡沫液膜稳定性，增强泡沫封堵能力。然而，现有天然植物生物质稳泡材料仍存在一定局限性。一方面，目前研究主要集中于纤维素的羧基化、tempo氧化、接枝聚合及疏水化改性等方式，以提高材料的界面活性和分散性能，上述改性方法通常涉及多步化学反应，工艺复杂、试剂消耗较多、制备成本较高，不利于规模化应用。另一方面，多数研究关注纤维素单一组分，而植物生物质中除纤维素外，还含有半纤维素、木质素及少量天然活性组分，不同植物来源的组成比例和微观结构存在明显差异，其界面行为及与表面活性剂的协同稳泡机制尚缺乏系统研究。

4、因此，充分利用植物生物质自身组成及结构优势，在减少复杂化学改性的基础上实现优异稳泡性能，仍然是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种co2泡沫驱稳泡材料及其制备方法和应用，旨在解决现有稳泡材料制备工艺复杂、成本高、与表面活性剂协同性有限、co2泡沫稳定能力不佳的技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种co2泡沫驱稳泡材料，由制备原料经汽爆处理得到；

3、制备原料按质量百分比计包括：植物生物质废弃物粉末75%~85%、碱5%~20%、功能助剂0.1%~0.5%和余量水；

4、功能助剂为长链烷基咪唑类溴盐离子液体。

5、优选的，植物生物质废弃物为药用植物的废弃物；药用植物的废弃物包括细辛废弃物、木香废弃物、甘草废弃物、木通废弃物、天仙藤废弃物中的至少一种。

6、优选的，植物生物质废弃物粉末的颗粒尺寸≤75μm。

7、优选的，碱包括碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙、乙二胺、三乙胺中的至少一种。

8、优选的，功能助剂包括1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐、1-十四烷基-3-甲基咪唑溴盐、1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐中的至少一种。

9、第二方面，本发明提供一种co2泡沫驱稳泡材料的制备方法，包括以下步骤：

10、将植物生物质废弃物粉末与碱、功能助剂、水混合，经汽爆处理，得到co2泡沫驱稳泡材料；汽爆处理的压力为0.5mpa~10mpa，保压时间为0.1~2h。

11、优选的，植物生物质废弃物粉末由植物生物质废弃物经破碎后过200目筛得到。

12、优选的，汽爆处理完成后，还包括将汽爆产物进行固液分离，固体用去离子水洗涤至中性，再进行干燥得到co2泡沫驱稳泡材料。

13、第三方面，本发明提供一种co2泡沫体系，按质量百分比计，包括第一方面所述的co2泡沫驱稳泡材料0.5%~2%、阴离子表面活性剂0.2%~0.8%和余量矿化水。

14、第四方面，本发明提供一种co2泡沫体系的制备方法，包括以下步骤：将第一方面所述的co2泡沫驱稳泡材料、阴离子表面活性剂和矿化水混合均匀，得到起泡溶液；将起泡溶液在co2气氛下搅拌起泡，得到co2泡沫体系。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

16、本发明提供的co2泡沫驱稳泡材料，摒弃传统纤维素单组分利用方式，直接利用植物生物质废弃物中纤维素及其他天然活性组分构成的多组分体系，通过汽爆与碱/功能助剂协同处理，对植物生物质颗粒进行快速活化和表面结构调控，在保留多组分协同优势的同时改善颗粒分散性，使其能够与表面活性剂协同构建稳定的co2泡沫体系，从而提高co2泡沫驱的防窜效果和驱油效率。

17、本发明提供的co2泡沫驱稳泡材料，充分利用植物生物质废弃物资源，具有原料来源广泛、制备工艺简单、成本低、环境友好等优点，可应用于co2泡沫驱调剖、防窜及提高原油采收率等领域。

1.一种co2泡沫驱稳泡材料，其特征在于，由制备原料经汽爆处理得到；

2.根据权利要求1所述的一种co2泡沫驱稳泡材料，其特征在于，所述碱包括碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙、乙二胺、三乙胺中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种co2泡沫驱稳泡材料，其特征在于，所述功能助剂包括1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐、1-十四烷基-3-甲基咪唑溴盐、1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐中的至少一种。

4.如权利要求1~3任一所述的co2泡沫驱稳泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的co2泡沫驱稳泡材料的制备方法，其特征在于，所述植物生物质废弃物粉末由植物生物质废弃物经破碎后过200目筛得到。

6.根据权利要求4所述的co2泡沫驱稳泡材料的制备方法，其特征在于，所述汽爆处理完成后，还包括将汽爆产物进行固液分离，固体用去离子水洗涤至中性，再进行干燥得到co2泡沫驱稳泡材料。

7.一种co2泡沫体系，其特征在于，按质量百分比计，包括权利要求1~3任一所述的co2泡沫驱稳泡材料0.5%~2%、阴离子表面活性剂0.2%~0.8%和余量矿化水。

8.如权利要求7所述的co2泡沫体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述co2泡沫驱稳泡材料、阴离子表面活性剂和矿化水混合均匀，得到起泡溶液；将所述起泡溶液在co2气氛下搅拌起泡，得到co2泡沫体系。