在实现碳中和和高效烃类资源回收的双重目标驱动下，CO2泡沫驱油技术因其同时提高石油采收率（EOR）和实现碳储存的双重作用而成为研究重点[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效应为这一问题提供了有效的解决方案[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、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性控制和EOR封堵的关键因素。因此，理解高盐度环境下泡沫的稳定性机制并开发耐盐策略是实施CO2泡沫驱油技术的关键挑战。
盐离子的存在压缩了表面活性剂的双电层，减弱了静电排斥力，并引发了盐析效应[9]。这不仅降低了表面活性剂的溶解度，还破坏了泡沫层的弹性，严重影响了泡沫的稳定性和泡沫驱油的整体效果。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，泡沫性能随盐度的增加而单调下降[10], [11]。相比之下，两性betaine和非离子烷基聚糖（APG）由于其独特的电荷分布表现出“盐离子诱导的增强”效应，泡沫性能随盐度的增加而提高。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，超过某个临界盐浓度后，过量的离子会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提高泡沫稳定性，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）由于多价阳离子引起的羧基沉淀而发生“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（betaine、APG）结合时，XG在高盐度下协同重构了界面吸附层和氢键（H-bond）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]。当前的研究表明，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所引发的协同机制，包括界面吸附、溶液流变学和H-bond网络的重构。
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betaine（油酸酰胺羟丙基磺基betaine 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“盐离子诱导的增强”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的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。
在此，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增强的机制。在一系列盐度条件下，我们对泡沫性能和衰减行为进行了定量表征。同时，通过界面吸附和流变学分析研究了气-液界面聚集体的行为以及界面膜的粘弹性。此外，使用体相流变学和扫描电子显微镜（SEM）揭示了聚合物“盐增稠”对泡沫层的增强作用。通过拉曼光谱阐明了盐离子诱导的H-bond网络和水合结构重构的机制。此外，分子动力学（MD）模拟用于分析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的协同机制，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。
