原油对水相泡沫的稳定作用机理研究

以探索原油对水相泡沫稳定作用机理为目标。采用光学显微术、微分干涉仪和冷冻电镜技术(FF-TEM，Cryo-TEM)研究油-水-气三相泡沫的界面吸附结构、油滴在气/水界面的构型，以确定在油-水-气三相泡沫界面的精细结构及与泡沫稳定性之间的关系。利用Plateau区压力测试装置测试在排液过程中排液量及Plateau区的压差 随时间的变化，分析排液速率、Plateau区的压差 随时间的变化规律；利用光学显微透射镜观察液膜中油滴的迁移规律，利用反射镜观察液膜的减薄行为，进而分析油滴迁移对液膜的排液与破裂的影响机理。采用光学显微微分干涉技术，测量并计算三相泡沫干涉图的几何尺寸如接触角、曲率半径等特性参数，结合Laplace方程，计算假乳液膜的膜过剩能，建立膜过剩能与三相泡沫稳定性之间的关联。 该项目的研究为泡沫体系的稳定性理论奠定基础，为泡沫体系在油气开发中的应用提供理论指导。

原油对泡沫的稳定性有着显著的影响，是决定许多工程作业成败的关键因素。围绕这一主题形成了几种不同的基于表面科学的相互作用机理，其中不乏存在分歧与争论。因此，本项目以探索原油对水相泡沫稳定作用机理为目标。主要涉及三个方面的研究：油-水-气三相泡沫的界面结构；油-水-气三相泡沫的排液行为及假乳液膜的薄化过程；假乳液膜的热力学稳定性计算。通过系统的实验计划实施，取得了如下的理论成果：.(1) 油相对水相溶液的发泡性能具有不同影响。无论是原油、轻质煤油，还是非极性有机溶剂，对水相溶液的起泡性能均产生明显的抑制作用。随着含油量增加，发泡性能愈来愈差，最大的泡沫质量仅达70%。但是，由于乳化油滴的界面聚集作用，使得形成的三相泡沫体系稳定性却大幅提高，最长可稳定3-4天。.(2) 提出了油-水-气三相泡沫界面微观结构模型，且勾画出油滴在气泡界面的构型及分布。其界面结构表现出双级微观结构，首先是油滴聚集形成气泡界面层，第二级是胶束聚集在油滴界面形成保护层。.(3) 揭示了油-水-气三相泡沫排液机理。原油对水相泡沫的排液行为的影响，与水相泡沫相比，其机理并没有发生根本改变。油-水-气三相泡沫排液过程分为三个阶段：即排液初期阶段，排液快速阶段以及排液后期阶段。.(4) 提出了乳状液泡沫体系两级导电机理。第一级为O/W乳状液体系中，连续相水相作为导电通道；第二级为气泡的Plateau通道作为导电通道。.(5) 证明假乳液膜的过剩能的计算是可行且准确的。通过微分干涉实验测试，计算了油-水-气三相泡沫假乳液膜的过剩能，并与其稳定性进行关联，计算结果与实验观察一致。. 在项目组全体成员的共同努力下，该项目完成了计划要求的研究目标，取得了预期的研究成果。获省部级科技奖励2项；出版学术专著1部；发表学术论文8篇，其中SCI收录4篇；获授权发明专利2项；培养硕士研究生6名；参加国际学术会议2人次，国内学术会议17人次。. 原油与泡沫的相互作用研究，具有复杂性更具有前沿性。开展这一主题研究，可为泡沫体系的稳定性理论增添新的篇章，为泡沫体系在油气开发中的应用提供更多的理论指导。