53泡排劑的應(yīng)用

1、泡排劑的應(yīng)用徐強(qiáng)中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司生產(chǎn)運(yùn)行處610051摘要在天然氣開發(fā)過程中，當(dāng)氣井產(chǎn)水時(shí)，氣藏能量將會(huì)降低，逐漸變成間歇井， 甚至因井底嚴(yán)重積液而停產(chǎn)。泡沫排水采氣是一種經(jīng)濟(jì)性高、 效率高、施工方便 的排水采氣技術(shù)。泡沫排水也存在很大的局限性，它一般受井深、井溫、及產(chǎn)層 水質(zhì)的礦化度等多種條件的限制。 本文針對(duì)不同油田的地層水礦化度、 溫度等情 況，通過實(shí)驗(yàn)選擇有效的泡排劑以維護(hù)天然氣井的正常生產(chǎn)；通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試泡排劑在不同環(huán)境下的適應(yīng)能力和各種性能以滿足天然氣開采的需要。研究結(jié)果表明泡排劑在不同礦化度的水樣中以及不同的溫度下其效果不一致，相對(duì)來說，泡排劑CT5-2的性能更穩(wěn)定，效

2、果更明顯。關(guān)鍵詞：氣井泡排劑泡沫排水機(jī)理Application of foam scrubbing agent foam scrubbing agentXUQIANGManufactureoperation department of CNPC ChuanQing Drilling and explorationCo,ltd 610051ABSTRACTWhile being spirit well to produce water in the n atural gas the developme nt the process, the spirit hides energy and wil

3、l lower, become intermittent well gradually and eve n stops product ion becausethe well bottom seriously accumulates a liquid. The foam catchme nt adopts spirit to be a kind of econo mic sex Gao, efficie ncy Gao and start con struct ion convenient catchme nt to adopt a spirit tech niq ue. The foam d

4、rains to also exist to very greatly limit sex, it is gen erally subjected to well deep, well, and produce 1 F the mi neral of the fluid matter to turn one degrees etc. is various con diti onal restrictio ns. This desig n to the geologic strata water mi neral of differe nt oil-field turns circumstanc

5、es, such as degree and temperature.etc. and pass an experiment choice a valid bubble row with the maintenance natural gas well of no rmal produce; Orien tati on ability and various function pass ing the experime nt test bubble row under the different environment with satisfy the natural gas mine of

6、dema nd. Study the result enun ciati on bubble row in the differe nt min eral turn the water kind of degree and the differe nt temperature desce nd its effect incon formity, opposite to say, the function which steeps a row CT5-2 more stable, the effect is more obvious.Keyword: Annoy well ； Steep a r

7、ow The foam drain； Mechanism摘要1ABSTRACT11緒論42泡排劑與泡排工藝52.1 泡排工藝52.1.1 泡沫排水采氣的機(jī)理 52.1.2注入方法52.1.3 泡排劑的注入量及日加藥次數(shù) 62.2泡排劑的發(fā)展62.2.1 泡排劑的性能62.2.2泡排劑的類型72.2.3泡排劑的指標(biāo)72.2.4泡排劑性能評(píng)價(jià)方法82.2.5泡排劑的適用條件 82.2.6泡排劑的選擇92.3泡沫的穩(wěn)定機(jī)理92.3.1 泡沫中液體的流失102.3.2泡膜的透氣性102.4 影響泡沫穩(wěn)定性的因素 102.4.1 起泡溶液的表面張力112.4.2表面粘度 112.4.3溶液粘度 112.

8、4.4 液膜的表面電荷112.4.5 泡沫質(zhì)量112.4.6 壓力和氣泡大小分布 122.4.7 溫度123結(jié)論與建議12參考文獻(xiàn)131緒論在天然氣開發(fā)過程中，當(dāng)氣井產(chǎn)水時(shí)，氣藏能量將會(huì)降低，逐漸變成間歇井， 甚至因井底嚴(yán)重積液而停產(chǎn)。泡沫排水采氣是一種經(jīng)濟(jì)性高、 效率高、施工方便 的排水采氣技術(shù)，它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、成本低、適用井深范圍大、不影 響氣井正常生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此近年來國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展起來，在采氣工業(yè)中得到普 遍應(yīng)用。泡沫排水采氣工藝是針對(duì)自噴能力不足， 氣流速度低于臨界流速的氣井 的一種有效的排水采氣方法。泡沫排水采氣工藝是通過從攜液能力不足的生產(chǎn)井的套管空間內(nèi)注入表面 活性劑

9、（泡沫排水起泡劑，簡(jiǎn)稱起泡劑），在天然氣流的攪動(dòng)下，使之與井底積液 充分混合，從而減小液體表面張力，產(chǎn)生大量比較穩(wěn)定的含水泡沫，隨著氣泡界 面的生成，減少了氣體滑脫量，使氣液混合物密度大為降低，從而降低自噴井油 管內(nèi)的摩阻損失和井內(nèi)重力梯度，其結(jié)果就是能有效地降低井底回壓，液體被連 續(xù)舉升，使得在井底壓力和井口壓力相同的情況下， 井底積液更易被氣流從井底 攜帶至地面，泡沫柱底部的液體不斷補(bǔ)充進(jìn)來， 直到地井底水替凈。當(dāng)?shù)貙铀?的泡沫被攜帶至地面后，通過向其中加入消泡劑以便使氣水分離，從而達(dá)到排水 采氣的目的。此外，起泡劑還通過分散、滲透、減阻、洗滌 （排出地層中泥沙與淤渣等不 溶性固體微粒）

10、等作用，促使井筒積液形成泡沫，隨氣流排出，達(dá)到增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn) 的目的。降低地層水的表面張力，使水在氣流的擾動(dòng)下容易被分散，大液滴 變成細(xì)小的液珠，進(jìn)而有利于氣水流態(tài)由舉升效果差的氣泡流或段塞流向易舉升 的霧狀流或段塞流轉(zhuǎn)變，減少氣液的滑脫損失；降低密度。起泡后，垂直管中 的液體轉(zhuǎn)化為泡沫，使液態(tài)密度幾乎可降低到原來的1/10，使液柱的壓力大大降 低，同時(shí)氣、液流度差別不大，有利于舉升；井底氣水混合物因氣流沖擊會(huì)產(chǎn) 生渦流，泡排劑會(huì)減少渦流造成的垂向流動(dòng)阻力， 提高管段液相的可輸性；可 清洗井底，同時(shí)泡沫會(huì)將不溶性污垢、顆粒攜帶出井筒。由于上述作用的結(jié)果，在不能連續(xù)帶水或不能將水完全帶出的井中加入泡

11、排 劑后，能夠改善或恢復(fù)井的生產(chǎn)。泡沫排水也存在很大的局限性，它一般受井深、 井溫、日產(chǎn)液量及產(chǎn)層水質(zhì)的礦化度等多種條件的限制。 國(guó)內(nèi)已有泡沫排水劑（以 下簡(jiǎn)稱泡排劑）十多種，一般適用于70C以下的地層。隨環(huán)境溫度的升高，泡排 劑的起泡能力和穩(wěn)定性會(huì)大大降低，尤其在 100C以上的高溫地層，許多起泡劑 產(chǎn)生的泡沫會(huì)在幾分鐘內(nèi)消失，甚至不產(chǎn)生泡沫。本論文在于研究泡排劑在不同環(huán)境下的適應(yīng)能力，以滿足天然氣開采的需要2泡排劑與泡排工藝2.1 泡排工藝泡沫排水采氣是從井底注入某種能夠遇水起泡的泡排劑 （表面活性劑），井底 積水與起泡劑接觸以后，借助天然氣流的攪動(dòng)，生成大量低密度含水泡沫，隨氣 流從井底

12、攜帶到地面。當(dāng)?shù)貙铀械呐菽粩y帶至地面后， 通過向其中加入消泡 劑以便使氣水分離，從而達(dá)到排水采氣的目的 】。2.1.1 泡沫排水采氣的機(jī)理泡排劑的作用是降低水的表面張力，水的表面張力隨表面活性劑濃度增加而 迅速降低，表面張力隨濃度下降的速度體現(xiàn)了泡排劑的效率。當(dāng)泡排劑注入濃度 大于臨界膠束濃度時(shí)，界面張力隨濃度變化不大。泡沫排水采氣的機(jī)理還包括泡 沫效應(yīng)、分散效應(yīng)、滲透效應(yīng)、減阻效應(yīng)和洗滌效應(yīng)等。2.1.2 注入方法四川氣田往井內(nèi)注入泡沫助采劑，目前施工方法如下：1）平衡罐：平衡罐置于井場(chǎng)，起泡劑溶液盛于平衡罐與井口套管壓力相連 通，罐內(nèi)溶液靠自重和高差流入環(huán)行空間， 連續(xù)均勻地流到井底。

13、使用平衡罐加 藥，不需動(dòng)力是其最大的優(yōu)點(diǎn)。2）電動(dòng)泵和柱塞計(jì)量泵：可根據(jù)井況需要選用，但井場(chǎng)無電源時(shí)，其使用 受到限制。泡沫排水專用車：在汽車上安裝一臺(tái)柱塞泵和藥罐，用汽車引擎的動(dòng) 力帶動(dòng)柱塞泵，方便靈活，適應(yīng)性能強(qiáng)。3）便攜式投藥筒；類似油井清蠟防噴裝置，安裝在采油樹清蠟閘門上端， 用于往井下投擲泡沫助采棒。4）消泡用注油泵：安裝在井場(chǎng)上，用于加注消泡劑。該泵用氣井氣體壓力作動(dòng)力，泵的出口管線與分離器的進(jìn)氣管線相連， 泵的吸入端接消泡劑油罐。輕 便、靈活是這種泵的優(yōu)點(diǎn)。但不抗腐蝕，部件易損，且不適宜連續(xù)工作。西南油氣田分公司的生產(chǎn)實(shí)踐證明，泡沫排水采氣對(duì)某些類型的氣水井是行 之有效的，主要表

14、現(xiàn)在：一些低壓小產(chǎn)量氣井井口流壓、日產(chǎn)氣量和日排水量有 所提高；一些間歇生產(chǎn)井轉(zhuǎn)為連續(xù)自噴井；對(duì)于一些間歇井，延長(zhǎng)了產(chǎn)氣時(shí)間；使一些暫時(shí)水淹停產(chǎn)井，再次恢復(fù)了生產(chǎn)2.1.3泡排劑的注入量及日加藥次數(shù)在泡沫排水中，泡排劑的起泡能力受很多因素的影響，諸如濃度、溫度、含 鹽量、凝析有油含量和井深等。因此，泡沫助采劑的加入量只能根據(jù)各井的井況 確定。泡沫助采劑的濃度確定以后，根據(jù)氣井的日產(chǎn)水量就可以確定助采劑的日用 量。對(duì)于氣水比高的井，濃度取下限值，反之則取上限值。加藥后，觀察氣井帶 水情況，再對(duì)助采劑用量進(jìn)行必要的調(diào)整， 以達(dá)到既能正常帶水，又不影響氣水 分離的原則。泡沫助采劑日用量確定以后，日加

15、藥次數(shù)根據(jù)井況確定。對(duì)只產(chǎn)少量凝析水 或地層水的氣井，宜采用間歇加藥方式，每隔幾天、幾月加一次藥。對(duì)地層水產(chǎn) 量較大的氣水井，加藥周期越短越好，最好是不間斷地連續(xù)加藥。2.2 泡排劑的發(fā)展20世紀(jì)全世界油氣勘探開發(fā)事業(yè)取得了輝煌成就，被譽(yù)為“石油世紀(jì)”而 載入史冊(cè)，加強(qiáng)天然氣成藏的普遍性與特殊性已勢(shì)在必行。 由于天然氣在化學(xué)組 成、分子量、黏度、密度、擴(kuò)散系數(shù)、水中溶解度等理化性質(zhì)上均與石油區(qū)別較 大，它的最大特點(diǎn)是分子活動(dòng)能力強(qiáng)， 運(yùn)移速率和規(guī)模都比石油大得多， 在成藏 條件方面二者即相關(guān)又相同，天然氣成藏更具有普遍性與特殊性。在天然氣開采中氣井出水時(shí)常出現(xiàn)， 泡沫排水是最常用的方法，由于地

16、層水 的復(fù)雜性，決定了泡排劑的多樣性。當(dāng)今國(guó)內(nèi)外起泡劑發(fā)展相當(dāng)迅速促進(jìn)了泡沫 排水技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外有水氣田的開采工藝措施從思路上來講，主要有兩點(diǎn)： 一是采用化學(xué)方法進(jìn)行堵（阻）水，主要適用于整個(gè)氣藏（田）治水，且單井出水量 較少；二是進(jìn)行排水采氣，在排水時(shí)，又區(qū)分為兩種情況：一是將地層水排至地 面，隨后進(jìn)行污水處理，環(huán)保達(dá)標(biāo)后排放；二是排水井產(chǎn)層下有回注層，且在產(chǎn) 層和回注層之間有隔層（或叫蓋層，即產(chǎn)層和回注層不連通），此時(shí)將產(chǎn)出的地層 水在井下分離，地層水回注到井下。從排水采氣的趨勢(shì)看，在國(guó)外采用最多的排 水采氣方法主要是機(jī)抽、泡排和氣舉。天然氣開采中氣井出水時(shí)常出現(xiàn)，泡沫排水是最常用的方

17、法，由于地層水的 復(fù)雜性，決定了泡排劑的多樣性，隨著天然氣越來越重要，泡排劑的發(fā)展前途無 限巨大。2.2.1 泡排劑的性能1）可降低水的表面張力；2）起泡性能好，使水和氣形成水包氣的乳狀液；3）能溶解于地層水，親憎平衡值要求在 915范圍之內(nèi)；4）泡沫攜液量大，即氣泡形成水膜越厚，單位體積泡沫的含水量就越高， 表示泡沫的攜水能力越強(qiáng)。另外還要求泡沫穩(wěn)定性適中，因穩(wěn)定性差有可能達(dá)不到將水帶至地面的目 的；反之，如穩(wěn)定性過強(qiáng)，貝U將會(huì)給地面消泡、分離帶來困難。泡排劑的起泡能力由泡沫高度表示。不加泡排劑時(shí)，氣體可將水沖成泡沫狀， 為水柱的67倍；加入起泡劑后，泡沫柱的高度大大增加，具體倍數(shù)與泡排劑

18、的類型和使用濃度有關(guān)。泡沫邊界體量和泡沫密度隨泡沫高度的增加而迅速減 小，故可大大改善氣井的生產(chǎn)狀況。2.2.2 泡排劑的類型在氣井泡沫排水中采用的泡排劑有離子型 （主要是陰離子型）（用于氣水 井）、非離子型（用于礦化氣水井）、兩性表面活性劑（用于含礦化水和凝析油氣井） 和高分子聚合物表面活性劑（用于含礦化水和凝析油氣井）等。陰離子表面活性劑在起泡劑中最為常見， 陽離子表面活性劑性能較好，特別 是抗礦化水的能力很強(qiáng)，但其價(jià)格高，在應(yīng)用上受到限制。非離子表面活性劑的 來源方便，性能穩(wěn)定，應(yīng)用很廣泛，但就起泡力而言往往比離子型表面活性劑差。 兩性表面活性劑的起泡力相對(duì)較低。表面活性劑自身性能上有較

19、大差異，還受到井溫、水質(zhì)礦化度等因素的影響。 離子型表面活性劑的抗溫能力比非離子型表面活性劑強(qiáng)。陰離子表面活性劑雖然起泡能力強(qiáng)，但易于與地層水中的一些陽離子（鈣鎂離子等）反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，失去 了表面活性劑的性質(zhì)。而非離子表面活性劑和兩性表面活性劑的抗鹽能力比陰離 子表面活性劑強(qiáng)。陽離子表面活性劑在高礦化度的地層水環(huán)境中也能保持其表面 活性劑的性質(zhì)，但其價(jià)格較高，在其他表面活性劑能使用時(shí)，一般不選用它。2.2.3 泡排劑的指標(biāo)泡排劑的優(yōu)劣及工藝參數(shù)是泡排效果好壞的關(guān)鍵。 根據(jù)氣田情況，要求泡排 劑應(yīng)達(dá)到以下指標(biāo)：1）與地層水混溶后不產(chǎn)生沉淀，避免造成井下堵塞。2）在室內(nèi)90C的高溫地層水中具有較好

20、的起泡、穩(wěn)泡能力和帶水能力。3）適用于100C以上、4500m以內(nèi)、日產(chǎn)水20m3以上的高溫氣井，使用 后有較明顯的排水功能，使施工井油管液面下降，氣產(chǎn)量增加，井口壓力提高。4）泡沫排水劑具有緩蝕功能。224泡排劑性能評(píng)價(jià)方法選用一種泡排劑或新開發(fā)一種泡排劑,必須評(píng)價(jià)其性能。目前對(duì)于泡排劑的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，還沒有一種十分完善的標(biāo)準(zhǔn)化的方法也有一共同點(diǎn)，即力圖獲得表征泡排劑的起泡能力、攜液氣量和穩(wěn)定性等參數(shù)。選用一種泡排劑或新開發(fā)一種泡排劑,必須評(píng)價(jià)其性能。目前對(duì)于泡排劑的即力圖獲得表征實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，還沒有一種十分完善的標(biāo)準(zhǔn)化的方法也有一共同點(diǎn), 泡排劑的起泡能力、攜液氣量和穩(wěn)定性等參數(shù)四川氣田評(píng)價(jià)泡排劑

21、性能的方法有以下幾種：1）泡排劑起泡能力（本實(shí)驗(yàn)采用此方法）將泡排劑放入泥漿杯在五軸高速攪拌器下攪拌后，倒入量筒中，將量筒放入 恒溫鍋中開始計(jì)時(shí)。從而測(cè)量泡沫從產(chǎn)生到消失所需的時(shí)間和所產(chǎn)生的泡沫高 度，時(shí)間的長(zhǎng)短反映泡沫劑起泡能力。2）氣流法此法用于測(cè)定泡排劑溶液在氣流攪拌下，產(chǎn)生泡沫的能力和泡沫含水量。將 泡排劑溶液盛于發(fā)泡器內(nèi)，空氣在一定壓力下通過多孔分散器進(jìn)入發(fā)泡器，攪動(dòng) 起泡劑溶液，產(chǎn)生泡沫。在泡沫發(fā)生器中，每升氣流通過后形成連續(xù)泡沫柱的高 度（CM，表示泡排劑溶液生成泡沫的能力。實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的泡沫，用泡沫收集器 收集。加入消泡劑消泡后，測(cè)定每升泡沫的含水量（ml）用以表示泡沫的攜水能力

22、。起泡能力=泡高（cm）/單位氣體體積（L）=泡沫體積（L）/單位氣體體積（L）泡沫含水量=ml （水）/ L （泡沫）3）羅氏米爾法此法簡(jiǎn)稱羅氏法，為輕工業(yè)部評(píng)價(jià)洗滌劑的部頒標(biāo)準(zhǔn)。 羅氏泡沫儀是定型儀 器。測(cè)定200ml起泡溶液從羅氏管口流至羅氏管底時(shí)管中形成的泡沫高度，開始時(shí)和三分鐘（或五分鐘）分別測(cè)兩個(gè)高度。起始泡沫高度反映了泡排劑溶液的起 泡能力，其差值表示泡沫的穩(wěn)定性。2.2.5泡排劑的適用條件氣井流體性質(zhì)不同，采用的泡排劑也不同。1）氣水井對(duì)于一般氣水井，主要采用陰離子型泡排劑，如磺酸鹽、硫酸酯鹽等。它們 含有陰離子型親水基（如SQNa、-OSO5Na）,親水能力強(qiáng),溶解性好，降低

23、表面 張力的能力也強(qiáng)，單獨(dú)使用起泡劑就能獲得較好的排液效果對(duì)于礦化度較高的氣水井，離子型泡排劑在礦化水中會(huì)生成不溶解的沉淀. 因此，對(duì)于水中礦化度較高的井，多采用非離子型泡排劑，如蘇聯(lián)的on系列表面 活性劑.這類表面活性劑不僅有優(yōu)良的表面活性，而且吸附損失小，并且由于親水 親油鍵之間有醚類官能團(tuán)，起泡能力更大。2）含凝析油的氣水井在同時(shí)含礦化水和凝析油的氣井中，由于凝析油本身是一種消泡劑，使起泡 劑的起泡能力變差對(duì)于這類井，應(yīng)采用多組分的復(fù)合起泡劑表面活性劑的某些 性能具有協(xié)同效應(yīng)，即在同時(shí)使用兩種或兩以上適當(dāng)?shù)?、類型不同的表面活性?是,可以得到比單獨(dú)使用一種表面活性劑更好的效果，所以常將幾

24、種起泡劑同時(shí)配入一個(gè)體系中使用此外,對(duì)這類氣井也可采用兩性或聚合物表面活性劑起起 泡劑。3）含硫化氫的氣水井在含硫化氫的氣水井中進(jìn)行泡沫排液，為抑制硫化氫對(duì)氣井設(shè)備的腐蝕，需 加注緩蝕劑.這就要求緩蝕劑與起泡劑相互之間能配伍，使起泡劑的性能不受影 響,緩蝕劑的效果也不會(huì)有所降低當(dāng)氣井同時(shí)含凝析油和硫化氫時(shí)，針對(duì)含凝析 油應(yīng)采用高效或多組分復(fù)合物起泡劑，同時(shí)還需加注緩蝕劑。2.2.6 泡排劑的選擇1） 井溫。例如，無患子和空泡劑的起泡性能易受溫度的影響， 溫度升高時(shí)， 起泡能力下降。無患子不宜用于井底溫度高于 90C的氣井，空泡劑在70C時(shí)幾 乎喪失起泡能力。2）凝析油、H2S、C6含量。3）水

25、礦化度。礦化度增高，水的表面張力增加，泡沫排水效果降低。4） 親憎平衡值（HLB。在排水采氣中，一般要求親憎平衡值在915, 其值越大，水溶性越高。5）表面張力。表面張力會(huì)影響濕潤(rùn)、起泡、乳化和分散。所選起泡劑能使 表面張力下降得越低越好，這樣才能改善垂管氣液兩相流動(dòng)中的流態(tài)。6） 臨界膠束濃度（C.M.C）。膠束是指兩親性分子在水或非水溶液中趨向 于聚集（締合或相變）。所有性質(zhì)在臨界膠束濃度以上都存在轉(zhuǎn)折。泡排劑的臨 界膠束濃度一般大于6.0 10_5，臨界膠束濃度越大的，帶水能力越好，起泡性能 越高。7）穩(wěn)定性。泡沫的穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，易將地層水從井底帶至地面，但穩(wěn)定時(shí)間 過長(zhǎng)又會(huì)給地面的分離、

26、集輸、計(jì)量等帶來困難。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，認(rèn)為泡 沫的穩(wěn)定時(shí)間一般為12小時(shí)，泡沫高度始高的2/3為好。2.3泡沫的穩(wěn)定機(jī)理泡沫的穩(wěn)定性是泡沫流體的主要性能。泡沫是氣體組成的氣泡分散體系，它 具有非常大的表面自由能，從熱力學(xué)意義上講，泡沫都是不穩(wěn)定體系，但可以采 取某些措施，改變條件，使存在時(shí)間長(zhǎng)一些，以滿足應(yīng)用要求。目前普遍認(rèn)為泡沫的衰變機(jī)理是：泡沫中液體的流失；氣體透過液膜擴(kuò) 散。兩者均、泡膜性質(zhì)和液膜與 Plateau邊界間的相互作用有直接關(guān)系。231泡沫中液體的流失泡沫中液體的流失是氣泡相互擠壓和重力作用的結(jié)果。氣泡的擠壓主要來源 于力看，膜問夾角為120。時(shí)，B、A間的壓差最小，泡沫

27、最穩(wěn)定。曲面壓力。圖 1表示3個(gè)氣泡泡膜交界的Plateau邊界。根據(jù)Laplaq公式，不難導(dǎo)出：PB P心泊(1)式中：PB-圖1中B處的液體壓力；PA A處液體壓力；5表面張力；R 3個(gè)氣泡的氣泡半徑。該式表明，A處液體的壓力較B處小，在這種壓差作用下，泡沫中的液體自 動(dòng)地從B處向A處流動(dòng)，使液膜變薄，最終導(dǎo)致破滅。從曲面壓圖1 Plateau邊界2.3.2 泡膜的透氣性無論用什么方法產(chǎn)生泡沫，其大小總是不均勻的，根據(jù)Laplace方程小泡內(nèi) 的氣體壓力比大泡的高，因而小泡內(nèi)的氣體會(huì)透過液膜擴(kuò)散到大泡中去， 造成小 泡變小，大泡變大，最終均趨于破滅。DeVries曾詳細(xì)研究了泡沫中氣體的擴(kuò)

28、散過程，并發(fā)現(xiàn)：當(dāng)小泡為大泡環(huán)繞 時(shí)，小泡半徑的平方隨時(shí)問的增長(zhǎng)而線性地減??；泡總數(shù)則隨時(shí)問平方倒數(shù)的增 加而減小泡沫的這種不均化現(xiàn)象，與懸浮體的Ostwald陳化相似，且物質(zhì)從較小 體積向較大體積轉(zhuǎn)移過程的驅(qū)動(dòng)力是物質(zhì)表面能的降低。2.4 影響泡沫穩(wěn)定性的因素泡沫是復(fù)雜的體系，影響泡沫穩(wěn)定性的因素較多，主要討論以下幾個(gè)方面。241起泡溶液的表面張力隨著泡沫的生成，液體表面積增大，表面能增高。根據(jù) Gibbs原理，體系總 是趨向于較低的表面能狀態(tài)，低表面張力，可使泡沫體系能量降低，有利于泡沫 的穩(wěn)定。由式(1)可知，毛細(xì)管壓力與溶液的表面張力S成正比，S低時(shí)，毛細(xì)管壓力小，泡沫排液速度也慢；另

29、外，S低意味著純水與溶液表面張力的差值大， 泡沫的修復(fù)作用強(qiáng)，不易因受沖擊而破滅。許多事實(shí)證明，液體表面張力不是泡 沫穩(wěn)定性的主要影響因素.只有當(dāng)表面有一定強(qiáng)度，能形成多面體的泡沫時(shí)，低 的表面張力才有助于泡沫的穩(wěn)定。2.4.2 表面粘度表面粘度是指液體表面單分子層內(nèi)的粘度。 這種粘度，主要是表面活性劑分 子在表面單分子層內(nèi)的親水基間相互作用及水化作用而產(chǎn)生的。皂素、蛋白質(zhì)及其他類似物質(zhì)的分子間，除范德華力外，分子間的羧基、胺和羰基間有形成氫鍵 的能力；因而，有很高的表面粘度，形成很穩(wěn)定的泡沫。良好的起泡劑或穩(wěn)泡劑， 在吸附層內(nèi)必須有較強(qiáng)的相互作用，同時(shí)親水基團(tuán)要有較強(qiáng)的水化能力。 前者使 膜

30、有較高的機(jī)械強(qiáng)度，后者可提高液膜的表面粘度。243 溶液粘度SITA等研究了水溶性聚合物對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響，他們?cè)?0.2%Ci2H25OSQNa和.5%NaCI的水溶液中，加入C12H 25OH和羥甲基纖維素鈉 鹽，并測(cè)定了泡沫的有關(guān)參數(shù)，得出以下結(jié)論：水溶性聚合物的加入，提高了溶 液的粘度，增長(zhǎng)了泡沫重力排液松馳時(shí)間，氣體擴(kuò)散松馳時(shí)間及泡沫半衰期。起 泡劑溶液粘度的增加，既使泡膜內(nèi)液體不易流失，又使氣體在液膜中的溶解度降 低。但液相粘度僅為輔助因素，若不形成表面膜，液相粘度再大，不能形成穩(wěn)定 的泡沫。若體系中既有增高液相粘度的物質(zhì)， 又有增高表面粘度的物質(zhì)時(shí)，泡沫 的穩(wěn)定性可大大提高。24

31、4 液膜的表面電荷離子型表面活性劑的泡膜中，反離子不能中和表面活性劑同側(cè)的吸附電荷， 而在泡膜中形成擴(kuò)散層膜厚度變得近于擴(kuò)散層厚度時(shí)，泡膜兩側(cè)吸附電荷產(chǎn)生 的斥力(分離壓)阻止膜的變薄，有利于泡沫的穩(wěn)定性。這種分離壓可困溶液中電 解質(zhì)濃度的增加而顯著減弱，多價(jià)離子影響特別顯著，膜薄化速度加快，泡沫易 破裂加入適量低價(jià)離子化合物可使吸附的活性劑分子頭基間斥力降低，因而 有增強(qiáng)泡膜穩(wěn)定的作用。2.4.5 泡沫質(zhì)量泡沫質(zhì)量是泡沫中氣體所占泡沫總體積的百分比。Minssieux認(rèn)為泡沫質(zhì)量對(duì)其穩(wěn)定性有決定性影響，這種影響隨泡沫衰變的主要機(jī)理不同而異以排液為主要衰變機(jī)理的泡沫，其穩(wěn)定性隨泡沫質(zhì)量的增加而增加； 以氣體擴(kuò)散為主要衰 變機(jī)理的泡沫其泡沫穩(wěn)定性隨泡沫質(zhì)量增加而降低 （溶液粘度較高、膜較厚的 泡沫就屬于這種情況），前者，因泡沫質(zhì)量提高，氣泡半徑變小，泡膜變薄，排 液速度降低；后者，由于泡沫質(zhì)量增加，加速了氣體擴(kuò)散速度，泡沫變得不穩(wěn)定。246 壓力和氣泡大小分布泡沫在不同壓力下穩(wěn)定性不同，壓力越大，泡沫越穩(wěn)定。Ranc研究了活性劑 水溶 液泡沫，在不同壓力下的排液時(shí)間，發(fā)現(xiàn)壓力與泡沫排液時(shí)間呈直線關(guān) 系。這是因?yàn)榕菽|(zhì)量一定時(shí)，壓力越大，泡沫半徑越??；泡膜的面積越大，液 膜變得越薄，排液速度越低。247 溫度大量實(shí)踐表明，泡沫穩(wěn)定性隨溫度