石油专栏 | Materials Studio：强化氮气泡沫驱油-水解聚丙烯酰胺

该篇文章是一项关于使用Materials Studio软件进行提高油气采收率的研究。在油气开采领域，尤其是在强异质性油藏中，传统的泡沫驱油方法存在稳定性不足和分布不均的问题。这导致了油藏中高渗透层和低渗透层的油水分布不均，从而影响了油气的采收效率。为了解决这一问题，该团队提出了一种新型的氮气泡沫——水解聚丙烯酰胺强化的氮气泡沫（HSNF），旨在克服传统泡沫驱油的缺陷，提高泡沫的稳定性和改善油水分布。

在模拟研究部分，作者运用分子动力学模拟考察了HSNF在盐水中的纳米结构。以及HSNF与常规氮气泡沫在油水置换过程中的微观机制。首先构建了四个周期性结构，以模拟水驱、氮驱、传统氮泡沫驱和HSNF驱的液相组成以及各部分的相互作用。分析相关的性质，比如不同躯体体系中的浓度分布、相互作用能、扩散系数-它量化了分子通过随机行走过程在单位时间内覆盖的平均面积。高的扩散系数意味着分子移动速度快，扩散能力强，而低的扩散系数则表示分子移动缓慢（以扩散系数结果为例：可以观察到表面活性剂和聚合物的加入逐渐降低了氮气在整个驱油系中的扩散速率；在HSNF体系中，氮气与原油之间的接触被抑制，增强了原油与水之间的相互作用，从而提高了水驱的有效性）。

结果表明，通过增加液态相的粘度和压力，以及减少表面活性剂的吸附能力，HSNF的泡沫半衰期得到了显著提升。此外，分子动力学模拟进一步揭示了水解聚丙烯酰胺的添加改善了油驱剂在多孔介质中的均匀分布，从而抑制了氮气在泡沫系统中的扩散，并增强了水相与原油之间的相互作用。

这项研究的应用价值在于，HSNF作为一种创新的油藏驱油剂，对于低孔隙度、低渗透性和强异质性砂岩油藏具有显著的应用潜力。它不仅能够提高泡沫的稳定性，还能够有效地启动低渗透层的流动，增加原油的动用率。此外，该技术使用的材料和方法相对环境友好，有助于减少油田开发和生产过程中的环境影响。这项研究不仅在理论上为纳米尺度上的增强油气采收提供了新的见解，也为现场应用提供了重要的技术指导。

总之，本研究通过实验室实验和分子动力学模拟的结合，为油气采收率的提升提供了一种新的技术途径。这种方法通过改善泡沫的稳定性和分布，有望在油气开采领域实现更高效、更经济的资源利用。

业务挑战

在水驱过程中，高渗透层的水通道现象严重影响了油田开发效率。

低渗透层的水驱效率不高，导致原油回收不足。

化学凝胶、微球、CO2和氮气等传统方法存在局限性，无法完全解决这些挑战。

解决方案

为了研究氮气泡沫驱和HSNF驱之间的机制差异，使用Materials Studio软件构建了四个周期性结构，以模拟水驱、氮驱、传统氮泡沫驱和HSNF驱的液相组成以及各部分的相互作用。

基于Materials Studio软件的分子动力学模拟结果显示，通过将聚合物添加到氮气泡沫中，改善了油驱剂在多孔介质中的分布，增强了水和油之间的相互作用，并促进了原油从岩石表面的脱附；另外聚合物抑制了泡沫系统中氮气的扩散，从而增强了N2对原油的流动性，并保持了系统中流动流体的流动特性。

应用价值

提高油气回收率的新方法：HSNF作为一种创新的油藏驱油剂，对于低孔隙度、低渗透性和强异质性砂岩油藏具有显著的应用潜力。它不仅能够提高泡沫的稳定性，还能够有效地启动低渗透层的流动，增加原油的动用率。

经济和环境双重效益：聚合物增强的氮气泡沫技术不仅能够提高油气回收率，同时其使用的材料和方法相对环境友好，有助于减少油田开发和生产过程中的环境影响。

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