CN113789162A - 一种耐高温高强度泡沫调堵体系及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于稠油热采技术领域，具体涉及一种耐高温高强度泡沫调堵体系及其制备方法与应用。所述耐高温高强度泡沫调堵体系，包括如下重量份的组分：表面活性剂0.1～5wt％，聚合物稳泡剂0.1～5wt％；余量为水；所述的聚合物稳泡剂为纤维素纳米晶或木质素颗粒。本发明以生物基聚合物材料为促泡稳泡剂，与耐高温表面活性剂协同发挥作用，该体系在高温条件下能够保持优异的泡沫稳定性，具有较强的封堵能力，且耐油性好，提高稠油热采采收率效果好，在三次采油方面具有重要应用前景。另外，使用的生物基聚合物材料来源天然，易降解，环境友好，避免了体系对地层带来的伤害，有利于油田的可持续开发。

Description

一种耐高温高强度泡沫调堵体系及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于稠油开采技术领域，具体涉及一种耐高温高强度泡沫调堵体系及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

世界上稠油资源极其丰富，地质储量远超过常规原油的储量。随着全球能源需求上升，稠油油藏已逐渐成为全球石油能源的重要来源，近几十年来国际和国内对于稠油油藏的有效开采越来越重视。在我国，稠油开采对于稳定原油产量已起到举足轻重的作用。

提高稠油开采效率的技术手段以热采为主。近年来，逐渐形成了蒸汽驱、蒸汽吞吐、SAGD等多种稠油热采技术，其中蒸汽热采是应用最为广泛和最有效的稠油开采技术手段，理论研究和现场试验均已证明蒸汽吞吐和蒸汽驱具有提高稠油采收率的效果。但由于原油储层非均质性普遍存在，导致蒸汽在储层平面以及纵向上吸汽的不均性，蒸汽多轮次吞吐后近井地带仍局部富集大量剩余油，而蒸汽驱过程中也存在热流场分布不均的情况，并且油藏动态非均质性加剧，蒸汽的波及效率不理想，严重制约蒸汽提高原油采收率的效果，因此采用有效的封堵调剖技术提高蒸汽波及能力是提高稠油热采效率的关键。

采用耐温性能良好的表面活性剂稳定氮气泡沫进行封堵调剖，具有封堵高渗透带不封堵低渗透带、封堵水流但不封堵油流的选择性封堵特性，体现出进一步提高蒸汽热采效率的良好效果，已得到推广应用。随着生产实践的推进，泡沫调堵剂的性能面临新的挑战，不仅需要进一步提高封堵强度，以实现高温下高强度封堵；并且还需要满足深部调堵的性能要求，即不仅在近井地带保持调堵能力，还需具有耐温性和长效性，发挥深部调剖作用。另外，由于当前全社会对环境安全的高度关注，也对体系的环境友好性提出了高要求。

现有的泡沫调堵体系尚不能很好地满足上述应用需求。为改善表面活性剂泡沫体系的稳定性，提高封堵调剖能力，已有多种物质被用作促泡稳泡剂，但仍存在许多问题和挑战。例如传统水溶性聚合物稳泡剂在高温条件下易热分解，如采油常用的水溶性聚合物聚丙烯酰胺在长期处于120℃的温度下就会发生热解，长期处于210℃的温度下则会发生炭化，进而失去稳泡能力而丧失封堵调剖的效果。人工合成及改性的纳米颗粒的使用则会对地层造成伤害，不利于油田的可持续开采。因此探索开发新型的耐高温高强度泡沫复合调堵剂，实现蒸汽驱热流场的均匀发育，对提高稠油蒸汽热采开发效果十分重要和必要。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种环保型耐高温高强度泡沫调堵体系，其以生物基聚合物材料为促泡稳泡剂，与耐高温表面活性剂协同发挥作用，该体系在高温条件下能够保持优异的泡沫稳定性，具有较强的封堵能力，且耐油性好，提高稠油热采采收率效果好，在三次采油方面具有重要应用前景。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种耐高温高强度泡沫调堵体系，包括如下组分：

表面活性剂 0.1～5wt％；

聚合物稳泡剂 0.1～5wt％；

余量为水；

所述的聚合物稳泡剂为生物基聚合物材料，具体地，所述生物基聚合物材料为纤维素纳米晶或木质素颗粒。

本发明第二方面提供一种上述耐高温高强度泡沫调堵体系的制备方法，包括步骤如下：

将生物基聚合物材料和耐高温表面活性剂分别配制为母液，然后将生物基聚合物材料母液与耐高温表面活性剂母液混合，混合均匀后加入水，即得泡沫调堵体系。

本发明第三方面提供一种上述的耐高温高强度泡沫调堵体系在三次采油中的应用。

本发明的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果：

(1)本发明所提供的泡沫调堵体系中使用的生物基聚合物材料结构稳定性好，具有高温下长效稳泡的能力，且形成的泡沫调堵体系在高温下携液持液能力强，稳泡能力好，封堵调剖效果明显，可适用于高温油藏开采或稠油热采提高采收率等；

(2)本发明所提供的泡沫调堵体系以生物基聚合物材料为促泡稳泡剂，对以N₂和空气为发泡气体产生的水基泡沫都有优异的稳定能力，性能均比已有的传统体系显著提高；

(3)本发明所提供的泡沫调堵体系中使用的生物基聚合物材料来源天然，易降解，环境友好，避免了体系对地层带来的伤害，有利于油田的可持续开发；

(4)本发明所提供的泡沫调堵体系产生的泡沫具有选择性封堵能力，同时耐油性比常规泡沫有所提高，可用于蒸汽吞吐和蒸汽驱提高稠油开采效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例3中的多轮次泡沫实验结果；其中，a：发泡体积对比图，b：半衰期对比图；

图2为实施例4中的多轮次泡沫实验结果；其中，a：半衰期对比图，b：发泡体积对比图；

图3为实施例6中的泡沫的动态稳定性及泡沫粘度测试结果；

图4为实施例7中的泡沫的析液和聚并过程；a：液体含量曲线，b：液体百分比曲线，c,e：对照体系(0.2wt％AOS体系)的泡沫尺寸示意图，d,f：泡沫调堵体系(0.2wt％AOS与0.2wt％木质素颗粒体系)的泡沫尺寸示意图。

图5为实施例8中的泡沫在微观孔隙中的运移行为；a-c：对照体系(0.2wt％AOS体系)d-f：泡沫调堵体系(0.2wt％AOS与0.2wt％木质素颗粒体系)

图6为实施例9中的泡沫在微观孔隙中的运移行为。

图7为实施例10中耐高温前后木质素颗粒的傅里叶变换红外光谱图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有的泡沫调堵体系尚不能很好地满足应用需求，如：传统水溶性聚合物稳泡剂在高温条件下易热分解，失去稳泡能力而丧失封堵调剖的效果。人工合成及改性的纳米颗粒的使用则会对地层造成伤害，不利于油田的可持续开采。

为了解决如上的技术问题，本发明第一方面提供一种耐高温高强度泡沫调堵体系，包括如下组分：

表面活性剂 0.1～5wt％；

聚合物稳泡剂 0.1～5wt％；

余量为水；

所述的聚合物稳泡剂为生物基聚合物材料，具体为纤维素纳米晶和木质素颗粒。

其中，泡沫类调堵剂是强化采油驱替体系窜流调控中应用较多的一种调堵体系。由于泡沫具有遇水稳定、遇油消泡，封堵能力随着渗透率的增加而增强等特性，因此泡沫类调堵剂能起到很好的流度控制作用，可以有效调整非均质地层中驱替体系的窜流问题；同时由于泡沫中的气相密度相对较低，可以有效提高顶部油层的动用程度。虽然泡沫可以调整注入剖面，提高原油采收率，但是因泡沫属于热力学不稳定体系，泡沫的稳定性仍是制约泡沫流体应用的最大问题，特别是随着温度的升高，体系内各种分子的热运动加剧，表面活性剂在界面的吸附行为有所变化，气体透过液膜的扩散能力提高，导致液膜的稳定性下降，使泡沫的稳定性能面临更大挑战。

现有技术中一般采用合成聚合物与表面活性剂混合形成复合调堵体系，而传统水溶性聚合物稳泡剂在高温条件下易热分解，如采油常用的水溶性聚合物聚丙烯酰胺长期处于120℃的温度下就会发生热解，长期处于210℃会发生炭化，进而失去稳泡能力，丧失封堵调剖的效果，不能适用于高温油藏开采或稠油热采。尽管一些已见报道的封堵体系能够实现350℃的耐热效果，但体系中需要同时引入稳泡剂、固泡剂、泡沫促进剂等多种功能性添加剂进行辅助，不仅制备成本提高，很多添加剂环境友好性不佳，不符合绿色环保的要求。

为了提升泡沫的高温稳定性，进而获得良好的封堵效果，本发明将生物基聚合物材料引入到泡沫调堵体系，作为泡沫液膜的支撑剂，能够显著提升泡沫的稳定性，具有较好的促泡稳泡效果，在高温下稳泡能力强，而且本发明的泡沫调堵体系只需与表面活性剂复配，无需其他功能性添加剂，即可耐300-350℃的高温环境，因此可适用于高温油藏开采或稠油热采提高采收率等。另外，本发明采用的天然生物基聚合物材料来源绿色而广泛，与合成聚合物相比，具有生物降解性好，环境友好性强等优点。

生物基聚合物材料中，纤维素纳米晶(CNCs)是从天然植物纤维素中提取出的一种纳米级的棒状晶区纤维素颗粒，它不仅具有纳米颗粒的特征，还具有独特的刚性和极性。纤维素纳米晶内多糖分子链之间相互作用力很强，分子中的六元吡喃环结构致使内旋转困难，且纤维素纳米晶分子内和分子间都能形成氢键，特别是分子内氢键致使糖苷键不能旋转进而增加其刚性，赋予了纤维素纳米晶优异的力学强度。而木质素同样来自植物体，通常填充于纤维素构架中，起到增强植物体的机械强度的作用，将二者作为聚合物稳泡剂，均能够有效提升泡沫的稳定性。

进一步的，所述的聚合物稳泡剂为木质素颗粒。相比于纤维素纳米晶，木质素作为天然来源的芳香化合物，因为自身具有优异的化学稳定性，其抗热老化、抗高温的性能十分优异，并且颗粒表面含有羟基等极性基团，可与耐高温表面活性剂发生协同作用，高效地提升高温下泡沫的稳定性。

本发明所提供的泡沫调堵体系中，木质素颗粒与表面活性剂复配协同稳定高温泡沫的机理为：表面活性剂作为发泡剂在气液共混的过程中产生丰富的泡沫，木质素作为稳泡剂被携载到泡沫液膜内，提高了泡沫液膜的厚度和强度，不仅增强了泡沫液膜的携液和持液能力，降低了液膜的析液速度，有效地提高了液膜的机械稳定性，而且显著降低气体透过液膜扩散的能力，从而显著提高了泡沫的稳定性。因泡沫调堵剂的调堵能力与泡沫稳定性呈正相关，本发明所选择的生物聚合物稳泡剂耐温性强，在50～350℃温度范围内均可保持对泡沫的稳定能力，保障了本发明泡沫调堵体系具备高温下的封堵调堵能力。

本发明所提供的泡沫调堵体系中，表面活性剂主要起到发泡作用，聚合物稳泡剂主要起到稳定支撑泡沫液膜的作用，二者间存在加和增效的关系，因此，二者的添加量和配比影响泡沫调堵体系的稳定性，聚合物稳泡剂的添加量过低，会导致泡沫液膜无法得到有效支撑，稳定性差，而若是聚合物稳泡剂的添加量过高，则会导致发泡效果差，无法进行有效调堵。作为优选的实施方式，本发明的泡沫调堵体系中表面活性剂、聚合物稳泡剂的质量配比为1:1～1:5；进一步优选为1:1。

进一步的，所述表面活性剂为耐高温型表面活性剂，所述耐高温型表面活性剂优选为α-烯烃磺酸盐(AOS)。

在本发明的一个或多个实施方式中，纤维素纳米晶的尺寸为纳米至微米级，适用于中高温度范围(50～200℃)；

作为优选的实施方式，纤维素纳米晶的合成方法如下：

用甲苯和乙醇的混合溶液预处理粉碎的木屑或秸秆原料，烘干后在碱性溶液中加热回流，离心除去上层清液，烘干获得纤维素粗品，再用浓硫酸水解纤维素粗品，获得纤维素纳米晶。

进一步的，用甲苯和乙醇混合溶液预处理的条件为：室温下搅拌8～12小时；

进一步的，用于处理烘干样品的碱性溶液浓度为1-1.5mol/L；

进一步的，碱性溶液处理过程的具体条件为：在80℃下加热回流5～8小时。

在本发明的一个或多个实施方式中，木质素颗粒尺寸介于20nm～2μm，适用于更广更高的温度范围(50～350℃)；

作为优选的实施方式，木质素颗粒的合成方法如下：

用甲苯和乙醇的混合溶液预处理粉碎的木屑或秸秆原料，烘干后在碱性溶液中加热回流，离心并留取上层清液；用酸调节上清液pH至1～3使木质素沉出，离心烘干获得粗木质素颗粒；再将粗木质素颗粒溶于水，调节pH至中性，将粗木质素进行高温热处理，得到木质素颗粒。该木质素颗粒表面粗糙程度低、尺寸适宜、表面含有特定官能团。

进一步的，用甲苯和乙醇混合溶液预处理的条件为：室温下搅拌8～12小时；

进一步的，用于处理烘干样品的碱性溶液浓度为1-1.5mol/L；

进一步的，碱性溶液处理过程中的具体条件为：在80℃下加热回流5～8小时；

进一步的，用于调节pH的酸的浓度为1-1.5mol/L；

进一步的，所述高温处理的条件为：氮气氛围下，在300-350℃加热10-12h。

本发明第二方面提供一种上述耐高温高强度泡沫调堵体系的制备方法，包括步骤如下：

将生物基聚合物材料和耐高温表面活性剂分别配制为母液，然后将生物基聚合物材料母液与耐高温表面活性剂母液混合，混合均匀后加入水，即得泡沫调堵体系。

其中，母液为生物基聚合物材料和耐高温表面活性剂分别溶于适量水中形成的高浓度的溶液，在后续配制泡沫调堵体系过程中可根据需要进行稀释使用。

进一步的，加入水的量以使溶液中生物基聚合物材料和耐高温表面活性剂的总浓度为0.2～10wt％为准。

本发明第三方面提供一种上述的耐高温高强度泡沫调堵体系在三次采油中的应用，可根据热采工艺所决定的耐温时间和温度范围选取相应的泡沫调堵体系：

基于生物基聚合物纤维素纳米晶为促泡稳泡剂的耐高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系适用于50～200℃的中高温温度范围；

基于生物基聚合物木质素颗粒为促泡稳泡剂的耐高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系适用于50-300℃的中高温及高温温度范围，且在长时间持续高温下达到高强度稳泡能力。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例和对比例详细说明本发明的技术方案。

实施例中所用的原料中，耐高温表面活性剂α-烯烃磺酸盐为市购产品，生物基聚合物稳泡剂均为本实验室自制产品。

实施例1一种纤维素纳米晶的制备

首先用甲苯和乙醇的混合溶液浸泡木屑或秸秆原料，室温下搅拌8小时后烘干。随后将第一步处理后的木屑或秸秆原料置于1mol/L氢氧化钠溶液中，在80℃下加热回流8小时，离心除去上层清液，烘干获得纤维素粗品。用浓硫酸水解纤维素粗品，获得纤维素纳米晶。

实施例2一种木质素颗粒的制备

首先用甲苯和乙醇的混合溶液浸泡木屑或秸秆原料，室温下搅拌12小时后烘干。随后将第一步处理后的木屑或秸秆原料置于1mol/L氢氧化钠溶液中，在80℃下加热回流5小时，离心并留取上层清液。用1mol/L的盐酸调节上清液pH至1～3使木质素沉出，离心烘干获得粗木质素颗粒。将粗木质素颗粒溶于水，调节pH至中性，随后将粗木质素分散体系置于高温高压釜体中，在300℃氮气氛围下进行10h的高温处理，得到木质素颗粒。

实施例3纤维素纳米晶/表面活性剂复合泡沫调堵体系的起泡性和静态泡沫稳定性测定

配制基于生物基聚合物材料的高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系，其中，纤维素纳米晶的质量浓度为0.2wt％，耐高温阴离子表面活性剂质量浓度为0.2wt％，(纤维素纳米晶质量浓度：耐高温阴离子表面活性剂的质量浓度＝1:1)，所述的阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐。

取上述以生物基纤维素纳米晶为促泡稳泡剂的绿色环保调堵体系的水溶液50ml倒入可视化高温高压反应釜中，通过高温高压反应釜的进气阀通入N₂，保持氮气氛围，待温度达到150℃后，此时压力为2.85±0.05MPa，利用搅拌桨在1800rpm/min的搅拌速度下发泡1min，测试其起泡体积和半衰期。多轮次泡沫实验结果图1所示，该泡沫调堵体系泡沫平均起泡体积为181ml，平均半衰期为704s，与单一耐高温阴离子表面活性剂α-烯烃磺酸盐相比，起泡性好，半衰期提高了7～8倍，纤维素纳米晶与α-烯烃磺酸盐复配协同明显提高了高温高压下N₂泡沫的稳定性。

实施例4木质素/表面活性剂复合泡沫调堵体系的起泡性和静态泡沫稳定性测定

配制基于生物基聚合物材料的高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系，其中，木质素颗粒的质量浓度为0.2wt％，耐高温阴离子表面活性剂质量浓度为0.2wt％，(木质素颗粒质量浓度：耐高温阴离子表面活性剂的质量浓度＝1:1)，所述的阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐。

取上述以生物基木质素颗粒为促泡稳泡剂的绿色环保调堵体系的水溶液50ml倒入可视化高温高压反应釜中，通过高温高压反应釜的进气阀的通入N₂，保持氮气氛围，待温度达到150℃后，此时压力为2.85±0.05MPa，利用搅拌桨在1800rpm/min的搅拌速度发泡1min，测试其起泡体积和半衰期。多轮次泡沫实验结果图2所示，该泡沫调堵体系泡沫平均起泡体积为168ml，半衰期为2723～3106s，与单一耐高温阴离子表面活性剂α-烯烃磺酸盐相比，起泡性得到了保持，半衰期提高了25～30倍，木质素颗粒与α-烯烃磺酸盐复配泡沫调堵体系具有耐温性和长效性，协同大幅提高了高温高压下N₂泡沫的稳定性。

实施例5木质素/表面活性剂复合泡沫体系的起泡性和静态泡沫稳定性测定

配制基于生物基聚合物材料的高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系，其中，木质素颗粒的质量浓度为1.0wt％，耐高温阴离子表面活性剂质量浓度为0.2wt％，(木质素颗粒质量浓度：耐高温阴离子表面活性剂的质量浓度＝5:1)，所述的阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐。

取上述以生物基木质素颗粒为促泡稳泡剂的绿色环保调堵体系的水溶液50ml倒入可视化高温高压反应釜中，通过高温高压反应釜的进气阀通入N₂，保持氮气氛围，待温度达到200℃后，此时压力为3.15±0.05MPa，利用搅拌桨在1800rpm/min的搅拌速度下发泡1min，测试其起泡体积和半衰期。多轮次泡沫实验结果表明，该泡沫调堵体系泡沫平均起泡体积为168ml，平均半衰期为1106s，与单一耐高温阴离子表面活性剂α-烯烃磺酸盐相比，起泡性好，半衰期提高了24倍，木质素颗粒与α-烯烃磺酸盐复配协同明显提高了高温高压下N₂泡沫的稳定性。

实施6木质素/表面活性剂复合泡沫调堵体系的动态泡沫稳定性测定

配制基于生物基聚合物材料的高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系，其中，木质素颗粒的质量浓度为0.2wt％，耐高温阴离子表面活性剂质量浓度为0.2wt％，(木质素颗粒质量浓度：耐高温阴离子表面活性剂的质量浓度＝1:1)，所述的阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐。

泡沫的动态稳定性通过外加转子扰动的方法测得。取上述以生物基木质素颗粒为促泡稳泡剂的绿色环保调堵体系的水溶液30ml倒入R/S系列流变仪恒温发泡管中，通过泡沫管底部的多孔砂芯以100ml/min的速度鼓入N₂原位发泡，最初的液体体积及泡沫的最大体积分别为30ml和180ml，泡沫管外层套与水浴相连，温度为50℃，泡沫的动态稳定性及泡沫粘度由Brookfield R/S plus流变仪(配浆式转子)测定。图3所示，该泡沫调堵体系泡沫的在机械扰动下的半衰期为100min以上，与单一耐高温阴离子表面活性剂α-烯烃磺酸盐相比，机械剪切扰动下，基于生物基聚合物木质素颗粒的高温高强度绿色环保型泡沫体系泡沫液膜弹性好，具有减缓液膜排液的能力，保持良好的动态稳定性。

实施例7木质素/表面活性剂复合泡沫调堵体系的持液性能测定

配制基于生物基聚合物材料的高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系，其中，木质素颗粒的质量浓度为0.2wt％，耐高温阴离子表面活性剂质量浓度为0.2wt％，(木质素颗粒质量浓度：耐高温阴离子表面活性剂的质量浓度＝1:1)，所述的阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐。

利用FoamScan装置观察了泡沫的析液和聚并过程。将60mL起泡溶液引入玻璃柱底部的储液罐中，通过多孔圆盘(孔径：40～100μm)将N₂以100mL·min^-1的恒定流速鼓入溶液中进行发泡。温度控制在50℃。通过位于玻璃柱底部的第一对电极测量泡沫柱中液体组分随时间的变化。图4所示，优选的生物基聚合物木质素颗粒稳定的泡沫调堵体系有效减缓了泡沫液膜排液的速度，尤其在泡沫稳定的后期，大幅延长了泡沫稳定存在的时间，可见木质素颗粒的加入提高了α-烯烃磺酸盐N₂泡沫的携液和持液能力。且优选的生物基聚合物木质素颗粒稳定的泡沫调堵体系的泡沫尺寸明显减小，有效减缓了泡沫随时间的聚并，更加稳定，这有利于实现泡沫调堵体系的长效深度调剖封堵。

实施例8木质素/表面活性剂复合泡沫调堵体系的选择性封堵性能测定

配制基于生物基聚合物材料的高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系，其中，木质素颗粒的质量浓度为0.2wt％，耐高温阴离子表面活性剂质量浓度为0.2wt％，(木质素颗粒质量浓度：耐高温阴离子表面活性剂的质量浓度＝1:1)，所述的阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐。

取上述泡沫调堵体系的水溶液50ml进行搅拌发泡，利用微量注射泵将泡沫注入可视微观物模中，用光学显微镜观察泡沫在微观孔隙中的运移行为。结果图5所示，基于生物基聚合物材料的泡沫调堵体系随时间推移无明显聚并现象，且在运移过程中优先封堵大孔隙，具有选择性封堵特性，这有利于促进驱油体系在低渗透带波及，实现深度调剖效果。

实施例9木质素/表面活性剂复合泡沫调堵体系的耐油性能测定

配制基于生物基聚合物材料的高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系，其中，木质素颗粒的质量浓度为0.2wt％，耐高温阴离子表面活性剂质量浓度为0.2wt％，(木质素颗粒质量浓度：耐高温阴离子表面活性剂的质量浓度＝1:1)，所述的阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐。

取上述泡沫调堵体系的水溶液50ml进行搅拌发泡，利用微量注射泵将泡沫注入含正癸烷的可视微观物模中，油相中加入罗丹明B作为荧光标记，用荧光显微镜观察泡沫在微观孔隙中的运移行为。图6所示，当孔隙中有油相时，两组泡沫体系注入模型后，在模型入口端和出口端处，对照组α-烯烃磺酸盐泡沫气泡快速聚并，遇油之后聚并破裂的速度加快，失去选择性调堵能力，出口处仍含有大量剩余油；有油相存在的情况下，基于生物基聚合物木质素颗粒的耐高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系在运移过程中未发生严重的气泡聚并现象，具有适宜的耐油性，因泡沫发挥调剖作用，原油驱替效率高，且出口处剩余油少，这是由于泡沫液膜中携载的表面活性剂对孔隙中的剩余油起到乳化效果，该体系兼具调堵和洗油能力，扩大波及体积的同时，提高了驱油效率。

实施例10木质素颗粒的耐高温性能测定

在温度范围300-350℃，压力10MPa下，加热10-12h℃对木质素颗粒母液进行耐温实验，探究温度对木质素颗粒结构稳定性的影响。

配制基于生物基聚合物木质素颗粒的耐高温母液，其中，木质素颗粒为实验室自制，母液的质量浓度为2.0wt％，所述的耐高温母液还包括去离子水。

取上述木质素颗粒耐高温母液150ml，加入至高温高压反应釜中，温度达到目标温度和压力后恒温10-12h；耐温结束后取出木质素颗粒母液，进行烘干处理得高温处理后的木质素颗粒粉末，利用傅里叶变换红外光谱仪对耐温前后的木质素颗粒结构进行对比分析。如图7所示，耐高温后的木质素颗粒与耐高温之前的木质素颗粒相比，官能团吸收峰出现位置大致相同，说明经过高温处理后木质素结构变化不大，没有发生热分解，表明木质素颗粒在300-350℃下的热稳定性好。

对比例1

配制对照泡沫体系，其中，聚丙烯酰胺的质量浓度为0.2wt％，耐高温阴离子表面活性剂质量浓度为0.2wt％，(聚丙烯酰胺质量浓度：耐高温阴离子表面活性剂的质量浓度＝1:1)，所述的阴离子表面活性剂为α-烯烃磺酸盐。

取上述对照体系的水溶液50ml倒入可视化高温高压反应釜中，通过高温高压反应釜的进气阀通入N₂，保持氮气氛围，待温度达到150℃后，此时压力为2.85±0.05MPa，利用搅拌桨在1800rpm/min的搅拌速度下发泡1min，测试其起泡体积和半衰期。多轮次泡沫实验结果表面，该泡沫调堵体系泡沫平均起泡体积为170ml，四轮次发泡半衰期分别为410s、262s、148s、137s，与生物基聚合物材料的高温高强度绿色环保型泡沫调堵体系相比，由于聚丙烯酰胺在高温条件下会发生热分解失去稳定支撑泡沫的能力，导致泡沫在高温下快速坍塌，稳定性差。相较对比体系，木质素颗粒与α-烯烃磺酸盐复配协同明显提高了高温高压下N₂泡沫的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温高强度泡沫调堵体系，其特征在于：包括如下组分：

表面活性剂 0.1～5wt％；

聚合物稳泡剂 0.1～5wt％；

余量为水；

所述的聚合物稳泡剂为纤维素纳米晶或木质素颗粒。

2.如权利要求1所述的耐高温高强度泡沫调堵体系，其特征在于：所述聚合物稳泡剂为木质素颗粒。

3.如权利要求1所述的耐高温高强度泡沫调堵体系，其特征在于：表面活性剂、聚合物稳泡剂的质量配比为1:1～1:5，优选为1:1。

4.如权利要求1所述的耐高温高强度泡沫调堵体系，其特征在于：所述的表面活性剂为耐高温表面活性剂，优选为α-烯烃磺酸盐。

5.如权利要求1所述的耐高温高强度泡沫调堵体系，其特征在于：纤维素纳米晶的尺寸为纳米至微米级，所述纤维素纳米晶的合成方法如下：

用甲苯和乙醇的混合溶液预处理粉碎的木屑或秸秆原料，烘干后在碱性溶液中加热回流，离心除去上层清液，烘干获得纤维素粗品，再用浓硫酸水解纤维素粗品，获得纤维素纳米晶。

6.如权利要求5所述的耐高温高强度泡沫调堵体系，其特征在于：

用甲苯和乙醇混合溶液预处理的条件为：室温下搅拌8～12小时；

或，用于处理烘干样品的碱性溶液浓度为1-1.5mol/L；

进一步的，碱性溶液处理过程的具体条件为：在80℃下加热回流5～8小时。

7.如权利要求2所述的耐高温高强度泡沫调堵体系，其特征在于：木质素颗粒尺寸介于20nm～2μm，合成方法如下：

用甲苯和乙醇的混合溶液预处理粉碎的木屑或秸秆原料，烘干后在碱性溶液中加热回流，离心并留取上层清液；用酸调节上清液pH至1～3使木质素沉出，离心烘干获得粗木质素颗粒；再将粗木质素颗粒溶于水，调节pH至中性，将粗木质素进行高温热处理，得到木质素颗粒；

进一步的，用甲苯和乙醇混合溶液预处理的条件为：室温下搅拌8～12小时；

进一步的，用于处理烘干样品的碱性溶液浓度为1-1.5mol/L；

进一步的，碱性溶液处理过程中的具体条件为：在80℃下加热回流5～8小时；

进一步的，用于调节pH的酸的浓度为所述酸的浓度为1-1.5mol/L；

进一步的，所述高温处理的条件为：氮气氛围下，在300-350℃加热10-12h。

8.权利要求1-7任一项所述的耐高温高强度泡沫调堵体系的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

将生物基聚合物材料和耐高温表面活性剂分别配制为母液，然后将生物基聚合物材料母液与耐高温表面活性剂母液混合，混合均匀后加入水，即得泡沫调堵体系；

进一步的，加入水的量以使溶液中生物基聚合物材料和耐高温表面活性剂的总浓度为0.2～10wt％为准。

9.权利要求1-7任一项所述的耐高温高强度泡沫调堵体系在三次采油中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：基于生物基聚合物纤维素纳米晶为促泡稳泡剂的泡沫调堵体系用于50～200℃的中高温温度范围；

基于生物基聚合物木质素颗粒为促泡稳泡剂的泡沫调堵体系适用于50-350℃的中高温及高温温度范围。

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