摘要： 氣井在開采后期經常會因液體積聚而堵塞采氣通道，對后續開采工作造成不利后果。這些不良條件（例如高凝析油含量、高溫和高鹽度）通常會影響起泡劑的性能。本研究采用與現場處理方法相似的氣流法篩選表面活性劑，其中具有不同聚氧乙烯醚（EO）單元數的醇醚硫酸鹽（AEnS）在液體攜液率和泡沫穩定性方面表現出色。在80°C下，高質量濃度NaCl溶液（200 g/L）和高體積分數（20%）凝析油中，具有2個EO單元的AEnS（AE2S）攜液率達到了84%。通過相同溫度下測量的動態表面張力和界面張力分析了擴散速率和界面特性對AEnS泡沫的影響，而黏度和液膜厚度則反映了泡沫的機械強度和攜液能力。此外，透射電子顯微鏡（TEM）發現，AE2S在高質量濃度NaCl溶液中形成了"樹枝狀"的膠束聚集體，顯著提高了泡沫的黏度和穩定性。利用分子動力學分析了AEnS、NaCl和H2O之間的相互作用，從分子力學角度證實了這三者之間能夠形成穩定結構，從而有助于泡沫穩定性。這些結果證明了AE2S泡沫在氣井排水采氣領域具有巨大潛力。

1 實驗部分

1.1 材料

AE2S（白色黏稠液體，70%）購自中國中輕化工有限公司。AE5S（水溶液，25%）和AE7S（水溶液，20%）由中國日用化學工業研究院合成。消泡劑CN1152（白色黏稠液體，100%純度）購自上海西納化學有限公司。NaCl（分析純）和石油醚（沸點范圍60-90°C）購自天津大茂化學試劑廠。AE2S、AE5S和AE7S的平均分子量分別為377、518和603 g/mol。三種表面活性劑的結構如圖1所示。所有實驗均使用電阻率為18.25 MΩ·cm（25°C）的超純水。

1.2 方法

1.2.1 動態表面張力（DST）

使用芬蘭Kibron公司的EZ-Pi Plus便攜式動態表面張力儀，在（80±1）°C下采用Wilhelmy板法監測所有樣品的動態表面張力曲線。儀器配備高靈敏度合金絲探針，可實時監測表面張力隨時間的變化。有效表面年齡范圍為0.01至300 s。所有原始表面溶液的總質量分數為0.1%。

1.2.2 泡沫形態分析

使用法國Teclis公司的FoamScan進行圖像分析以監測發泡性能。在（80±1）°C下，使用注射器將60 mL發泡劑引入玻璃樣品池。通過以恒定速率300 mL/min通入干燥氮氣產生泡沫，直至泡沫到達內玻璃管頂部，此時應停止通氣。使用CCD相機和氣泡尺寸分析（CSA）軟件持續捕捉氣泡圖像。

1.2.3 界面張力

使用芬蘭Kibron公司的Delta-8界面張力儀，在（80±1）°C條件下，采用Wilhelmy板法測量這三種表面活性劑在石油醚-水界面的界面張力。選擇石油醚作為油相，樣品溶液作為水相。測量過程中每分鐘記錄一次，共記錄12次。

1.2.4 黏度測量

使用德國Thermo Fisher公司的Haake流變儀（MARS 40），配備CC27DG/Ti轉子測量發泡溶液的黏度。每次測量中，測量并記錄（80±1）°C下發泡溶液在剪切速率范圍50-200 s?1內的黏度。

1.2.5 膠束結構

使用日本JOEL公司的TEM（JEM-1011）測量四種表面活性劑溶液樣品的膠束聚集狀態。每個樣品在觀察前均經過（80±1）°C的熱穩定性處理，即將其置于熱水浴中6小時。

1.2.6 柱內發泡和攜液性能

如圖2所示的裝置用于評估每種泡沫在不同條件下的攜液性能。測量遵循SY/T 5761《排水采氣用起泡劑技術規范》標準。裝置的核心單元是一個垂直透明柱（玻璃材質，高度100 cm，內徑2.5 cm），其中預加載的100 mL發泡溶液在N?流動作用下轉化為泡沫，流速為2 L/min。產生的泡沫向上流動并在泡沫接收器中積聚。使用以下公式獲得攜液效率：

攜液效率 = V / 200 × 100%

其中V為泡沫接收器中液體的體積。使用消泡劑CN1152和4°C冷水循環進行消泡。每次運行期間，外部連接的恒溫水浴提供恒定的（80±1）°C溫度。每次運行至少重復兩次以確保可重復性。

1.2.7 模型構建和模擬細節

使用Materials Studio（2019版）軟件的Forcite模塊模擬AE2S、AE5S、AE7S、NaCl和H2O分子的部分電荷，采用廣泛使用的COMPASS力場。模型最初使用Amorphous Cell模塊構建，其幾何構型通過Smart Minimizer方法在5000步內優化，力場容差為1.0 kcal/mol/?。在所有方向施加周期性邊界條件。每個分子動力學模擬在NVT系綜中進行200 ps。溫度控制在353 K，溫度控制方法為Nose-Hoover。時間步長設置為1 fs，每10 ps記錄一次動力學軌跡信息。庫侖相互作用使用Ewald求和方法計算，而范德華相互作用采用基于原子的方法計算。

200 g/L NaCl共存體系的建模方法如下：AE2S（圖3a）、AE5S（圖3b）和AE7S（圖3c）置于NaCl溶液中。模擬盒尺寸設置為4×4×4 nm。模擬盒沿Z軸延伸至8 nm。分子居中放置，兩側留出真空區域以構建真空-水界面。在每個鹽水體系中（圖3a-c），AE2S、AE5S和AE7S的分子數統一設置為8。圖3a-c體系對應的水分子數分別為4224、4032和3888。每次分子動力學模擬（200 ps）后，計算徑向分布函數（RDF）和均方位移（MSD）用于分析。