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泡沫驱替过程中阻力因子与岩心气相饱和度的变化

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油田化学 2016年第2期33卷 266-270页

作者：李松岩李兆敏李宾飞李金洋中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

为了解在不同注入参数下泡沫驱的气相饱和度变化规律、深入分析泡沫渗流机理,通过岩心驱替实验,研究了泡沫驱替过程中注入速度、气液比、岩心渗透率和含油饱和度对泡沫阻力因子与岩心气相饱和度的影响,分析了气相饱和度与封堵能力之间... 详细信息

为了解在不同注入参数下泡沫驱的气相饱和度变化规律、深入分析泡沫渗流机理,通过岩心驱替实验,研究了泡沫驱替过程中注入速度、气液比、岩心渗透率和含油饱和度对泡沫阻力因子与岩心气相饱和度的影响,分析了气相饱和度与封堵能力之间的关联性。结果表明,泡沫渗流阻力因子随注入速度和渗透率的增大而增大、随气液比的增大而先增大后降低;气液比为1∶1数2∶1时,阻力因子为172数194,泡沫封堵性能最好;岩心含油饱和度由0增至65.21%时,阻力因子从172降至71;泡沫对渗透率和油水层有良好的选择性;注入速度和气液比对岩心最高气相饱和度和水驱后气相饱和度的影响较小,最高气相饱和度均能达到80%以上,水驱后气相饱和度均在60%数75%之间;随岩心渗透率增大,最高气相饱和度和水驱后气相饱和度先增大后降低;随含油饱和度的增加,气相饱和度降低。气相饱和度与泡沫封堵能力有较好的关联性,岩心中气相饱和度达到60%以上时才能形成有效封堵,阻力因子快速增加。

关键词：泡沫气相饱和度阻力因子封堵能力

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拜耳赤泥基泡沫轻质土研发与性能试验

拜耳赤泥基泡沫轻质土研发与性能试验

作者：于婷婷山东大学

学位级别：硕士

近年来,泡沫轻质土因其轻质、高强、流动性好、施工效率高的优点,成为解决交通领域不均匀沉降等路基病害问题的有效方法。传统泡沫轻质土主要以水泥作为胶凝材料,协同矿渣粉、粉煤灰等通过发泡工艺进行制备。随着交通强国和双碳战略的实... 详细信息

近年来,泡沫轻质土因其轻质、高强、流动性好、施工效率高的优点,成为解决交通领域不均匀沉降等路基病害问题的有效方法。传统泡沫轻质土主要以水泥作为胶凝材料,协同矿渣粉、粉煤灰等通过发泡工艺进行制备。随着交通强国和双碳战略的实施,利用工业固体废弃物代替水泥做胶凝材料制备泡沫轻质土逐渐成为研究热点。拜耳赤泥作为最难利用的工业固废之一,堆存量巨大,且每年仍以千万吨规模增加。研发赤泥基泡沫轻质土并应用于交通工程建设中,可获得巨大的工程价值和生态效益。本文立足于路基充填工程建设需求,开展了赤泥基胶凝材料配比设计、复合耐碱泡沫剂性能优化、赤泥基胶凝材料与泡沫剂适应性研究,实现了赤泥基泡沫轻质土的制备与性能调控。主要研究内容及成果如下:(1)开展了高钙型固废矿渣粉与赤泥协同利用下浆体凝结时间和抗压强度的变化规律研究,阐明了 pH值和稀释倍数对复合泡沫剂发泡倍数、泡沫稳定性的影响,确定了赤泥基泡沫轻质土的最优配比为赤泥掺60%、矿渣粉掺40%、NaOH外掺6%,水胶比0.6。复合泡沫剂FM-20AB:XG:W=1:0.2:60,泡沫掺5%时孔隙均质,28d抗压强度为1.05 MPa,流动度为212 mm,湿容重为9.1 kN/m3。(2)揭示了水泥、脱硫石膏、水胶比和外加剂对赤泥基泡沫轻质土凝结时间、流变特性和抗裂性能的影响规律。其中水泥可以显著缩短赤泥基泡沫轻质土凝结时间,10%水泥掺量初凝时间最短为168min,2%～10%掺量脱硫石膏可以实现初凝时间在226～331 min内调控。0.4～0.7水胶比和萘系减水剂对改善新拌浆液流动性能最为显著,0.45～0.6水胶比的流动度介于160～212mm之间,有利于现场浇筑;0.3%萘系减水剂掺量在水胶比0.5时可将流动度由165 mm增加至176 mm。单掺1.5%玻璃纤维或单掺12%膨胀剂可显著减少开裂现象,相比于对照组裂缝宽度分别减少了 71.9%和50%,室温下试件的开裂时间分别延长了 513.5%和408.1%。(3)利用CCD工业相机和Image-Pro Plus图像处理技术,研究了各项孔隙结构参数对赤泥基泡沫轻质土物理力学性能的作用规律。孔隙率、孔径均与泡沫掺量呈线性关系,与抗压强度呈幂函数关系。泡沫掺量由3%增加至7%,孔径分布曲线逐渐发散,小孔(600μm)占比升高,圆度值由1.22减小至1.12后又增加至1.35,泡沫掺量5%时孔形最接近于圆形,有利于提升抗压强度。(4)针对水作用和冻结作用引起的路基破坏问题,研究了孔隙结构对赤泥基泡沫轻质土水稳定性的影响规律,分析了循环次数和融化温度对抗冻性能的影响规律。孔隙率由19.2%增加至68.0%时,孔径由187.5 μm增加至316.3 μm时,28d吸水率由17.9%增加至65.6%,28d软化系数由0.86减小至0.20。冻融循环作用下,质量损失和抗压强度损失呈增大趋势,分别由1.0%、8.2%增加至25.5%、58.6%,融化温度越大失效越快。25次循环后,3%、4%和5%泡沫掺量的赤泥基泡沫轻质土质量损失不超过5%,抗压强度损失不超过20%,试件的抗冻性良好。冻融循环破坏孔隙结构,融化温度20℃的试件孔隙率由26.1%增加至72.8%,孔径由211.6 μm增加至332.9 μm,孔径分布由小孔集中向大孔集中发展。

关键词：赤泥泡沫泡沫轻质土稳定性抗冻特性

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苯基硅橡胶泡沫的制备及阻尼性能

材料导报 2019年第10期33卷 1752-1755页

作者：胡洋赵祺芦艾王志勇沈思敏西南科技大学材料科学与工程学院绵阳621010 中国工程物理研究院化工材料研究所绵阳621900

本工作采用化学发泡法制备了苯基硅橡胶泡沫材料,探究了苯基硅橡胶硫化发泡过程的动力学,研究了苯基硅橡胶体系在引入泡沫结构后的阻尼性能。结果表明,通过调整硫化加工温度和发泡剂用量,可以制备不同密度、泡孔尺寸的苯基硅橡胶泡沫材... 详细信息

本工作采用化学发泡法制备了苯基硅橡胶泡沫材料,探究了苯基硅橡胶硫化发泡过程的动力学,研究了苯基硅橡胶体系在引入泡沫结构后的阻尼性能。结果表明,通过调整硫化加工温度和发泡剂用量,可以制备不同密度、泡孔尺寸的苯基硅橡胶泡沫材料,泡沫材料的阻尼性能明显优于实心胶,其中,孔径约为100μm密度ρ为0.74 g/cm^3的苯基硅橡胶泡沫的有效阻尼温域比实心胶提高了47℃,阻尼峰值提高了14%。

关键词：苯基硅橡胶泡沫动力学阻尼性能

聚丙烯/线型低密度聚乙烯开孔泡沫的制备及吸油性能

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高分子材料科学与工程 2016年第12期32卷 133-138页

作者：王舒生王坤庞永艳吴飞郑文革王邃中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201 宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211

以超临界二氧化碳为发泡剂,通过连续挤出发泡法制备聚丙烯/线型低密度聚乙烯(PP/LLDPE)共混物开孔泡沫,并用于吸油性能研究。文中系统研究了发泡温度、原料配比和口模直径对PP/LLDPE泡沫开孔结构和吸油倍率的影响,并研究了泡沫的亲油疏... 详细信息

以超临界二氧化碳为发泡剂,通过连续挤出发泡法制备聚丙烯/线型低密度聚乙烯(PP/LLDPE)共混物开孔泡沫,并用于吸油性能研究。文中系统研究了发泡温度、原料配比和口模直径对PP/LLDPE泡沫开孔结构和吸油倍率的影响,并研究了泡沫的亲油疏水性和吸油的重复使用性。结果表明,当发泡温度为170℃,LLDPE的含量为10%,口模直径为0.5 mm时,发泡样品的密度低、开孔率高、吸油倍率高;PP/LLDPE泡沫对水的接触角为137.8°,疏水性能好;对机油10次重复使用后仍具有很高的吸油倍率。因此,该复合开孔泡沫在污水处理、溢油事故和环境保护中具有潜在的应用价值。

关键词：聚丙烯线型低密度聚乙烯泡沫开孔吸油

羧基甜菜碱型氟碳表面活性剂的合成及其泡沫性能研究

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化学研究与应用 2023年第2期35卷 414-418页

作者：孙道德廖晨童唐尧何喜春郝玉辉彭强四川上氟科技有限公司四川自贡643000 四川大学化学工程学院四川成都610065

本文在碱性条件下将N,N-二甲基-1,3-丙二胺乙内酯季铵盐与全氟己基乙基磺酰氯反应制备了一种新型羧基甜菜碱型氟碳表面活性剂,即全氟己基乙基磺酰胺丙基乙羧基甜菜碱(FTAB)。利用全氟烷基链的“三高”、“两憎”优势,详细研究了FTAB的... 详细信息

本文在碱性条件下将N,N-二甲基-1,3-丙二胺乙内酯季铵盐与全氟己基乙基磺酰氯反应制备了一种新型羧基甜菜碱型氟碳表面活性剂,即全氟己基乙基磺酰胺丙基乙羧基甜菜碱(FTAB)。利用全氟烷基链的“三高”、“两憎”优势,详细研究了FTAB的表面特性,特别是FTAB作为起泡剂时产生泡沫时的抗盐性能和耐油性能。研究结果表明FTAB在NaCl溶液浓度达到20 g·L^(-1)、煤油含量达到30%、环己烷含量达到50%时,该氟碳表面活性剂均具有良好的泡沫持续性和起泡性能。

关键词：羧基甜菜碱氟碳表面活性剂耐油耐盐泡沫

盾构泡沫-泥浆组合改良粗粒土渗流机理及控制技术研究

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盾构泡沫-泥浆组合改良粗粒土渗流机理及控制技术研究

作者：令凡琳中南大学

学位级别：硕士

土压平衡盾构在高水压粗粒土地层掘进或长时间停机后复推时,伴随泡沫粗化、消散,渣土渗透性增强,螺旋输送机易出现喷涌风险,严重时还会诱发开挖面失稳,因此应考虑组合改良。本文以泡沫-膨润土泥浆组合改良粗粒土作为主要研究材料,采用... 详细信息

土压平衡盾构在高水压粗粒土地层掘进或长时间停机后复推时,伴随泡沫粗化、消散,渣土渗透性增强,螺旋输送机易出现喷涌风险,严重时还会诱发开挖面失稳,因此应考虑组合改良。本文以泡沫-膨润土泥浆组合改良粗粒土作为主要研究材料,采用室内试验、理论推导和现场验证等研究手段,深入开展粗颗粒渣土渗流机理及控制技术研究,为粗粒土地层盾构渣土改良提供理论依据和技术支撑。主要研究内容与结论如下:(1)开展大型渗透试验,探明了泡沫-膨润土泥浆组合改良土的渗流特征。随水力梯度增大,改良土渗透系数时变曲线快速通过初始稳定期和快速增长期,更早地进入缓慢增长期。在水力梯度恒定时,组合改良土渗透系数初始稳定期随进、出水口压力增加而增长,且这种现象随水力梯度增大而更加明显。(2)结合泡沫-土相互作用原理,揭示了泡沫-膨润土泥浆组合改良土的改良机理。泡沫填充于土体孔隙中,对渗流通道进行封堵,在水环境改良土中处于固-液-气三相体系,自身结构更加稳定。膨润土泥浆一方面补充改良土中细颗粒含量,增强渣土级配;另一方面,膨润土细颗粒能够稳定泡沫,减缓气泡粗化、破灭,能维持泡沫-膨润土阻水结构稳定。(3)基于微细固体颗粒稳泡机制,建立了泡沫-膨润土泥浆组合改良土初始渗透系数计算模型。依托纯泡沫渗流理论与KozenyCarman方程,引入单层桥接粒子稳泡模式对泡沫-膨润土体系进行搭建,并采用孔隙流体压缩系数对水力梯度作用下泡沫改良土有效渗流通道理论进行修正。通过与渗透试验结果进行对比验证,该模型总体可行。(4)综合泡沫改良与泡沫-膨润土泥浆组合改良研究成果,形成了富水粗粒土地层盾构渣土渗透性控制技术。技术流程主要包括盾构喷涌可能性评价、改良剂选取、合适改良参数确定。依托两个典型工程案例对所提出的改良技术进行应用,并取得良好的应用效果。本文有图92幅,表17个,参考文献112篇。

关键词：土压平衡盾构渣土改良泡沫膨润土泥浆渗流机理计算模型

纳米颗粒增稳泡沫在多孔介质内驱替特性的实验研究

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纳米颗粒增稳泡沫在多孔介质内驱替特性的实验研究

作者：马年浩青岛科技大学

学位级别：硕士

我国目前面临严峻的能源形势,如何增采低渗油藏原油成为目前重点研究课题。本文采用三种不同渗透率(1 m D、10 m D、50 m D)的低渗岩心,分别注入气体、活化剂泡沫及纳米颗粒增稳泡沫,对其在多孔介质内的驱替压差及油相采收率特性开展了... 详细信息

我国目前面临严峻的能源形势,如何增采低渗油藏原油成为目前重点研究课题。本文采用三种不同渗透率(1 m D、10 m D、50 m D)的低渗岩心,分别注入气体、活化剂泡沫及纳米颗粒增稳泡沫,对其在多孔介质内的驱替压差及油相采收率特性开展了实验研究。通过对比实验结果分析了纳米颗粒增稳泡沫技术在低渗油藏中的适用性。实验结果表明:(1)通过对不同渗透率岩心和不同背压条件下实验结果的分析,可以得出:CO活化剂泡沫的驱替压力明显高于N泡沫,同时在超临界情况下CO泡沫的增采效果也远优于N泡沫。CO泡沫最大油相采收率达到25.48%,而N泡沫最大采收率为18.06%,原因为CO泡沫具有较低的表面张力和粘度,同时具有较高的相间扩散能力,进而提高采收率。而N泡沫的溶解性较差,较难溶解于油和水。(2)通过在活化剂溶液中加入纳米颗粒,在超临界状态下与活化剂泡沫结果进行对比实验。结果表明,加入纳米颗粒产生的CO泡沫在岩心驱替中更加稳定,在低渗透率的岩心中压差相比与活化剂泡沫更高,增采效果相比于活化剂泡沫具有明显的优势。纳米颗粒增稳CO泡沫的油相采收率最高可以达到34.69%,而活化剂泡沫为25.48%。本研究结果对理解纳米颗粒增稳泡沫原油增采机理,指导低渗油藏原油增采实践方面有一定的意义。

关键词：低渗油藏纳米颗粒泡沫驱替采收率

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泡沫混凝土的研究与应用现状

功能材料 2017年第11期48卷 11037-11042,11053页

作者：雷东移郭丽萍刘加平缪昌文孙伟东南大学材料科学与工程学院江苏省土木工程材料重点实验室先进土木工程材料协同创新中心南京211189 江苏博特新材料有限公司南京211103

介绍了泡沫混凝土的主要特性、生产工艺、生产设备以及影响泡沫混凝土性能的主要因素,阐述了泡沫混凝土中泡沫的破坏机理、国内外发泡剂的应用现状、技术指标及测试方法,概括了国内外泡混凝土的应用现状,最后指出了其应用中常见的问题,... 详细信息

介绍了泡沫混凝土的主要特性、生产工艺、生产设备以及影响泡沫混凝土性能的主要因素,阐述了泡沫混凝土中泡沫的破坏机理、国内外发泡剂的应用现状、技术指标及测试方法,概括了国内外泡混凝土的应用现状,最后指出了其应用中常见的问题,并展望了发泡剂及泡沫混凝土的发展趋势。

关键词：泡沫混凝土发泡剂泡沫

不同有机负荷下热碱预处理污泥厌氧消化过程泡沫现象研究

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不同有机负荷下热碱预处理污泥厌氧消化过程泡沫现象研究

作者：黄少聪江南大学

学位级别：硕士

厌氧消化技术在降解有机物的同时,可以产生可循环利用的挥发性脂肪酸(VFAs)为废水脱氮除磷环节提供充足的碳源,还可以产生高附加值的甲烷(CH)等能源物质,它是实现污泥资源化、无害化处理与处置的有效途径之一。然而,厌氧消化体系产生的... 详细信息

厌氧消化技术在降解有机物的同时,可以产生可循环利用的挥发性脂肪酸(VFAs)为废水脱氮除磷环节提供充足的碳源,还可以产生高附加值的甲烷(CH)等能源物质,它是实现污泥资源化、无害化处理与处置的有效途径之一。然而,厌氧消化体系产生的泡沫是这项技术的发展和应用过程中广泛存在的问题,生物泡沫会占据反应器的有效体积,降低反应器的产气效率。长此以往,必将严重影响反应器稳定运行,从而增加运行和维修成本。有机负荷是引起泡沫事件的普遍因素,以往有关泡沫的研究主要集中在传统厌氧消化工艺,而目前关于污泥热碱预处理后厌氧消化过程中是否形成泡沫仍鲜有报道。故在此背景下,本文首先利用污泥水解液厌氧消化产挥发性脂肪酸的序批式反应器,探究了有机负荷诱导产酸体系形成泡沫的可能性,并筛选出促进诱发泡沫的关键表面活性物质;随后通过半连续式污泥厌氧消化产甲烷实验研究这些物质对产甲烷体系发泡的作用,并利用分子生物学技术从微生物的角度深入分析了可能影响泡沫形成的潜在微生物;最后从污泥中单独提取了表面活性物质,考察了它们之间泡沫性能的差异,明确了厌氧消化过程中这些物质对泡沫形成和稳定的影响机制,以为建立厌氧体系泡沫的预警和调控机制提供关键知识和技术支撑。基于以上实验研究,主要研究结果和结论如下:(1)在水解液的发酵产酸体系中,有机负荷的提升可以增强污泥水解液的泡沫潜力但未明显诱发产酸体系的泡沫形成,但20 g COD/L的水解液发泡能力较强,而该产酸过程中产生的气量较低未满足发泡条件。实验结果发现水解液中的溶解性蛋白质和腐殖酸具有突出的表面活性,两者与表面张力为显著负相关,与粘度存在正相关。有机负荷的提升使得蛋白质和腐殖酸浓度明显增加,使得体系的粘度增加和表面张力降低,因而提升体系发酵液的泡沫潜力。(2)通过提升体系容积有机负荷同样使得污泥厌氧消化产甲烷体系形成泡沫,实验结果发现5.0 g COD/(L·d)为泡沫发生的临界阈值,并且当体系的有机负荷提升至7.0g COD/(L·d)泡沫现象明显加剧,且泡沫现象的发生和增强与泡沫潜力测试、粘度、表面张力等指标的变化表现出了很好的一致性。有机负荷过高会明显导致底物(蛋白质)和中间产物(胞外聚合物、VFAs)的积累,相关性分析表明,溶解性胞外聚合物(S-EPS)中的蛋白质和腐殖酸共同促进了泡沫的形成,且泡沫严重时期观察到反应器中丙酸的大量累积。另外,胞外聚合物的三维荧光光谱、傅里叶红外变换光谱以及邻苯二甲醛(OPA)柱前衍生反相高效液相色谱分析结果显示,相比较稳定期,泡沫期蛋白质二级结构中无规则卷曲结构比例大约增加了1倍,氨基酸组成中疏水性氨基酸占比增加了6%左右,这可能是蛋白质促进泡沫形成的深层原因。(3)微生物群落结构分析结果表明,厚壁菌门(Firmicutes)为厌氧消化过程的主要水解发酵微生物,泡沫形成前后,尤其是在高负荷体系,变形菌门(Proteobacteria)和互养菌门(Synergistota)两类与VFAs有关的微生物相对丰度有所变化,变形菌门相对丰度明显下降而互养菌门的相对丰度出现上升趋势,进而VFAs浓度的增加明显提高了污泥的表面张力,可能促进了泡沫形成。另外,产甲烷古菌中Candidatus＿Methanofa stidiosum的丰度在污泥层和泡沫层存在差异,这种微生物通常在粘度大的体系中被检测到,可能与泡沫稳定之间具有相关性。(4)从污泥中单独分离出蛋白质和腐殖酸,通过泡沫潜力测试对比分析污泥蛋白质、污泥腐殖酸和丙酸溶液的发泡能力,发现不管是产生的泡沫量还是泡沫的稳定性,污泥腐殖酸>污泥蛋白质>>丙酸。并通过分析表面性质和泡沫演变过程,解析了这三种表面活性物质对泡沫性能的影响机制。首先测定了三种溶液的粘度及表面张力,并通过拟合三种物质的吸附等温曲线来研究三种物质在气液界面的吸附性能,结果表明,在相同浓度条件下,污泥腐殖酸溶液的粘度最大,其次是污泥蛋白质溶液、丙酸溶液。相比于污泥蛋白质和丙酸,污泥腐殖酸的临界胶束浓度(CMC)最低,能更快的吸附在气液界面达到饱和,降低更多的表面张力。此外,三种物质所产生的泡沫的气泡直径分布和排水速率随时间的变化趋势顺序为:污泥腐殖酸泡沫形成的机制是通过降低表面张力来增加泡沫量,以及增加粘度进而降低气泡液膜中液体的流动速度,从而减缓气泡的排水过程,提高厌氧体系泡沫的稳定性。

关键词：厌氧消化泡沫有机负荷蛋白质腐殖酸