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。研究发现,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。     

多孔介质孔隙尺度下不可压缩流体流动特性SPH模拟

基于孔隙尺度下的多孔介质模型,使用光滑粒子动力学(SPH)数值模拟方法研究多孔介质中不可压缩流体流动现象,分析流体在孔隙尺度下的流动特性.首先通过模拟经典的Poiseuille流和Couette流验证方法的正确性.随后,针对流体在分别由圆柱和方柱为骨架构造的规则多孔介质内的流动情况,同时使用SPH方法和有限元法(FEM)进行模拟,所得的结果十分吻合.最后利用SPH方法对流体在基于贝雷岩心获得的多孔介质模型和以同尺度的圆柱为基元构造的一种人工随机多孔介质模型内的流动进行模拟,证明平均流体速度和单位质量体积力具有很好的线性关系.     

泡沫硅橡胶的多孔超弹性模型

泡沫硅橡胶是一种典型的多孔材料,同时它的本构行也呈现超弹性力学性质。本文建立了泡沫硅橡胶的多孔介质力学模型,针对泡沫硅橡胶的超弹性本构行为以及由于多孔隙的结构特性所导致的材料可压缩性,考察了孔隙度对变形性能的影响,构造了应变能函数的等容部分和体积变形部分,单轴压缩实验表明,所获得的本构方程较好地描述了泡沫硅橡胶的大变形力学性质。     

泡沫玻璃颜色及孔隙结构对屋面蒸发降温的影响

为了探究泡沫玻璃颜色及孔隙结构对屋面蒸发降温的影响,首先,对比不同颜色和孔隙结构的泡沫玻璃、红色饰面磁砖和灰色加气混凝土在不同波长下的太阳辐射吸收率;然后,测试不同材料块的饱和含水量,并将其贴于绝热块上,模拟其在夏季气候条件下的水平屋面被动蒸发降温效果、水分蒸发量、贴面和外表温度.结果表明:白色、深灰色、黑色泡沫玻璃的太阳辐射吸收率依次为0.32,0.71,0.94;通孔泡沫玻璃的体积保水量是闭孔泡沫玻璃的2.5~3.0倍,采用通孔泡沫玻璃可以极大提高材料的保水量;白色通孔泡沫玻璃不仅可以减少太阳辐射量的吸收,并且饱和含水量较大,可延长蒸发降温持续时间,是适合用于屋面被动蒸发的多孔材料.     

泡沫稳定性对泡沫混凝土的影响以及稳定措施

泡沫的稳定性与泡沫混凝土的性能、质量、成品率、合格率等关系密切,起着决定性的作用。     

泡沫在孔隙介质中的微观流动特征研究

泡沫在孔隙中的流动行为影响波及范围和驱油效率,对提高采收率起到重要作用。首先,建立单毛管模型,利用Level-set方法研究了泡沫在单毛管内流动的影响因素,分析了泡沫通孔隙介质中运移产生的贾敏效应、聚并机理和微观选择性运移机理,评价了不同类型泡沫的封堵性能;然后,通过XB油田岩芯的CT图像构建了真实的孔隙介质微观数值模型,研究了泡沫在其中的运移特点。结果表明,泡沫变形程度随管径比的增大而减小,润湿壁接触角对毛细管内泡沫的流变性无影响,半径1.2μm的N₂泡沫破裂时的液相流速临界值为64 mm/s;泡沫通过孔道时所受压力与其表面张力成正比,泡沫具有优先通过大孔道的微观运移特征;N₂泡沫稳定性强,封堵性能好,较适合高含水期的低渗油田进行调驱,为现场采用气液分散体系进行调驱并提高采收率提供有益启示。     

泡沫材料连续模型的本构关系

提出了基于混合物理论的泡沫材料连续模型的本构关系,引进体积分数的概念,在理性热力学公理的框架内,通过考察体构关系的热力学约束,建立了能够反映复杂热力学条件的固－一气两相泡沫材料的本构方程。     

基于孔隙尺度网络模型的多孔介质内湍流流动

为进一步研究大孔隙率内的湍流特性对多孔介质内输运和燃烧过程的影响,提出多孔介质的一种二维孔隙网络模型.该模型由一系列圆形孔隙体和长方形喉道互相连接而成.采用标准k-ε模型模拟孔隙网络内的微观流场,利用体积平均方法将微观流场计算结果转换为宏观流场的信息,从而可确定宏观模型中修正项系数的值.计算结果与文献[3]提出的模型吻合较好.     

基于孔隙网络模型的碳酸盐岩岩心跨尺度分析

现有微观孔隙结构研究手段多局限于在微尺度提供孔喉尺寸、孔喉比等孔隙结构参数,所得结果无法直接应用于岩心尺度及矿场尺度等宏观尺度的研究中,其研究结果与储层实际结合具有一定困难。为此,从多尺度评价角度出发,以碳酸盐岩岩心数据体为研究对象建立孔隙网络模型分析碳酸盐岩微观孔隙结构,在此基础上,根据分布函数及分形函数对其进行尺度升级,获得岩心尺度评价参数。结果表明：尺度升级后的岩心表现出明显低渗、致密特性,与孔隙网络模型分析结果相符。可见,对微观孔隙结构分析结果进行尺度升级具有一定可行性,并且升级结果对于宏观尺度的评价工作具有一定的理论意义。     

岩石孔隙结构表征与流体输运可视化研究进展

孔隙结构特征的室内测试技术主要分为间接测试和直接测试两大类。前者主要以获取孔径分布等特征统计参数为主的流体注入法及孔隙流体饱和度的反分析法。后者主要为以获取孔隙结构图像为目的的光学辐射法。微观渗流物理实验可以实现孔隙空间中流体流动形态的可视化监测与分析,获取宏观条件下难以观测的实验现象,有助于孔隙尺度下渗流及驱替过程中复杂流动行为的微观力学机制分析。基于岩芯微观孔隙结构图像的模型重建是一种实现孔隙结构精细化表征与流体输运特性可视化研究的数值分析手段。基于不同的表征思想,多孔介质内流体输运控制方程可分为分子动力学模拟、格子玻尔兹曼模拟和计算流体动力学模拟。主要通过泊肃叶定律和准静态模型实现孔隙尺度流体流动和驱替过程的模拟。     

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。     

高稳定性水基泡沫配方及其影响因素的研究

用高速搅拌法对十二烷基硫酸钠（SDS）和十二醇复配体系在不同条件下的泡沫性能进行研究。结果表明：复配体系配方为十二基硫酸钠2．0％、十二醇2．0％、羧甲基纤维素钠（CMC）1．2％和水100mL时,起泡能力最大,泡沫稳定性也最好,且从温度和溶液pH值的影响来看,在低温环境、溶液为中性的条件下,泡沫的稳定性最好。     

CO2水基泡沫的稳定机理研究

考察了多种表面活性剂溶液生成的二氧化碳水基泡沫的稳定性,发现十二烷基硫酸钠(SDS)稳定二氧化碳泡沫的效果比较突出。以SDS与脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)体系对比,采用分子动力学模拟方法研究泡沫体系中二氧化碳分子的增溶、扩散等行为以及泡沫液膜中表面活性剂的界面排布规律,并采用FT-IR探测二氧化碳透过泡沫液膜的透过性。实验结果与模拟结果吻合,表明二氧化碳气体分子可增溶在泡沫液膜上表面活性剂疏水链间,并与水分子有相互作用,可渗透进入泡沫液膜,在泡沫液膜内增溶,因此二氧化碳分子透过液膜的扩散能力强,泡沫聚并破灭速度加快。SDS分子疏水链在泡沫液膜界面层内排列致密,液膜内二氧化碳增溶量小,二氧化碳分子透过SDS泡沫液膜的扩散速度较慢,因此泡沫稳定性好。     

蛋白质类发泡剂的合成及其泡沫稳定性

以牛蹄角为主要蛋白质原料，在适量Ca（OH）2和少量NaHSO3存在的条件下，成功地合成出蛋白质型泡沫混凝土用发泡剂，并就几种表面活性物质和胶状物质对该发泡剂制得的泡沫稳定性的改性效果进行了研究。实验结果表明，添加的3种物质对该发泡剂的泡沫稳定性均有不同程度的改善，其中烷基苯磺酸盐的改善作用最明显，当改性剂在发泡液中的添加量为6．7g／L时，发泡倍数为16．7，泡沫稳定时间大于3h。     

强化泡沫驱油体系性能研究

利用Waring搅拌器测定了不同泡沫体系的泡沫性能 ,利用岩心驱替试验测定了泡沫在岩心中的阻力压差及驱油效果 ,研究了不同浓度的聚合物对泡沫体系起泡性能和稳定性的影响 ,确定了聚合物在强化泡沫驱油体系中的最佳使用量。对单一聚合物体系、单一泡沫体系与强化泡沫体系在水驱后的稳定性及驱油效果进行了对比分析 ,结果表明 ,强化泡沫体系比单一泡沫体系具有更强的稳定性 ;比聚合物及单一泡沫体系的驱油效果更好 ,是一种较为实用的驱油体系。室内试验表明 ,该体系能够较大幅度地提高采收率。     

高温氮气泡沫驱油数学模型研究

在对高温氮气泡沫驱油作用机理进行研究的基础上,建立了高温氮气泡沫驱油数学模型.该模型考虑了低界面张力体系驱油机理、泡沫封堵机理等.其中泡沫剂的运移方程充分考虑了对流、弥散及表面活性剂损失等机理.对该模型进行了自适应隐式方法数值求解.通过对实际的高温泡沫生产井进行历史拟合,可以看出,高温氮气泡沫驱油数学模型正确反映了热力采油和泡沫驱油的作用机理,具有较高的可靠性.     

不同密度等级泡沫混凝土的性能和孔结构

泡沫混凝土的密度等级对其性能有显著影响。笔者制备了干密度在300～1 000 kg/m~3范围内的泡沫混凝土,对其浆体流动度、抗压强度、吸水率和干燥收缩进行了测试,利用X射线计算机断层扫描成像(X-ray computed tomography, X-CT)对试件的孔结构进行表征。结果显示:随着泡沫混凝土密度等级增加,其浆体流动度先增大后减小,密度为600 kg/m~3时流动度最大;抗压强度随密度等级增加而逐渐增大,并与密度等级之间存在指数关系;干燥收缩和吸水率均随密度等级增加逐渐减小,这是由于其内部孔隙率降低、封闭孔增多所致。X-CT分析结果显示,密度低于600 kg/m~3的泡沫混凝土内部孔隙分布不均,试件表面的大孔较多,这是由于浆体与泡沫的体积比过低、浆体无法均匀地包裹在泡沫表面所致。     

多孔泡沫铝性能研究现状及应用前景展望

多孔泡沫金属是一种内部含义许多空隙的新型材料。由于其具有非泡沫金属所没有的优异特性,因而在一般工业领域特别是高技术领域受到越来越广泛的重视,也引起了国内外浓厚的研究兴趣。多孔泡沫铝是目前研究最为成熟的一种泡沫金属材料,本文对国内外泡沫铝性能研究现状及其应用予以综合概述,并对泡沫铝应用前景进行展望,以期推动泡沫铝的进一步研究和应用。     

SiO_2纳米颗粒稳定的泡沫体系驱油性能研究

利用Warning Blender方法测定SiO2+SDS泡沫体系的泡沫性能,确定SiO2纳米颗粒的最佳使用浓度,并研究不同温度和矿化度对泡沫性能的影响。利用岩心驱替实验装置对比SDS和SiO2+SDS两种不同泡沫体系对岩心的封堵、调剖和驱油性能。利用微观可视化玻璃刻蚀模型,对比水驱、SDS泡沫体系以及SiO2+SDS泡沫体系对盲端油的驱替效果。室内实验结果表明,SiO2+SDS泡沫体系比单一SDS泡沫体系具有更强的稳定性,能够明显提高泡沫的封堵、调剖及驱油能力,增加盲端油的驱替效果。     

多孔介质微观孔隙结构分形特征及分形系数的意义

依据孔隙结构的球体模型和毛管束模型 ,推导出两种模型的孔隙体积表达式和两种模型分形维数间的关系式。计算结果表明 ,基于毛管束模型的分形维数总比基于球体模型计算的分形维数小 1,分形系数的物理意义在于它反映了孔隙的发育程度。基于毛管束模型 ,利用压汞数据计算了西峰油田长 8储层多孔介质微观孔隙的分形维数 ,同时给出了分形维数与孔隙度、渗透率等地层参数的关系曲线。分析结果表明 ,该区孔隙结构具有分形特征 ,分形维数为 1～ 2。分形维数越大 ,多孔介质微观孔隙分布的非均质性越强 ;分形系数越大 ,孔隙越发育 ,储层物性越好。