德國析塔
德國析塔
泡沫流體因具有靜液柱壓力低、濾失量小、攜砂性能好、助排能力強及對地層傷害小等特征,廣泛用于低壓、漏失及水敏性地層的鉆井、完井、修井和油氣井增產措施(如泡沫排水、負壓沖砂等) 中。在國外石油工業中,泡沫流體的應用已有三十多年的歷史了,現已成為油氣田開發中的一個重要發展方向。近年來,雖然我國石油工業在泡沫流體應用技術方面已積累了一些經驗,但還不十分成熟。
泡沫的穩定性和發泡性是泡沫在實際應用中最重要的兩個性質。泡沫的穩定性是泡沫的主要性能，好的發泡性是研究泡沫穩定性的前提。
2.1泡沫的衰變機理
目前普遍認為泡沫衰變的機理有兩個：一是液膜的排液;另一個是氣體透過液膜的擴散。兩種機理均與液膜性質及液膜與Plateau(三個氣泡的交界區)邊界間的相互作用有直接關系。
2.1.2液膜的排液
泡沫中液膜的排液是氣泡相互擠壓和重力作用的結果。氣泡的擠壓主要來源于曲面壓力。
2.1.3氣體透過液膜的擴散
由于氣泡的大小總是不均勻的，根據Laplace方程，泡沫中小氣泡內的氣體壓力高于大氣泡。在這一壓力差作用下，小氣泡中氣體會透過液膜擴散到大氣泡中，導致小氣泡變小，以致消失，而大氣泡變大，最終破裂。對于浮在液面上的氣泡，氣體會透過液膜直接向氣相擴散，導致泡沫衰變。
泡沫是相當復雜的體系，影響泡沫穩定性的因素較多,主要討論以下幾個方面。
3.1 起泡溶液的表面張力
隨著泡沫的生成,液體表面積增大,表面能增高。根據Gibbs原理,體系總是趨向于較低的表面能狀態,低表面張力,可使泡沫體系能量降低,有利于泡沫的穩定。
3.2 表面粘度
表面粘度是指液體表面單分子層內的粘度。這種粘度,主要是表面活性劑分子在表面單分子層內的親水基間相互作用及水化作用而產生的。皂素、蛋白質及其他類似物質的分子間, 除范德華力外,分子間的羧基、胺和羰基間有形成氫鍵的能力;因而, 有很高的表面粘度, 形成很穩定的泡沫。
3.3 溶液粘度
SITA等研究了水溶性聚合物對泡沫穩定性的影響, 他們在0.2%C12 H25OSO3Na和0.5%NaCl的水溶液中, 加入C12H25OH和羥甲基纖維素鈉鹽,并測定了泡沫的有關參數,得出以下結論:水溶性聚合物的加入,提高了溶液的粘度,增長了泡沫重力排液松馳時間,氣體擴散松馳時間及泡沫半衰期。
3.4 壓力和氣泡大小分布
泡沫在不同壓力下穩定性不同,壓力越大,泡沫越穩定。Rand研究了活性劑水溶液泡沫,在不同壓力下的排液時間,發現壓力與泡沫排液時間呈直線關系。這是因為泡沫質量一定時,壓力越大,泡沫半徑越小;泡膜的面積越大,液膜變得越薄,排液速度越低。
3.5 溫度
大量實踐表明, 泡沫穩定性隨溫度升高而下降。在低溫和高溫下泡沫的衰變過程不同:(1)低溫下,泡沫排液使泡膜達到一定厚度時, 就呈亞穩狀態,其衰變機理主要是氣體擴散.(2)高溫下,泡沫破滅由泡沫柱頂端開始, 泡沫體積隨時間增長有規律地減小。
3.6 泡沫質量的影響
泡沫質量是指泡沫中氣體所占總體積的百分比。Minssieux[20]認為泡沫質量對其穩定性有決定性影響，且這種影響隨泡沫衰變的主要機理不同而異。以排液為主要衰變機理的泡沫，其穩定性隨泡沫質量的增加而增加;以氣體擴散為主要衰變機理的泡沫，其泡沫穩定隨泡沫質量的增加而降低。前者因泡沫質量提高，氣泡半徑變小，泡膜變薄，排液速率降低;后者，由于泡沫質量增加，加速了氣體擴散速率，泡沫變得不穩定。
(1)氣流法
氣流法產生泡沫的方式一般是以一定流速的氣體通過玻璃砂濾板, 濾板上有一定量的測試溶液, 于是在容器(刻度量筒)中會形成泡沫。當固定氣體的流速并使用同一儀器時,流動平衡時的泡沫高度h 可以作為泡沫性能的量度。這種
方法又稱為改進的Bikerman 法, 是目前比較常用的泡沫評價方法之一。
(2)攪動法
攪動法是在氣體(一般為空氣)中攪動液體, 將氣體攪入液體中形成泡沫。嚴格規定儀器規格、攪動方式、時間、速度及液體用量等,則生成泡沫的體積V0(剛停止攪拌時的體積)即可用來表示試液的起泡性; 記錄停止攪動后泡沫體積
隨時間的變化(減少)并作出曲線,由此可以了解泡沫的穩定性。
德國SITA R2000泡沫測試儀
5.1實驗藥品
起泡劑:ZXD;十二烷基苯磺酸鈉(分子量:348.48含量≥83%,上海化學試劑站中心化工廠)
穩泡劑: 三乙醇胺(分子量:149.19三乙醇胺含量≥85.0%,灼燒殘渣0.05%(成都市醫藥公司化學試劑批發部);聚丙烯酰胺。
5.2實驗方法
(1)原理:正交設計(四水平),詳見表1
(2)按照正交設計,配制定量基液,裝入容器中,在合適的氣流量下,使氣液混合產生泡沫,測起泡時間t′和泡沫半衰期t,以此衡量起泡能力和泡沫穩定性。起泡時間短,半衰期長, 則說明該起泡劑性能良好。起泡時間為產生600mL泡沫所需的時間,半衰期為泡沫體積衰減至半時的時間(表2~表5)
表1
| a | b | c | d | e |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 |
3 | 1 | 3 | 3 | 3 | 3 |
4 | 1 | 4 | 4 | 4 | 4 |
5 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 |
6 | 2 | 2 | 1 | 4 | 3 |
7 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 |
8 | 2 | 4 | 3 | 2 | 1 |
9 | 3 | 1 | 3 | 4 | 2 |
10 | 3 | 2 | 4 | 3 | 1 |
11 | 3 | 3 | 1 | 2 | 4 |
12 | 3 | 4 | 2 | 1 | 3 |
13 | 4 | 1 | 4 | 2 | 3 |
14 | 4 | 2 | 3 | 1 | 4 |
15 | 4 | 3 | 2 | 4 | 1 |
16 | 4 | 4 | 1 | 3 | 2 |
表2十二烷基苯磺酸鈉(x)+三乙醇胺(y)
列 號 | x 濃度1(%) | y 濃度2(%) | 起泡能力(t′) | 半衰期(t) | |
1 | 0.2 | 0.5 |
|
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2 | 0.2 | 0.8 |
|
| |
3 | 0.2 | 1.0 |
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| |
4 | 0.2 | 1.6 |
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| |
5 | 0.4 | 0.5 |
|
| |
6 | 0.4 | 0.8 |
|
| |
7 | 0.4 | 1.0 |
|
| |
8 | 0.4 | 1.6 |
|
| |
9 | 0.7 | 0.5 |
|
| |
10 | 0.7 | 0.8 |
|
| |
11 | 0.7 | 1.0 |
|
| |
12 | 0.7 | 1.6 |
|
| |
13 | 1.0 | 0.5 |
|
| |
14 | 1.0 | 0.8 |
|
| |
15 | 1.0 | 1.0 |
|
| |
16 | 1.0 | 1.6 |
|
|
表3 ZXD(x)+三乙醇胺(y)
列 號 | x 濃度1(%) | y 濃度2(%) | 起泡能力(t′) | 半衰期(t) | |
1 | 0.5 | 0.5 |
|
| |
2 | 0.5 | 0.8 |
|
| |
3 | 0.5 | 1.0 |
|
| |
4 | 0.5 | 1.4 |
|
| |
5 | 0.8 | 0.5 |
|
| |
6 | 0.8 | 0.8 |
|
| |
7 | 0.8 | 1.0 |
|
| |
8 | 0.8 | 1.4 |
|
| |
9 | 1.0 | 0.5 |
|
| |
10 | 1.0 | 0.8 |
|
| |
11 | 1.0 | 1.0 |
|
| |
12 | 1.0 | 1.4 |
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| |
13 | 1.3 | 0.5 |
|
| |
14 | 1.3 | 0.8 |
|
| |
15 | 1.3 | 1.0 |
|
| |
16 | 1.3 | 1.4 |
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表4 十二烷基苯磺酸鈉(X)+三乙醇胺(Y)聚丙烯酰胺(z)
列 號 | x濃度1(%) | y濃度2(%) | z濃度3(%) | 起泡能力(t′) | 半衰期(t) | |
1 | 0.5 | 0.5 | 0.05 |
|
| |
2 | 0.5 | 0.8 | 0.1 |
|
| |
3 | 0.5 | 1.0 | 0.15 |
|
| |
4 | 0.5 | 1.4 | 0.2 |
|
| |
5 | 0.8 | 0.5 | 0.1 |
|
| |
6 | 0.8 | 0.8 | 0.05 |
|
| |
7 | 0.8 | 1.0 | 0.2 |
|
| |
8 | 0.8 | 1.4 | 0.15 |
|
| |
9 | 1.0 | 0.5 | 0.15 |
|
| |
10 | 1.0 | 0.8 | 0.2 |
|
| |
11 | 1.0 | 1.0 | 0.05 |
|
| |
12 | 1.0 | 1.4 | 0.1 |
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| |
13 | 1.3 | 0.5 | 0.2 |
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| |
14 | 1.3 | 0.8 | 0.15 |
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| |
15 | 1.3 | 1.0 | 0.1 |
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16 | 1.3 | 1.4 | 0.01 |
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表5 十二烷基苯磺酸鈉(x)+聚丙烯酰胺(y)
列 號 | x 濃度1(%) | y 濃度2(%) | 起泡能力(t′) | 半衰期(t) | |
1 | 0.5 | 0.1 |
|
| |
2 | 0.5 | 0.8 |
|
| |
3 | 0.5 | 0.4 |
|
| |
4 | 1.0 | 0.1 |
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| |
5 | 1.0 | 0.8 |
|
| |
6 | 1.0 | 0.4 |
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| |
7 | 1.5 | 0.1 |
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8 | 1.5 | 0.8 |
|
| |
9 | 1.5 | 0.4 |
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6.1 氣液比對充氣條件的影響
常溫下,對兩種起泡劑的t′和t 進行測試。
6.2 起泡劑濃度對t′和t的影響
用十二烷基苯磺酸鈉和ZXD配制成不同濃度溶液再與1.0%三乙醇胺分別配成100ml基液并在常溫常壓下進行測試.
6.3 固泡劑濃度對t′和t影響
按要求配制基液對三乙醇胺的濃度對t′和t影響進行研究
6.4 增粘劑濃度對t′和t的影響
固定十二烷基苯磺酸鈉的濃度,測定增粘劑聚丙烯酰胺的濃度對t′和t的影響
提高本體溶液液相粘度SudarshiTA.Reg2ismond等在溶液中加入纖維素醚類聚合物,提高溶液粘度,降低液膜的排液速率,增加泡沫穩定性R1J1Green和Anneke H1Martin等將蛋白質加入溶液中,由于蛋白質能夠在液膜上形成網絡結構,這樣一方面提高液膜的初始排水量,而且能降低泡沫排液速率,提高了泡沫穩定性。
表面活性劑復配Britta M1Flome 等用陽離子型高分子表面活性劑與陰離子表面活性劑復配,由于二者強烈靜電作用,增加了陰陽離子在界面上的吸附量。同時,二者在膜間的液相粘度增加,提高了泡沫穩定性。CecilMonteux 等將陰離子表面活性劑PSS和陽離子面活性劑CTAB復配,二者在界面上發生相互作用生成微型膠體,來增加膜間液相粘度,增加泡沫壽命。DUZhiping和EricDickison等將硅顆粒均勻分散在溶液中,當泡沫生成后,微小硅顆粒在泡沫膜上形成一層致密殼層結構,阻止了泡沫膜逐級分層,使泡沫穩定。
德國SITA R2000 自動泡沫分析儀
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