泡沫液膜中聚合物与表面活性剂相互作用的研究进展

加入聚合物对泡沫液膜的作用是涉及众多工业应用的重要问题。讨论了聚合物-表面活性剂复合泡沫体系中影响液膜厚度和稳定性的因素。聚合物的加入对泡沫液膜稳定性的影响取决于所形成的液膜种类(普通黑膜或牛顿黑膜)。聚合物的加入在液膜中形成构造应力。加入的聚合物与表面活性剂作用形成具有表面活性的复合物,或富集于液膜界面处,使液膜稳定性大大增强。     

气/液介质对泡沫液膜渗透性的影响规律

为了构建适用于泡沫驱的高稳定泡沫,从液膜渗透率角度阐明气/液介质对泡沫稳定性的影响机制。以氮 气和二氧化碳为气体介质,利用气泡缩减法,测定了7 种起泡体系的泡沫液膜渗透率以及起泡性能、析液半衰期 和泡沫半衰期。研究结果表明,对于同一种气体介质,表面活性剂分子疏水碳链数目越多,液膜上表面活性剂分 子之间相互作用越强,泡沫液膜渗透率越小;CO₂泡沫的液膜渗透率是N₂泡沫的1～3 倍,CO₂泡沫稳定性比N2泡 沫的低;泡沫液膜渗透率与泡沫半衰期呈现出良好的相关性,随着液膜渗透率升高,CO₂泡沫半衰期快速递减。     

泡沫析液行为的分子模拟研究

泡沫稳定性是泡沫流体作业成功的关键,而析液是泡沫稳定性的宏观表现。利用介观分子模拟方法,研究了泡沫液膜及其微观析液行为,并依据泡沫剂结构,建立了表面活性剂界面聚集行为与泡沫剂发泡能力之间的关系。研究发现,力场、液膜厚度、表面活性剂分子密度以及表面活性剂类型等因素都对其界面生成能产生较大影响。不同表面活性剂产生的泡沫体系的析液行为遵循衰减方程。同时,分子模拟方法可以准确地反映表面活性剂的发泡能力,尤其是在低浓度条件下生成泡沫的能力。     

高强电场中液滴静电运动特性

针对油田生产中含表面活性剂原油电脱水极为困难,缺乏理论指导的现状,采用动态微观实验的方法,研究含表面活性剂的油水系统中液滴在电场力作用下聚并排液的情况,计算液滴的聚结时间,并观测液滴发生形变直至破裂时各个阶段的现象。结果表明,表面活性剂可引起液滴界面排斥力上升,聚并过程中液面出现形变,降低液滴聚结速度。此外,液滴表面所吸附的表面活性剂分子会加剧液滴形变率,降低液滴破裂所需临界场强,并改变液滴破裂机制,增加了次级微小液滴的产生。须严格控制电场强度,以避免液滴变形破裂,提高聚结效率,确保电脱水的效果。     

泡沫钻井流体温度敏感性研究

目前,对泡沫钻井流体在常温常压条件下的衰变机理研究较多,但对其高温稳定性的研究较少。通过试验研究了头基相同的LAS系列表面活性剂泡沫的高温稳定机理。采用分子模拟和泡沫岩心封堵法,从表面活性剂结构、表面黏弹性、界面膜的分子排布等方面对泡沫的高温性质进行了深入研究,并与其低温性质进行了对比。研究发现,当温度低于100 ℃时,泡沫稳定性主要受表面活性剂极性头的影响;当温度高于100 ℃时,泡沫稳定性主要取决于表面活性剂的疏水尾及其缠绕程度,其疏水链卷曲程度越高,尾链相互缠绕交错越复杂,泡沫稳定性越强;温度升高,表面活性剂头基分布变宽,上下交错现象明显,界面变得粗糙,泡沫膜越容易破裂,这是温度升高泡沫稳定性变差的原因之一。      

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。图11表2参19     

油水分离器中水洗流场液滴破裂特性初探

对水洗流场中液滴的界面膜剪切破裂机理进行了分析和初步探讨,认为水洗流场中控制着液滴产生变形和剪切破裂的无因次群有3个,其中韦伯数群控制着液滴的破裂;在紊流状态的水洗流场中,导致液滴破碎的水力学因素可归结为由于时均的速度梯度而产生的粘性剪切力和由于紊流而产生的瞬时剪切力和局部压力波动等;当流场动压力所提供的流场能量较小时,主要以粘性剪切力为主控制着液滴的变形;当连续相提供的能量达到使液滴破裂的能量时,瞬时剪切力和局部压力波动将控制着液滴的破碎。当液滴振动的动能Ek≥液滴的表面自由能Es,液滴发生破裂。     

三元复合驱污水动力学稳定性机理研究

通过Ttirbiscan稳定性分析仪研究了三元复合驱模拟采出污水的背散射光强度变化获得油滴动力学稳定性信息．同时利用稳定性常数值（TSI-1）比较了驱油剂含量对污水稳定性的影响;研究了不同驱油剂含量下污水中油滴的界面性质、粒径、电学性质和界面膜强度以及水相粘度,分析了驱油剂对污水稳定性的影响机理。结果表明,表面活性剂和碱能够降低油水界面张力、减小;由滴粒径、增加Zeta电位和液膜强度,但对水相粘度影响不大;聚合物则主要是增加油滴Zeta电位和液膜强度并使水相粘度显著增大。这些作用阻碍了小油滴转变为大液滴,减慢了大液滴聚结和分层速度。随着污水中表面活性剂、碱和聚合物浓度的增大,污水稳定性增强。     

疏水改性水溶性聚合物对表面活性剂泡沫性能的影响

疏水改性水溶性聚合物与表面活性剂在溶液中发生相互作用，使其混合溶液具有特殊的流变特性，提高石油采收率，使混合液成为高效驱油剂。研究了疏水改性水溶性聚合物（NAPs-14)对表面活性剂泡沫溶液表面张力、泡沫高度、溶液粘度、泡沫半衰期的影响，同与表面活性剂有较弱作用的聚乙烯吡咯烷酮（PVP360）和无作用的HPAM进行了对比，考察了疏水改性水溶性聚合物对泡沫稳定性的影响。结果表明，疏水改性水溶性聚合物（NAPs-14)因为本身具有一定的表面不活性，与表面活性剂通过疏水相互作用发生缔合，增加了泡沫液膜的粘度和强度，减缓了排液速度，具有良好的稳泡性能；与之相比，HPAM也能起到很好的稳泡作用，但泡沫稳定性比NAPs-14稍差；而PVP360几乎没有稳泡能力。     

气流中液化天然气液滴破碎数值模拟研究

基于流体体积法和k-ε湍流模型对液化天然气单液滴在气流中的变形破碎情况进行模拟研究。研究不同We对液滴形态和破碎模式的影响,分析液滴形态变化过程中速度、加速度和阻力系数随时间的变化趋势,并研究不同流场下液滴变形破碎情况。结果表明,不同的We下,液滴呈现出不同的破碎模式,液滴发生剪切破碎的临界We为80左右,同一We下不同直径的液滴临界破碎时间有所不同;随着气液相对速度的We的增大,液滴的无量纲变形时间先递减后趋向于平缓;液滴变形破碎过程中,速度随着时间的延长而增加,加速度和阻力系数随着时间的延长先增后减;与普通流场相比,带挡板的流场中液滴变形破碎时间明显缩短。     

CO2泡沫体系性能改善方法的研究进展

目前CO_2泡沫体系性能改善的方法包括:(1)表面活性剂分子结构优化,包括加强亲水基团、优化疏水基团和引入亲CO_2基团;(2)表面活性剂复配协同,包括阴/非离子表面活性剂复配、阴/两性离子表面活性剂复配和非/两性离子表面活性剂复配;(3)聚合物提高基液黏度,改善液膜黏弹性;(4)纳米颗粒改善泡沫气/液界面性质。本文就以上方面展开综述,介绍了研究进展、作用机制和存在问题,并对下一步研究进行了展望。     

多孔介质中泡沫驱油微观机理研究

泡沫处于平衡状态时,排液过程受到外力的影响很小,液膜中的液体在重力的作用下排出,使液膜变薄、失去弹性,与同时发生的气体扩散一起导致了泡沫破裂.在多孔介质中运移泡沫的稳定性除了上述因素影响外,还受到冲压、挤压、摩擦等因素的影响.采用高压可视化微观模型驱替装置,观察分析了水湿和油湿介质中不同压力下单一泡沫体系、复合泡沫体系泡沫的形成、衰变过程,分析了泡沫在多孔介质中的微观驱油机理.观察分析结果表明:泡沫的稳定性与压力和介质的润湿性有关,压力越高,泡沫的稳定性越好,水湿介质中泡沫的稳定性好于油湿介质;泡沫的的驱油效果也与压力和介质的润湿性有关,压力越高,泡沫的驱油效果越好,水湿介质中泡沫的驱油效果好于油湿介质.     

油基泡沫钻井流体稳定机理研究

采用表面张力、黏度、界面膜流变性能、分子模拟等方法研究了不同类型表面活性剂在空气/白油表面的吸附行为和界面层的性质,通过对泡沫表观性能、液膜流变性质、微观分子模拟等研究结果的关联分析,讨论了油基泡沫的稳定机理。研究结果表明,椰油二乙醇酰胺、司盘80、长链烷基苯磺酸(C20-24)以反胶束的形式吸附在界面下层,很难有效降低表面张力,只能在外力的作用下形成瞬态泡沫;氟表面活性剂和自制的SH-OF-1在泡沫形成时可以吸附到表面定向排列,降低表面张力,形成相对稳定的泡沫;氟表面活性剂泡沫液膜呈现出较高的弹性性质,表面黏性不够,使得其抗扰动能力稍差,而SH-OF-1由于同时具有黏弹性能,因而表现出更好的泡沫稳定性。     

原油减压渣油馏分的油-水界面性质 Ⅹ.大庆减渣与伊朗轻质减渣馏分油-水薄液膜的性质

采用双分子类脂膜实验装置研究了大庆减压渣油与伊朗轻质减压渣油馏分的油-水薄液膜的膜电容(膜厚度)、排液-破裂方式、膜稳定时间(膜寿命)。结果表明,减渣馏分越重,分子吸附状态稳定,其油-水薄液膜越厚,膜稳定性越好。减渣馏分油-水薄液膜的排液-破裂有连续排液-破裂方式、“黑洞”排液-破裂方式和逐层破裂排液方式。当馏分越轻、馏分在油相中质量分数越低、表面活性剂加量越多时,以连续排液-破裂方式为主;而馏分越重、馏分在油相中的质量分数越高、表面活性剂加量越少时,以“黑洞”排液-破裂方式和逐层破裂排液方式为主。油相的组成,水相中的酸、碱、盐以及外加表面活性剂对减渣馏分的界面活性、吸附状态、电荷吸附量影响不同,相应的膜电容(膜厚度)和膜稳定时间也不同。     

超低界面张力泡沫驱油方案的优化

超低界面张力泡沫体系配方中气液比对泡沫驱采收率的影响最大,其次是聚合物浓度.优选的泡沫体系配方为表面活性剂浓度0.3%,聚合物浓度2 000 mg/L,气液比为3:1.气体和二元液混合注入的压力升幅最大,耗时最短,泡沫驱采收率也较高.气体、表面活性剂与聚合物三种物质完全分开交替分段塞注入时压力升幅最小,耗时最长,采收率最小;气体与二元液交替注入时的压力和采收率居中.结合现场实施工艺,优选气体与二元液交替注入的方式,交替周期越短,泡沫驱采收率越高.     

原油减压渣油馏分的油-水界面性质X.大庆减渣与伊朗轻质减渣馏分油-水薄液膜的性质

采用双分子类脂膜实验装置研究了大庆减压渣油与伊朗轻质减压渣油馏分的油-水薄液膜的膜电容（膜厚度）、排液-破裂方式、膜稳定时间（膜寿命）。结果表明，减渣馏分越重，分子吸附状态稳定，其油-水薄液膜越厚，膜稳定性越好。减渣馏分油-水薄液膜的排液-破裂有连续排液-破裂方式、“黑洞”排液-破裂方式和逐层破裂排液方式。当馏分越轻、馏分在油相中质量分数越低、表面活性剂加量越多时，以连续排液-破裂方式为主；而馏分越重、馏分在油相中的质量分数越高、表面活性剂加量越少时，以“黑洞”排液-破裂方式和逐层破裂排液方式为主。油相的组成，水相中的酸、碱、盐以及外加表面活性剂对减渣馏分的界面活性、吸附状态、电荷吸附量影响不同，相应的膜电容（膜厚度）和膜稳定时间也不同。     

泡沫注入方式对封堵效果的影响

比较了气液同时注入、多段塞气液交替注入、气-液-气、气-液-气（含油）、气-液-气（无发泡剂）及液-气-液注入方式对阻力因子、突破压力和封堵率的影响。结果表明,气-液-气注入方式中气体前置段塞隔离了油水层,使发泡剂性能稳定,后置气体段塞驱替泡沫进入地层深部,扩大波及体积,提高泡沫质量,突破压力最大,达1．033MPa,封堵率也最高,是最好的注入方式;多段塞气液交替注入方式可以把气体和发泡剂驱替进入地层深部,扩大泡沫波及范围,发泡剂在岩芯中吸附提高了泡沫的稳定性,但注入工序多;同时注入方式在实验室和现场都很难达到设计气液比,注入压力梯度小时没有起到封堵作用,注入压力梯度大时注入困难;液-气-液注入方式的前置段塞损失很大,后续注入的发泡剂溶液降低了泡沫质量,破坏了泡沫的稳定性和封堵能力;不加发泡剂的气-液-气注入方式形成的泡沫液膜粘度低,封堵能力较低。考察了泡沫体系中含油量对封堵效果的影响,结果表明,油的存在只是增加了油层流出速度,对封堵效率没有明显影响。     

高温条件下原油和煤油对泡沫性能的影响

通过在温度101℃,矿化度为24722mg/L条件下,以两种方式(起泡后加油、加油后起泡)向烷基磺酸盐与两性咪唑啉的复配体系YL和YL与醇类助表面活性剂的复配体系YC-2中加入不同含量的原油和煤油,使用Waring Blender恒速搅拌器进行起泡,考察分析了含油体积分数,胶质、沥青质和蜡,以及油与泡沫接触方式对泡沫性能的影响。结果表明,含油体积分数对体系起泡体积影响较小,加煤油后起泡的起泡体积大于加原油后起泡的起泡体积。两种加油方式对泡沫的影响都是泡沫的析液半衰期随着含油量的增加呈现先增大后减小的趋势,在含油量较小时表现出一定的稳泡性能。当含油体积分数在20%内时,助表面活性剂的加入将降低泡沫的稳定性,但当含油体积分数增大到30%时,助表面活性剂能促使假乳化膜的形成,从而增大泡沫的稳定性。在含油量20%内,含胶质、沥青质和蜡的油的稳泡作用好于不含胶质、沥青质的油的稳泡作用。泡沫体系加油后起泡比起泡后加油的析液半衰期长。     

纳米颗粒对CO2泡沫体系稳定性的影响

纳米颗粒稳泡技术是一项新的提高采收率技术,目前仍处于室内研究阶段。对纳米颗粒稳泡技术的研究背景、作用机理、性能评价及驱油效果进行综述,结果表明,纳米颗粒与表面活性剂分子能产生协同作用,抑制CO_2气泡的破灭、聚并和歧化,延长液膜的排液时间,延缓泡沫破裂速度,提高CO_2泡沫体系在驱油过程中的稳定性。纳米颗粒/表面活性剂复配体系的半衰期是单一表面活性剂体系的2.5倍以上;经表面改性的纳米颗粒/表面活性剂复配体系可提高原油采收率7%~10%,最高可达30%以上。然而,过量的纳米颗粒会导致CO_2泡沫体系的表面张力增加,发泡性能变差,泡沫体积和波及体积减小;不同种类的纳米颗粒与表面活性剂复配产生不同的协同作用。因此,纳米颗粒/表面活性剂复配体系的筛选与评价,是纳米颗粒稳泡技术的关键。     

现代化工分离基础讲座 第二章 液膜分离

(上接 2 0 0 0年第 1期 )5　各种因素对乳状液膜分离效率的影响5.1　液膜成分的影响5.1 .1　表面活性剂表面活性剂的种类、浓度对液膜的稳定性和渗透性都有很大影响。一般 ,表面活性剂的浓度越大 ,液膜的稳定性越高 ,但是浓度过高会使液膜厚度和粘度增大 ,会影响液膜的渗透性。表面活性剂能改变液体的表面张力或两相间的界面张力 ,要形成油包水型或水包油型乳化液 ,所用的表面活性剂必需具有一个特定的 HLB值 (亲水憎水平衡值 )。配制油膜应选用 HLB值为 4～ 6的油溶性表面活性剂 ,如 Span 80 (失水山梨醇单油酸酯 )、聚胺等 ,配制水膜应…