泡沫作为油田开发的智能流体^[1]，在泡沫驱油过程中具有“堵大不堵小、堵水不堵油”的特性^[2-3]，其中泡沫的稳定性和起泡性能对泡沫的驱油性能影响比较大^[4]，泡沫调驱过程中筛选泡沫性能较好的起泡剂至关重要。起泡剂分子结构对起泡剂泡沫性能的影响较大^[5]，其分子结构主要由亲水基团和疏水链组成^[6]，疏水链的长度以及构成直接影响起泡剂的溶解性，亲水基团的种类对起泡剂的溶解性和配伍性会造成较大影响^[7]，而溶解性直接影响起泡剂的泡沫性能，起泡剂的配伍性受到地层压力、温度以及矿化度等因素的影响^[8]。因此，对于起泡剂而言，分子结构对起泡剂体系的泡沫性能具有直接影响，需对起泡剂分子结构进行深入分析和研究，从而找出其分子结构对泡沫性能的影响规律。由于起泡剂中含有阳离子基团会造成起泡剂在地层中的强烈吸附，因此本文重点从阴离子及非离子起泡剂的类型、疏水链长、亲水基团类型和起泡剂中的极性基团类型的不同来分析起泡剂分子结构的变化对起泡剂泡沫性能的影响，为低界面张力泡沫调驱的研究提供理论指导。

1 实验部分 1.1 实验药剂

起泡剂：阴离子型起泡剂(十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十四烷基羧酸钠、十四烷基磺酸钠、十四烷基硫酸钠、十二烷基酰胺基磺酸盐、十二烷基乙氧基磺酸盐、十二烷基羟丙基磺酸盐、十四烷基酰胺基磺酸盐、十四烷基乙氧基磺酸盐、十六烷基酰胺基磺酸盐，上海诺颂实业有限公司)；非离子型起泡剂(聚氧乙烯十二醇醚、聚氧乙烯十四醇醚、聚乙二醇单月桂酸酯、聚乙二醇单椰油酸酯、正癸烷酰胺醇、十二烷基酰胺醇、十四烷基酰胺醇、双十四烷基酰胺醇、十六烷基酰胺基磺酸盐，江苏海安石油化工)。

实验用配制水：QK油田模拟注入水，矿化度9 709.14 mg/L，属于NaHCO₃型水型。

1.2 实验仪器

2512改进型Ross-Miles泡沫仪，美国CNG公司；恒温水浴锅，天津科诺仪器设备有限公司；电子天平，上海上天精密仪器有限公司，等。其他：容量瓶、玻璃棒、胶头滴管和烧杯等。

1.3 起泡剂泡沫体系性能评价

配置一定质量浓度的起泡剂溶液，按照《GB/T 7462—94表面活性剂发泡力的测定改进Ross-Miles法》^[9]测定起泡剂的起泡性能(V_max，mL)和稳泡性能(t_1/2，min)，按照泡沫综合值C=3/4×V_max×t_1/2来表征发泡剂的起泡能力、稳泡能力以及泡沫衰减的过程^[10]。

2 实验结果分析 2.1 起泡剂类型对泡沫性能的影响

由于起泡剂中含有阳离子基团会造成起泡剂在地层中的强烈吸附，因此在起泡剂类型对泡沫性能的影响研究中重点研究了阴离子型、非离子型2类起泡剂对泡沫性能的影响。实验选用阴离子起泡剂为十二烷基羧酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠；实验选用非离子型起泡剂为聚氧乙烯十二醇醚、聚乙二醇单月桂酸酯、十二烷基酰胺醇。参照1.3节起泡剂泡沫体系性能评价方法进行泡沫性能评价，实验结果如表1、图1所示。

通过表1和图1中的数据可知，疏水链碳数相同或相近，且用量或使用浓度相同时，阴离子型起泡剂的起泡体积、半衰期均高于非离子型起泡剂。由此说明起泡剂类型对泡沫性能存在明显影响，而阴离子型起泡剂更有利于其泡沫性能发挥。阴离子型起泡剂较非离子型起泡剂具有更好的泡沫性能，主要是由于在疏水链碳数相同或相近时，阴离子型起泡剂中的磺酸基与硫酸基较非离子型起泡剂更具有亲水性，因此阴离子型起泡剂在水中具有更好的溶解性，从而导致阴离子型起泡剂分子附着于泡沫液膜表面时相较于非离子型起泡剂具有更强的“锁水”作用，泡沫液膜上的水分不易流失，泡沫的稳定性也更强。

2.2 亲水头基对起泡剂泡沫性能的影响

实验测试了不同亲水头基(羧酸基、磺酸基、硫酸基)对起泡剂泡沫性能的影响，具体起泡剂及发泡性能、半衰期结果如表2、图2所示。

通过表2和图2中的数据可知，烷基疏水碳链数为12、14时，阴离子型羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐型起泡剂的泡沫性能变化规律相同，磺酸盐型起泡剂的泡沫综合值大于羧酸盐与硫酸盐型起泡剂。由此说明起泡剂亲水头基不同，起泡剂的泡沫性能不同，磺酸盐型起泡剂的泡沫性能皆优于羧酸盐、硫酸盐型起泡剂。羧酸盐型起泡剂溶解性较弱，因而其泡沫性能较硫酸盐与磺酸盐弱。硫酸盐亲水基-O-SO₃Na中的硫原子不与碳原子直接相连，造成硫酸盐稳定性较差。

2.3 极性基团对起泡剂泡沫性能的影响

实验测试了不同亲极性基团(酰胺基、乙氧基、羟丙基)对起泡剂泡沫性能的影响，具体起泡剂及发泡性能、半衰期结果如表3、图3所示。

通过表3和图3中的数据可知，酰胺基、乙氧基、羟丙基相同的十二烷基磺酸盐型起泡剂与十四烷基磺酸盐型起泡剂的泡沫性能的变化规律相同，其中带有酰胺基的磺酸盐型起泡剂的泡沫综合值最优。由此可知，极性基团不同泡沫性能不同，带有酰胺基的磺酸盐型起泡剂泡沫性能优于带有乙氧基、羟丙基的磺酸盐型起泡剂。主要是由于酰胺基团相比于羟丙基、乙氧基更容易通过分子间氢键或者偶极矩的相互作用，使吸附层表面活性剂分子更紧密的排布，从而增加吸附层的黏性和弹性，增强吸附膜的稳定性，提高表面活性剂的起泡、稳泡性能。

2.4 疏水链长度对起泡剂泡沫性能的影响

实验测试了不同疏水链长(12、14、16)对起泡剂泡沫性能的影响，具体起泡剂及发泡性能、半衰期结果见表4、图4。

通过表4和图4中的数据可知，随疏水链的延长，起泡剂泡沫综合值呈现先增大后降低的趋势，其中在碳链数为14时起泡剂泡沫综合值达到最大。烷基疏水链长的不同对起泡剂的起泡性以及稳泡性造成不同的影响。烷基链逐渐延长，起泡剂分子的疏水性逐渐增强，起泡剂的水溶性逐渐降低，但起泡剂分子更容易在气液界面上富集，起泡剂分子在气液界面上的排布更加紧密，烷基链延长带来的负影响被正影响所掩盖，起泡剂的起泡体积增大，稳泡时间延长。随烷基链继续延长，其水溶性进一步下降，起泡剂浓度下降，起泡剂分子在气液界面上的吸附已达到饱和，起泡剂分子在气液界面上的进一步吸附会压缩泡沫薄膜导致液膜破裂。同时当疏水链碳数较高时，起泡剂分子会有排列倾斜弯曲的倾向，致使表面活性剂分子在气液表面的吸附变弱，此时起泡剂烷基链延长带来的负影响掩盖了正影响，起泡量降低，稳泡时间缩短。

3 结论

1）阴离子型起泡剂较非离子型起泡剂具有更优的泡沫性能。

2）在阴离子型的起泡剂中，带有酰胺基团的磺酸盐型起泡剂较带有其他极性基团的羧酸盐型与硫酸盐型起泡剂具有更好的泡沫性能。

3）起泡剂的疏水链长并非越长越有益于起泡剂的泡沫性能，烷基疏水链长在12~16时，链长为14的起泡剂具有更优的泡沫性能。