泡沫液的性能.doc

泡沫液的性能 1.泡沫液研究现状 泡沫流体因具有静液柱压力低、滤失量小、携砂性能好、助排能力强及对地层伤害小等特征,广泛用于低压、漏失及水敏性地层的钻井、完井、修井和油气井增产措施(如泡沫排水、负压冲砂等) 中。在国外石油工业中,泡沫流体的应用已有三十多年的历史了,现已成为油气田开发中的一个重要发展方向。近年来,虽然我国石油工业在泡沫流体应用技术方面已积累了一些经验,但还不十分成熟。 泡沫的稳定性和发泡性是泡沫在实际应用中最重要的两个性质。泡沫的稳定性是泡沫的主要性能，好的发泡性是研究泡沫稳定性的前提。 2.泡沫稳定性的研究 2.1泡沫的衰变机理 目前普遍认为泡沫衰变的机理有两个：一是液膜的排液；另一个是气体透过液膜的扩散。两种机理均与液膜性质及液膜与Plateau（三个气泡的交界区）边界间的相互作用有直接关系。 2.1.2液膜的排液 泡沫中液膜的排液是气泡相互挤压和重力作用的结果。气泡的挤压主要来源于曲面压力。 2.1.2气体透过液膜的扩散 由于气泡的大小总是不均匀的，根据Laplace方程，泡沫中小气泡内的气体压力高于大气泡。在这一压力差作用下，小气泡中气体会透过液膜扩散到大气泡中，导致小气泡变小，以致消失，而大气泡变大，最终破裂。对于浮在液面上的气泡，气体会透过液膜直接向气相扩散，导致泡沫衰变。 3 泡沫稳定性的影响因素 泡沫是相当复杂的体系，影响泡沫稳定性的因素较多,主要讨论以下几个方面。 3.1 起泡溶液的表面张力 随着泡沫的生成,液体表面积增大,表面能增高。根据Gibbs原理,体系总是趋向于较低的表面能状态,低表面张力,可使泡沫体系能量降低,有利于泡沫的稳定。 3.2 表面粘度 表面粘度是指液体表面单分子层内的粘度。这种粘度,主要是表面活性剂分子在表面单分子层内的亲水基间相互作用及水化作用而产生的。皂素、蛋白质及其他类似物质的分子间, 除范德华力外,分子间的羧基、胺和羰基间有形成氢键的能力;因而, 有很高的表面粘度, 形成很稳定的泡沫。 3.3 溶液粘度 SITA等研究了水溶性聚合物对泡沫稳定性的影响, 他们在0.2%C12 H25OSO3Na和0.5%NaCl的水溶液中, 加入C12H25OH和羟甲基纤维素钠盐,并测定了泡沫的有关参数,得出以下结论:水溶性聚合物的加入,提高了溶液的粘度,增长了泡沫重力排液松驰时间,气体扩散松驰时间及泡沫半衰期。 3.4 压力和气泡大小分布 泡沫在不同压力下稳定性不同,压力越大,泡沫越稳定。Rand研究了活性剂水溶液泡沫,在不同压力下的排液时间,发现压力与泡沫排液时间呈直线关系。这是因为泡沫质量一定时,压力越大,泡沫半径越小;泡膜的面积越大,液膜变得越薄, 排液速度越低。 3.5 温度 大量实践表明, 泡沫稳定性随温度升高而下降。在低温和高温下泡沫的衰变过程不同:(1)低温下,泡沫排液使泡膜达到一定厚度时, 就呈亚稳状态,其衰变机理主要是气体扩散.(2)高温下,泡沫破灭由泡沫柱顶端开始, 泡沫体积随时间增长有规律地减小。 3.6 泡沫质量的影响 泡沫质量是指泡沫中气体所占总体积的百分比。Minssieux[20]认为泡沫质量对其稳定性有决定性影响，且这种影响随泡沫衰变的主要机理不同而异。以排液为主要衰变机理的泡沫，其稳定性随泡沫质量的增加而增加；以气体扩散为主要衰变机理的泡沫，其泡沫稳定随泡沫质量的增加而降低。前者因泡沫质量提高，气泡半径变小，泡膜变薄，排液速率降低；后者，由于泡沫质量增加，加速了气体扩散速率，泡沫变得不稳定。 4.泡沫稳定性的评价方法 (1)气流法 气流法产生泡沫的方式一般是以一定流速的气体通过玻璃砂滤板, 滤板上有一定量的测试溶液, 于是在容器(刻度量筒)中会形成泡沫。当固定气体的流速并使用同一仪器时,流动平衡时的泡沫高度h 可以作为泡沫性能的量度。这种 方法又称为改进的Bikerman 法, 是目前比较常用的泡沫评价方法之一。 (2)搅动法 搅动法是在气体(一般为空气)中搅动液体, 将气体搅入液体中形成泡沫。严格规定仪器规格、搅动方式、时间、速度及液体用量等,则生成泡沫的体积V0(刚停止搅拌时的体积)即可用来表示试液的起泡性; 记录停止搅动后泡沫体积 随时间的变化(减少)并作出曲线,由此可以了解泡沫的稳定性。 5.泡沫稳定性实验研究 5.1实验药品 起泡剂:ZXD;十二烷基苯磺酸钠(分子量:348.48含量≥83%,上海化学试剂站中心化工厂) 稳泡剂: 三乙醇胺(分子量:149.19三乙醇胺含量≥85.0%,灼烧残渣0.05%(成都市医药公司化学试剂批发部);聚丙烯酰胺。 5.2实验方法 (1)原理:正交设计(四水平),详见表1 (2)按照正交设计,配制定量基液,装入容器中,在合适的气流量下,使气液混合产生泡沫,测起泡时间t′和泡沫半衰期t,以此衡量起泡能力和