抗高温液膜强化型泡沫凝胶研制及性能评价

针对常规泡沫在高温、高矿化度条件下稳定性差,无法满足哈拉哈塘油藏条件的问题,研制了一种稳定性较好的泡沫凝胶体系,并对其进行了稳定性及微观结构评价。其基础配方为:1.0%纳米材料+1.0%SAV333聚合物+0.6%醛类交联剂+0.4%酚类交联剂+1.5%APG0814-CHSB(2:1)。通过显微镜分析其稳定机理,泡沫凝胶增加了泡沫液相黏度及液膜厚度,泡沫凝胶体系的液膜厚度较泡沫体系增加了32%,大幅度降低泡沫析液速率,减缓消泡速度,进而提高泡沫的稳定性。本文为泡沫凝胶提高高温、高矿化度油藏水驱后剩余油的采收率提供理论依据及指导。

HPAM聚合物与离子型表面活性剂协同稳定CO_(2)泡沫的分子模拟研究

CO_(2)泡沫驱可以有效地控制CO_(2)相的流度从而提高波及效率,同时它还能够进行CO_(2)地质封存,减少碳排放以应对全球气候变暖的挑战。表面活性剂能降低CO_(2)泡和水相液膜之间的界面张力(IFT),从而增加因拉普拉斯毛细管自吸效应导致的泡沫液膜中液体析出的阻力。聚合物可以提高泡沫液膜黏度,也可以减缓液膜中的液体析出并缓解气泡聚并现象。二者同时被用作提高泡沫稳定性的化学试剂,然而表面活性剂分子根据亲水头基电荷正负属性不同会具有不同的界面行为,在微观尺度下不同类型表面活性剂和聚合物分子之间的协同作用还不明确。本研究采用分子动力学模拟的方法,研究了油藏条件下阴离子型(SDS)和阳离子型(CTAB)表面活性剂分别与水解聚丙烯酰胺(HPAM,水解度25%)在CO_(2)与水相界面处的相互作用。研究结果表明,CTAB比SDS具有更强的降低CO_(2)与水之间IFT的能力,IFT的大小与界面宽度和界面覆盖率呈正相关性。具有相同电性的HPAM与平衡离子Br-在CTAB界面膜上形成竞争吸附关系;而带有相反电性的HPAM与平衡离子Na+在SDS界面膜附近形成盐桥结构。前者更有利于降低气—液界面处IFT和增大液膜厚度,两种模式对泡沫液膜剪切黏度的提高程度差别不大。本研究揭示了阴/阳离子型表面活性剂分别与水解聚合物分子协同作用稳定CO_(2)泡沫的微观机制。

双分子层液膜法制备纤维素水基泡沫及其稳定性的研究

目的解决纤维素基泡沫制备过程烦琐、湿泡沫的稳定性差的问题。方法通过单因素试验,考察了十四醇(TDA)、阿拉伯胶(GAC)质量浓度对双膜气泡的稳定性的影响,在此基础上,采用泡沫成形法制备纤维素水基湿泡沫,通过探究合适的十二烷基硫酸钠(SDS)质量浓度、蔗渣原纤浆质量浓度和搅拌速率进一步提高纤维素水基湿泡沫的稳定性。结果TDA和GAC质量浓度分别为0.015 g/mL和0.010 g/mL时是制备双膜气泡的最佳条件。当SDS质量浓度为0.015 g/mL、蔗渣原纤浆(BF)质量分数为1.8%、搅拌速率为2000 r/min时,纤维素水基湿泡沫稳定性达到最佳。结论构建了稳定的纤维素水基泡沫,为纤维素基泡沫提供了一种简单、可行的方法。

稠油流动边界层水基泡沫减阻模拟

针对稠油水环输送的中心油流偏心问题，提出稠油流动边界层在AFS-2水基泡沫作用下的模拟实验方法，设计加工相应的管流模拟装置及泡沫发生、注入与泡沫层生成系统。用201甲基硅油模拟稠油，实验研究稠油在水基泡沫作用下的水平管流阻力特性，分析泡沫与硅油的流速与流量比对硅油流动流型和减阻效果的影响。基于上部泡沫-下部液膜复合边界层假设，建立硅油-泡沫-液膜中心环状水平管流的压降预测模型。结果表明：20℃室温下，当泡沫与硅油流量比为0.2～0.5时，硅油流动减阻率高于70%，其机理可归结为油壁间形成了上部泡沫-下部液膜的复合隔离润滑层；理论预测值与实验测量值吻合良好，相对误差为-17.55%～9.76%。

柴油对浮选泡沫稳定性影响的试验研究

泡沫稳定性是影响浮选过程效率的重要参数之一。为了探究柴油对浮选泡沫稳定性的影响,借助泡沫扫描分析仪(FOAMSCAN)研究了气液两相体系下不同浓度的柴油与体积分数20×10^-6的甲基异丁基甲醇(MIBC)混合溶液的起泡能力与泡沫稳定性,采用动态液膜分析装置分析了泡沫间液膜的最终状态,进一步明晰了柴油对泡沫稳定性的影响机制,并通过细粒煤浮选及气液固三相泡沫稳定性试验探讨了柴油对实际浮选体系泡沫性质及浮选效果的影响。气液两相体系泡沫稳定性试验表明,随着柴油浓度的增加,溶液起泡能力和泡沫稳定性逐渐降低。泡沫间液膜测试结果说明,柴油浓度加大使得泡沫间液膜由最终的平衡状态转为破裂状态,液膜稳定性变差,气泡更容易兼并甚至破裂,该结论与气液两相泡沫稳定性试验结果保持一致。浮选结果表明,柴油用量较低时,随着柴油浓度增加,最大泡沫层高度和半衰期逐渐增大,浮选精煤产率也随之增大,这主要是由于柴油改善煤样表面疏水性以及细粒煤的稳泡作用所致;但当柴油用量增加到一定浓度后,最大泡沫层高度和泡沫半衰期减小,浮选精煤产率减小,一方面,柴油油滴进入泡沫间液膜中,在范德华力等力的驱使下,泡沫间的液膜逐渐薄化直至形成经典的油滴架桥现象,最终导致气泡兼并甚至破裂,另一方面,柴油油滴竞争吸附起泡剂分子,使得气液界面的起泡剂浓度降低,从而导致泡沫稳定性降低,柴油具有一定的消泡作用。

人工地震波强化泡沫稳定性微观动力学模型

针对低频人工地震波对泡沫稳定性的协同强化效应,基于垂直液膜排液模型和波动理论,建立了低频人工地震波激励下泡沫稳定性微观动力学模型;采用高阶偏微分方程组无因次变换、隐式和显式差分方法对该模型进行复合求解并验证了模型的可靠性,对低频人工地震波作用下的泡沫液膜厚度、表面活性剂浓度分布及排液速度等进行了定量化分析。研究表明,低频振动可降低排液后期泡沫液膜中表面活性剂浓度最大值与最小值之差,强化Marangoni效应的作用效果,提高了泡沫液膜的稳定性。当振动频率接近泡沫液膜固有频率时振动效果最佳,最佳振动频率约为50 Hz。振动加速度越大,泡沫液膜中表面活性剂浓度的恢复速度越快,Marangoni效应延缓泡沫液膜排液的能力越强,稳泡性能越好,但振动加速度并非越大越好,最佳振动加速度约为0.5倍重力加速度。合理的振动参数会大幅提高Marangoni效应的作用效果,表面活性剂初始浓度越小,振动提高Marangoni效应效果越好。

矿井粉尘污染防治新技术浅析

针对目前矿井中呼吸性粉尘防治效果差的特点,分析了粉尘的主要特征以及目前除尘技术存在的问题,并介绍了一些国内外适合矿井使用的新除尘技术,这些除尘技术能够很好的起到除尘效果,给矿井工人创造良好的工作环境。

水成膜泡沫灭火剂在柴油池火中的灭火效能试验

为提高水成膜泡沫灭火剂(AFFF)扑灭柴油池火的灭火性能,利用自组泡沫灭火系统装置对不同气液体积流量比(气液比)、系统压力和泡沫混合液体积流量下水成膜泡沫灭火剂在柴油池火中的灭火效能进行了研究。结果表明:当气液比为16时,AFFF灭火时间最短为42 s、灭火剂用量最少为210 g,表现出最佳的灭火效能;随系统压力增加,灭火时间和灭火剂用量逐渐减少,其中系统压力0. 5 MPa时AFFF的灭火时间和灭火剂用量相较于0. 3 MPa时分别下降了40. 7%和21. 1%;此外,泡沫灭火剂的灭火效能还随泡沫混合液体积流量增大而提高,其中泡沫体积流量60 L/h时灭火时间和灭火剂用量相比于20 L/h时分别下降了35. 7%和5. 4%。红外热成像分析表明,AFFF在灭火过程中主要通过其优异的冷却和覆盖隔离作用使火焰无法维持正常燃烧而熄灭,达到较好的降温和灭火效果。

纳米SiO_(2)/触变性聚合物提高泡沫遇油稳定性机理

如何提升泡沫在原油存在条件下的稳定性是泡沫提高采收率领域的关键性问题。通过泡沫遇油稳定性静态评价、微观刻蚀模型泡沫驱油、微观表征实验等手段系统的研究了新型SDBS/纳米SiO_(2)/触变性聚合物(WTP)泡沫体系的遇油稳定性及其稳泡机理。结果表明,相较于传统的表面活性剂泡沫,SDBS/纳米SiO_(2)/WTP泡沫在原油存在时能够保持良好的稳定性。当原油流向气泡之间的液膜时,触变性聚合物在液膜中形成的空间网络所产生的高粘度将抑制原油向液膜侵入。纳米SiO_(2)颗粒在液膜表面吸附形成的“固体外壳”则可以大大增加油相的流动阻力,同时降低液膜排水后的气泡聚结速率。泡沫遇油稳定性的增强可提高其在裂缝性低渗油藏中的调剖及驱油能力。

消泡剂气/液界面膜的性质对其消泡性能的影响

参照消泡试验标准ASTM E2407,评价了硅油类、聚醚酯类及聚醚改性聚硅氧烷类3种消泡剂的消/抑泡性能,并采用LB膜天平,测试了消泡剂对模拟起泡体系扩张模量、扩张弹性和扩张黏度的影响。结果表明,消泡剂分子吸附在气/液界面上,降低了界面膜的弹性,减小了界面膜的强度,使得界面膜厚度变薄,泡沫寿命缩短,从而达到破泡效果;消泡剂存在下的界面膜强度在一定时间内不足以形成稳定的泡沫,从而达到抑泡效果。同种消泡剂,在一定质量分数范围内,随质量分数增加,界面膜扩张模量、扩张弹性均降低,消泡剂消/抑泡性能变好;超过某一质量分数时,界面膜扩张模量、扩张弹性基本保持不变,消/抑泡性能也不再增强。不同种消泡剂,界面膜扩张模量及扩张弹性降低幅度越大,消/抑泡性能越好。因此,扩张模量和扩张弹性可以很好地解释消泡剂的消/抑泡效果。

微泡沫流体失稳形式及其机制分析

以实验为基础,观察了微泡沫流体3种失稳形式:析液、沉降或两者同时存在,研究了微泡沫体系的黏度和切力、稳泡剂分子量、搅拌速度、温度、Na^(+)和Ca^(2+)等对失稳形式的影响,并对比各失稳状态前微泡沫流体的界面膜黏度和强度,分析了其内在失稳机制,为构建抗温抗盐的微泡沫体系提供技术借鉴。总体来说,当基液黏度及动塑比低,或者稳泡介质为轻质凝胶时,微泡沫流体失稳表现为析液;当基液稳泡介质密度高,或凝胶分子量过高致使束缚自由水增多,造成液膜厚重时,微泡沫体系失稳表现为沉降;而经不同高温老化或者被不同浓度金属离子污染情况下,失稳表现形式可能是析液和沉降兼有。

超声和射流作用下泡沫金属流动液膜传热分析

在超声波和射流冲击作用下的流动液膜覆盖泡沫金属以降低受热面的温度,达到冷却的目的。通过实验,对超声波作用下的不同液膜厚度和液膜流速以及空气射流速度对流动液膜传热性能的影响进行了研究。实验结果表明,在超声波作用下,空气射流速度以及液膜流速越大,液膜厚度越薄,壁面的散热效果越好。此外,与无超声波的情况相比,获得了超声波作用下传热系数的上升速率。基于实验结果,得到了超声波与泡沫金属以及射流冲击作用的耦合可强化传热、降低壁温的结论。该研究对今后工作具有指导意义。

基于液膜经验模型的大牛地泡排直井携液流速研究

在对比液滴模型和液膜模型特点的基础上,建立大牛地气田泡排井临界携液气流速计算式。针对该式计算工作量大、参数确定困难、现场应用受限的问题,借助Wallis液膜经验模型建立了新的临界气流速经验计算式,并基于现场流压测试数据确定了大牛地气田泡排直井临界携液状态对应的无因次速度数。该式基于现场实际数据建立,计算简单、便于推广,对大牛地气田泡排直井积液诊断有重要的参考意义。

复杂体系流变性及其计算机模拟研究进展

随着科学技术的发展,流变学的研究范围越来越广,同时受到越来越多的重视。本文在概述流变学这门学科基本内容和发展历史的基础上,重点分析了聚合物流体、颗粒流、泡沫以及薄膜润滑这几个热门领域所取得的进展。在描述各领域中流体宏观行为特征的基础上,着重强调物质内在的结构变化以及对应的本构关系的表现形式。同时,鉴于计算的重要性,突出了不同的计算方法在流变学研究上的应用和发展。