Статьи +7 (495) 223-18-03
8-800-600-18-03

г. Москва
 
   Главная | Выставки | Статьи | Каталоги | Склад | Новости | Партнеры | Услуги | Контакты

Оборудование (по алфавиту)
Анализаторы катализаторов
Анализаторы волокон и порошков
Анализаторы пены KRUSS
Анализаторы полимеров
Анализаторы размера частиц
Биореакторы и ферментёры
Генераторы газов
Диспергаторы лабораторные
Испарители роторные
Калориметры (выделяемое тепло)
Камеры испытательные Liebisch
Камеры климатические CTS
Камеры низкотемпературные
Камеры роста растений
Клапаны Sitec
Колонны ректификационные
Лазерные конфокальные микроскопы
Мельницы лабораторные
Газоструйные мельницы
Мешалки лабораторные
Насосы газовые (вакуумные)
Насосы жидкостные
Печи лабораторные
Планетарные смесители
Приборы для измерения краевого угла смачивания (KRUSS)
Реакторы химические
Реакторы металлические
Реакторы проточные
Реакторы стеклянные
Реометры порошков
Стерилизаторы паровые CertoClav
Сушки лабораторные
Тензиометры KRUSS
Теплообменники
Термостаты HUBER
Тестеры фармпрепаратов
Фильтры лабораторные
Флэш-хроматографы Teledyne
Центрифуги фильтрующие
Шкафы и инкубаторы Memmert
Шланги лабораторные
Эксикаторы и перчаточные боксы
Галерея реакторов и фильтров




mistakes



Стабильность пены и структура пены под высоким давлением для третичной добычи нефти

Анализ пены под давлением до 35 Мпа (350 бар) новым измерительным прибором

Свойства пены, такие как стабильность, структура, вспениваемость и распределение пузырьков по размерам, зависят, среди прочего, от типа и фазового поведения и концентрации стабилизирующего поверхностно-активного вещества, от содержания соли, а также от добавок, таких как полимеры, и, наконец, от температуры. Когда пены используются в третичной нефтедобыче, возникает еще один фактор, который вряд ли играет роль в традиционных анализах пены: давление, преобладающее в пласте, которое приводит к совершенно другой пенообразующей способности и, прежде всего, стабильности по сравнению со стандартными условиями. Влияние этого особенно важного параметра до сих пор изучено лишь в ограниченной степени из-за отсутствия доступной технологии измерения.

Благодаря анализатору пены высокого давления - HPFA, недавно стал возможен анализ образования, стабильности и структуры жидкой пены при давлении до 35 Мпа (350 бар) и 120 °C за одно измерение. В этом исследовании мы представляем первые исследования пенообразования в зависимости от давления, проведенные с помощью этого прибора. Основное внимание уделяется измерениям высоты и структуры пены, а также зависимому от времени анализу относительной высоты пены и среднего размера пузырьков водных азотных пен. Измерения воспроизводимости дают хорошо согласованные результаты. Кроме того, было исследовано влияние типа газа для наиболее важных газов - азота (N2) и диоксида углерода (CO2) на поведение пены.

Чтобы использовать пену в третичной добыче нефти, дисперсия пузырьков газа в водном растворе поверхностно-активного вещества должна быть стабильной в течение более длительного периода времени и против экстремальных условий, присутствующих в залежи, таких как высокая соленость, температура и давление. Прежде чем можно будет исследовать многофазный поток в поровом пространстве, включая все взаимодействия с матрицей породы, необходимо знать поведение жидкой фазы (объемной пены). В зависимости от используемой системы поверхностно-активное вещество-газ играет роль давление, температура, различные добавки и взаимодействия с солями и сырой нефтью.

Экспериментальная часть

Используемый измерительный инструмент

Поскольку предыдущие исследования структуры пены и стабильности пены могли быть выполнены только при атмосферном давлении, и поэтому влияние решающего параметра давления не могло быть определено, Анализатор пены высокого давления - HPFA был разработан как аппарат для научных исследований жидких пен при повышенных давлениях (pmax = 35 Мпа (350 бар) и температурах (Tmax = 120 ° C).

Ядром прибора является смотровая ячейка с длинным отверстием под высоким давлением, в которой поступающий газ проходит через стеклянную фильтровальную пластину (фритту) или буровой керн в водный раствор поверхностно-активного вещества, указанный выше. Добавки и / или сырая нефть могут быть введены в водный раствор поверхностно-активного вещества или на пену с помощью подключенного мини-дозатора до или во время измерения (рисунок 1).

Принципиальная схема HPFA. Подача газа, а также создание давления в камере высокого давления осуществляется дополнительным насосом (HP4790).


Рисунок 1 - Принципиальная схема HPFA. Подача газа, а также создание давления в камере высокого давления осуществляется дополнительным насосом (HP4790).

Постоянное определение высоты пены осуществляется оптически с помощью камеры с использованием метода проходящего света. Для определения распределения пузырьков по размерам. Специальное расположение двух призм применяется непосредственно к смотровому стеклу, так что структура пены может быть записана и оценена (рисунок 2, 3).

Принципиальная схема измерения высоты структуры пены


Рисунок 2 - Принципиальная схема измерения высоты структуры пены

Используя программное обеспечение ADVANCE, отдельные изображения высоты пены и структуры пены непрерывно записываются и оцениваются. Фактические размеры пузырьков определяются в режиме реального времени и отображаются в виде гистограммы для каждого записанного момента времени.

Оценка двумерной структуры пены и распределения пузырьков по размерам в программе ADVANCE


Рисунок 3 - Оценка двумерной структуры пены и распределения пузырьков по размерам в программе ADVANCE

Такие данные, как средний размер пузырьков и статистическое распределение пузырьков по размерам, также доступны для каждого времени измерения.

Исследуемые образцы и условия измерения

Исследованы стабильность и структура пен из водного раствора анионного ПАВ. Образцы поверхностно-активного вещества вспенивали с объемным потоком газа 50 мл / мин и объемом газа 100 мл через фритту с пористостью G2 (размер пор от 16 до 40 мкм). В качестве газов использовались азот (N2) и диоксид углерода (CO2) при температуре 45 °C и различных давлениях от атмосферного до 15 МПа. Изменение высоты пены и ее структуры, особенно среднего размера пузырьков, анализировали после вспенивания в течение периода до 18 часов.

Таблица 1 – Условия эксперимента
Условия эксперимента

Полученные результаты

Стабильность пены в зависимости от давления

При рассмотрении стабильности пены водной пены N2, стабилизированной анионным поверхностно-активным веществом, можно видеть, что стабильность возрастает с увеличением давления, причем наиболее значительное увеличение стабильности наблюдается в диапазоне низких давлений (рисунок 4). За период наблюдения 18 часов полного разложения при повышенных давлениях не произошло, так что можно говорить об исключительно стабильных пенах.

Что касается среднего размера пузырьков, наибольшие различия также могут быть обнаружены при низких давлениях. Например, начальный средний размер пузырьков пены, полученной при атмосферном давлении, значительно отличается от начальных средних размеров пузырьков при более высоких давлениях от 5 до 15 МПа.

Средний размер пузырьков увеличивается со временем при всех давлениях; этот эффект уменьшается с ростом давления и практически незаметен при 15 МПа. Здесь размер пузырьков очень постоянный, что также свидетельствует о высокой стабильности пены.

Плотность и вязкость дисперсной (газовой) фазы и окружающей (жидкой) фазы играют роль в стабильности пены. С повышением давления увеличивается как плотность, так и вязкость азота и водной фазы, в результате чего пена стабилизируется при повышении давления. Подвижность молекул поверхностно-активного вещества увеличивается с увеличением давления, так что конвекция Марангони, которая заставляет жидкость течь из областей с более низким поверхностным натяжением в области с более высоким поверхностным натяжением, ускоряется при повышенных давлениях. Это стабилизирует ламели из пенопласта. Возможный дестабилизирующий эффект, а именно повышение растворимости газа с повышением давления, очевидно, играет второстепенную роль в пенах, образованных с использованием азота.

Зависимая от времени относительная высота пены (a) и средний размер пузырьков (b) при различных давлениях (N2)


Рисунок 4 - Зависимая от времени относительная высота пены (a) и средний размер пузырьков (b) при различных давлениях (N2)

Газозависимая стабильность пены

Стабильность пены и развитие среднего размера пузырьков в течение срока службы пены зависят от различных физических параметров, некоторые из которых сильно зависят от давления. К ним относятся, в частности, межфазное натяжение между двумя фазами, присутствующими в пене, плотность и вязкость, которые меняются со временем из-за переноса материала, и соответствующая взаимная растворимость. Из-за принципиально различных свойств вещества СО2 по сравнению с N2 во всем диапазоне давлений до 35 МПа картина для пен, образованных с использованием СО2, совершенно иная, чем для пен N2. На рис. 5 показано сравнение между пеной, образованной с использованием N2, и пеной, образованной с использованием CO2, при давлении 5 МПа каждая. Остальные условия испытаний, такие как объем газа, тип и концентрация поверхностно-активного вещества, идентичны (таблица 1).

Относительная высота пены CO2 уменьшается значительно быстрее, чем у пены N2, и уже через 2 часа составляет менее 10% (рисунок 5a). Пена CO2 распадается быстрее и поэтому более нестабильна, чем пена N2.

Начальный средний размер пузырьков сопоставим и поэтому зависит только от давления, а не от газа. Средний размер пузырьков пены CO2 увеличивается со временем значительно быстрее, чем размер пузырьков вспененных N2 образцов (рисунок 5b).

Период полувыведения составляет примерно 12 часов при использовании N2 и всего около 50 минут при использовании CO2.

Решающим фактором для этого может быть возрастающая взаимная растворимость СО2 и водного раствора ПАВ, особенно при увеличении давления. В частности, повышенный перенос СО2 через ламели пены приводит к более быстрому увеличению среднего размера пузырьков (созревание Оствальда) и, таким образом, к снижению стабильности пены.

Относительная высота пены (a) и средний размер пузырьков (b) как функция времени (N<sub>2</sub и CO<sub>2</sub)


Рисунок 5 - Относительная высота пены (a) и средний размер пузырьков (b) как функция времени (N2 и CO2)

Воспроизводимость

Поскольку пена - очень сложная система, воспроизводимость является серьезной проблемой. Расхождение между измерениями в одних и тех же условиях испытаний увеличивается с увеличением продолжительности измерения.

На рисунке 6 показаны два измерения в идентичных условиях при давлении 15 МПа. Результаты легко воспроизводимы. Отклонение двух измерений через 18 часов составляет 9% для относительной высоты пены и 1% для пузырьков среднего размера.

Повторные оценки относительной высоты пены (a) и среднего размера пузырьков (b) как функции времени (N2)


Рисунок 6 - Повторные оценки относительной высоты пены (a) и среднего размера пузырьков (b) как функции времени (N2)

Выводы

Первые исследования водных пен при высоких давлениях с помощью анализатора пены высокого давления (HPFA) показывают значительное влияние повышения давления на свойства пены. Относительная высота пены и средний размер пузырьков водных пен N2, стабилизированных поверхностно-активными веществами, значительно более постоянны при высоких давлениях, чем при более низких давлениях.

Сравнение пен, образованных с использованием N2 и CO2, показывает влияние типа газа и связанных с ним свойств материала, зависящих от давления, на параметры пены. Пены CO2 значительно более нестабильны, чем пены N2, что можно объяснить взаимной растворимостью CO2 и образца.

Посредством примерных повторных измерений может быть продемонстрирована хорошая воспроизводимость анализа высоты пены и превосходная повторяемость среднего диаметра пузырька.

Новый метод измерения и сильное влияние давления на поведение пены, показанное с его помощью, открывает целую область многообещающих исследовательских работ, с помощью которых можно оптимизировать использование пены в третичной добыче нефти.


Тензиометры серии K:
Тензиометры цифровые K20 / K20S
Тензиометры процессорные К100
Это интересно...
Практическое применение тензиометров KRUSS
Теоретические основы поверхностной химии
Устойчивость пены водных растворов ПАВ
Загрузить
Каталог Тензиометры KRUSS 4.77 МВ
Брошюра Тензиометры KRUSS 0.38 МВ


 Создание сайта — Вячеслав Курашенко
© 2008-2021 Tirit.org - ООО | Карта сайта