发泡多孔介质对泡沫粒径的影响

通过泡沫粒径测量实验和发泡多孔介质的恒速压汞实验研究不同长度、不同孔隙结构发泡多孔介质的发泡效果．确定泡沫粒径的最小表征单元和泡沫生成稳定时需要的“扰动单元”数量。结果表明：当单幅图像中的泡沫数量高于120时，泡沫粒径的变异系数将趋于稳定，能够消除泡沫粒径的影响；采用扰动单元和扰动单位的概念能更能准确地从泡沫产生机理上评价发泡多孔介质的发泡能力，且当扰动单元数量达到100±20个时，泡沫的变异系数小于0．5．泡沫的粒径均质程度较好；泡沫平均粒径约为主流喉道直径的1．23～1．51倍，均小于平均孔隙直径，在相同的多孔介质中一旦产生能够起到较好的封堵作用。

岩心渗透率级差对泡沫分流量的影响

采用并联岩心组合方式确定了不同渗透率级差岩心的注入能力和分流能力特征,通过泡沫粒径测量实验和发泡多孔介质的恒速压汞实验研究了泡沫与孔隙结构的匹配关系。结果表明:岩心渗透率级差为6后分流量比值大于1,当主流喉道直径与泡沫平均直径比值大于0.911时分流率为0.98,出现等流度流动;泡沫平均直径与主流喉道直径比值约为1:1时,泡沫能够达到较好的孔喉封堵效果,实现剖面反转或等流度流动;在分流量和注入压力的综合影响下,泡沫粒径与喉道半径比为0.826,进而确定合理的分流率比例为0.777。研究确定了岩心渗透率级差对泡沫封堵能力和分流率比例的影响程度。

多孔介质内泡沫稳定性定量评价实验

为了克服常规泡沫稳定性评价方法难以模拟高温高压多孔介质环境的不足,基于激光探测技术,根据激光透过不同衰变阶段泡沫时的透射性能差异,首次提出了一种高温高压条件下定量评价多孔介质内泡沫稳定性的实验方法。此外,为验证激光法评价结果的准确性,同时开展了泡沫粒径微观可视化实验,研究了压力、温度、多孔介质对泡沫稳定性的影响及其机理。结果表明,相同条件下,较无多孔介质,泡沫在多孔介质中的稳定性更好,且在高压条件下,多孔介质更有利于稳泡。原因是压力升高,孔隙受压缩其水力半径减小,空气与表活剂疏水链的分子间作用力增强,二者均会导致泡沫粒径减小,稳定性增强;升高同样温度,多孔介质中泡沫稳定性下降的幅度更大。是由于多孔介质中的固态颗粒导热系数比纯泡沫更高,单位时间内辐射出的热量更多,加剧了气泡膨胀及液膜排液,使泡沫粒径增大,稳定性降低。

土压平衡盾构渣土改良泡沫发生性能试验

泡沫性能对于土压平衡盾构渣土改良效果有重要影响。采用实验室自制的泡沫发生设备进行了一系列泡沫性能测试,主要研究了气体流量、液体流量以及发泡液浓度对泡沫流量、发泡倍率、半衰期以及泡沫细观形态的影响,并分析了泡沫宏观性能与细观粒径之间的相关性。研究结果表明:气液比相同时,随着气体流量的增加,泡沫流量先增大后减小,发泡倍率逐渐减小,泡沫半衰期先增大而后减小。气体流量一定时,随着液体流量的增加,泡沫流量近似线性增长,发泡倍率略有下降并趋于稳定,泡沫半衰期先增大后减小。发泡液浓度在2%以下时,泡沫流量、发泡倍率以及半衰期随着发泡液浓度的增大迅速增长,发泡液浓度大于3%时,泡沫性能受发泡液浓度的影响较小。气体流量为21 L·min^(-1)、液体流量为0.3~0.5 L·min^(-1)、发泡液浓度为3%条件下,该泡沫发生系统的发泡性能最佳。相对于液体流量和发泡液浓度,气体流量对泡沫气泡初始粒径分布的影响最为显著,随着气体流量的增大,泡沫变得更细更均匀。发泡倍率与泡沫粒径之间存在明显的相关性,泡沫越细,发泡倍率越低;泡沫半衰期与粒径之间的关系不如发泡倍率明显。在实际盾构渣土改良中,应该重视泡沫粒径与渣土颗粒孔隙的适配关系,泡沫改良更加适用于级配较好的渣土;相同地层条件下,不同级配的泡沫入渗时需要不同的注入压力。