出于实现碳中和和高效回收碳氢化合物资源的双重目标，CO2泡沫驱油技术因其提高石油回收率（EOR）和实现碳储存的双重作用而成为研究焦点[1]，[2]。然而，气态CO2的低粘度和低密度常常导致严重的气体窜流，降低了扫油效率并限制了储存潜力[3]，[4]。泡沫流体通过Jamin效应有效解决了这一问题[5]。然而，泡沫的稳定性直接决定了其驱油效果，这受到多种因素的影响，包括高温、高盐度和高压，以及岩石润湿性的变化和原油成分的复杂性[6]，[7]，[8]。在深部高盐度储层中，泡沫的耐盐性是实现有效流动控制和EOR堵塞的关键因素。因此，理解泡沫在高盐度环境中的稳定性机制并开发耐盐策略对于在恶劣储层中实施CO2泡沫驱油技术至关重要。
盐离子的存在压缩了表面活性剂的双电层，减弱了静电排斥作用，并引发了盐析效应[9]。这不仅降低了表面活性剂的溶解度，还损害了泡沫层的弹性，严重破坏了泡沫的稳定性和泡沫驱油的总体效果。传统的阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠（SDS）、α-烯烃磺酸钠（AOS）在高盐度下由于电荷屏蔽作用而失效，泡沫性能随盐度增加而单调下降[10]，[11]。相比之下，两性甜菜碱和非离子烷基聚糖（APG）由于其独特的电荷分布，表现出“盐离子诱导增强”效应，泡沫性能随盐度增加而改善。这种行为归因于盐离子诱导的表面活性剂界面吸附增加和聚集形态的重排[12]，[13]。然而，超过某一临界盐浓度后，过量的离子与表面活性剂形成沉淀物，导致泡沫性能显著下降[14]。
引入泡沫稳定剂可以减轻盐离子的负面影响。聚合物泡沫稳定剂通过增加体相粘度来增强泡沫稳定性，从而抑制泡沫层的排水和粗化[15]。然而，传统的泡沫稳定剂如水解聚丙烯酰胺（HPAM）由于多价阳离子诱导的羧基沉淀而发生“盐诱导的粘度降低”[16]。无论它们是与耐盐表面活性剂还是敏感表面活性剂混合，泡沫稳定性都会随着盐度的增加而下降[17]，[18]，[19]。
相比之下，生物聚合物黄原胶（XG）通过其带负电的丙酮酸侧链形成刚性双螺旋结构，实现了“盐增稠”[20]。当与耐盐表面活性剂（甜菜碱、APG）结合时，XG在高盐度下协同重构了界面吸附层和氢键（H键）网络，显著延长了泡沫的半衰期[21]，[22]。然而，当与敏感表面活性剂（SDS、AOS）结合时，泡沫稳定性仍会随着盐度的增加而恶化[23]，[24]。当前研究表明，单个组分的耐盐性不能直接外推到复合系统。复合系统的耐盐性可能源于聚合物、表面活性剂和盐离子之间的分子相互作用引发的协同机制，包括界面吸附、溶液流变性和H键网络重构。
我们的最新研究表明，一种聚合物/表面活性剂复合CO2泡沫系统（PG/OHSB，由天然植物多糖（车前子胶PG）和耐盐甜菜碱（油酸酰胺羟丙基磺基甜菜碱OHSB）组成）即使在恶劣的储层条件下（110 °C，10×104 mg/L的盐度）也表现出独特的耐盐性[25]。值得注意的是，其泡沫稳定性随着盐度的增加而提高，而不仅仅是保持不变，显示出显著的“盐离子诱导增强”效应。这一特性在高盐度储层的EOR中具有巨大的应用潜力。阐明盐离子如何调节聚合物-表面活性剂相互作用以诱导盐离子诱导增强效应对于合理设计和实际应用耐盐泡沫系统具有重要的理论意义。
在这里，我们进一步研究了PG/OHSB复合泡沫系统，旨在揭示其在高盐度条件下性能提升的机制。在一系列盐度条件下定量表征了泡沫性能和衰减行为。同时，通过界面吸附和流变分析研究了气液界面聚集体的行为和界面膜的粘弹性。此外，利用体相流变和扫描电子显微镜（SEM）揭示了聚合物“盐增稠”对泡沫层的强化作用。通过拉曼光谱阐明了盐离子诱导的H键网络和水合结构重构的机制。此外，使用分子动力学（MD）模拟分析了PG、OHSB、盐离子和H2O分子之间的相互作用机制。这项研究阐明了聚合物和表面活性剂之间的盐离子诱导协同机制，为在恶劣储层中开发环保、高性能的CO2泡沫驱油系统提供了理论基础。
