油滴铺展和聚并的数学模型.pdfVIP

石 油 学 报 　　 1999 年 5 月 ACTA PETROL EI SIN ICA 第 20 卷 　第 3 期 ( ) 文章编号 1999 　　 油滴铺展与聚并的数学模型 黄　为① 　曹国英　李　萌　海晓丹　姜炳南 ( 中国科学院大连化学物理研究所) 摘要 :对复合驱采出液破乳过程中的某些微观现象进行了观测和研究。在复合驱采出液的破乳过程中 , 随着油滴在水相 中上浮,会发生油滴变形铺展成油膜 ,油膜之间又很快发生聚并的现象。其原因是当油滴浮出水相 ,作用在油滴上的表面 张力发生变化 ,使油滴以固定的比例铺展成油膜 ,理论推导和实验数据都证明其比例系数是只与乳液体系的自身性质有 关的常数 ;聚并前后的油膜半径变化规律与球状油滴聚并变化规律一样 ,这是对油滴按比例铺展成油膜的自然推论。在 破乳速度较快、破乳程度较彻底的体系中 ,这种现象普遍存在。对此现象提出了数学模型 ,并进行了实验验证。 主题词 :提高采收率 ;聚并 ;破乳 ;铺展膜 ;数学模型 ;复合驱 1 　前　言 在三次采油中 ,含碱、聚合物、表面活性剂的三元复合驱的驱油效果好 ,采出率高 ,但同时由于采出的原油 乳化液中含有碱、表面活性剂使得破乳极其困难。 在以前的研究中曾对三维聚并破乳的动态行为进行过一些考察 ,实验结果表明 ,在所述的实验条件下 ,油 滴变形铺展成油膜 ,继而进行膜间的聚并 ,这种聚并过程比球状油滴之间的聚并要快得多 ,几率也大得多 ,对聚 并过程的贡献也就大。因此研究铺展膜的形成与聚并的规律在理论上和应用上都是有意义的。本文建立了油 滴形成铺展膜和铺展膜聚并的数学模型 ,并用图像处理装置进行了实验验证。 2 　数学模型的建立 2 1 　聚并形式 　　对水包油型乳液中油滴聚并的动态行为进行三维立体观测 ,观察到有三种聚并形式[1～3 ] : ( 1) 油滴间的聚 并 ; (2) 油滴与油层液面间的聚并 ; (3) 油滴自行变形形成铺展膜以及铺展膜间的聚并。在上述三种聚并形式 中第三种聚并的几率最大 ,速度最快 ,贡献最显著。 2 2 　铺展膜形成的数学模型 2 2 1 　假设 由实验现象表明当油滴上浮过程中自行发生铺展。因此可以假设是由于受力不平衡引起油滴形变 ,其过 ( ) ( ) γ ( 程为 :在均匀水相中 图 1 ,油滴表面受力平衡 ,可以保持球状 ,但当油滴浮出水面后 图 2 受到 1, 2 油、水间 ) γ ( ) γ ( ) 张力 、2 , 3 油、空气间张力 、1 , 3 水、空气间张力 三种表面张力作用, 由于三个表面张力使油滴受力不平衡, 不能保持球形形状而变形铺展开来。铺展后, 由于三个表面张力 γ , γ , γ 形成了一定的相对角度而达到力 1, 2 2 , 3 1, 3 的平衡, 使之成为图 3 的铺展膜的稳定形貌。油膜的上半部分均处于空气中, 受力均匀, 形状为球冠状, 下半部分 油膜均处于水相中, 受力均匀, 形状也是球冠状, 所以整个油膜为凸镜状[4] 。图3 中在油膜、空气、水三相交界处 ① 黄为 ,男 ,1969 年 11 月生。1991 年毕业于南开大学化学系 ,现为中国科学院大连化学物理研究所助理研究员 ,通讯处 : 辽宁省大连市 110 信箱 206 组。邮政编码 :116023 。 第 3 期 油滴铺展与聚并的数学模型 67