本发明属于泡沫性能评价技术领域，具体涉及一种新型泡沫评价装置及方法。
背景技术：
选用一种起泡剂或是开发一种起泡剂，必须评价起泡剂性能。由于泡沫应用领域不同，对其性能的要求也不同，泡沫体系性能的研究涉及到许多因素，如溶液的起泡能力、泡沫的稳定性及其大小分布等，但其最重要的两种性能就是溶液的起泡能力(起泡的难易程度)和泡沫的物理或化学条件有关，还在很大程度上受检测及评价方法的影响，目前对于起泡剂的实验评价，还没有一种十分完善的标准化方法，但各种方法有一个共同点，即力图获得表征起泡剂的起泡能力、稳定性参数，通过评价起泡剂的方法有罗氏米尔法、气流法和机械搅拌法。
技术实现要素：
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的新型泡沫评价装置及方法解决了传统的泡沫评价方法中没有考虑地层环境存在杂质颗粒，得出的泡沫性能评价结果不够准确的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种新型泡沫评价装置，包括填砂管、第一导气管、第二导气管、气体流量计和气瓶；
所述填砂管包括透明管、管盖和底座；所述管盖和底座分别套设于透明管的顶部和底部；
所述管盖和底座上均设置有与第一导气管相配合的通气孔，所述底座上的通气孔、第一导气管、气体流量计、第二导气管和气瓶的出气口依次连接。
进一步地，所述底座内侧与透明管的契合处设置有直径与透明管相同的滤网。
进一步地，所述气瓶内填充的气体为氮气。
进一步地，所述第一导气管上设置有控制开关。
进一步地，所述第二导气管上设置有气体流速控制阀门。
一种新型泡沫评价方法，包括以下步骤：
s1、在70℃条件下，用模拟地层水配制起泡剂溶液，并在起泡剂溶液中加入红墨水；
s2、将颗粒填入到填砂管中，并注入配制好的加入了红墨水的起泡剂溶液；
s3、将填砂管竖直放置并固定，并使其底座的通过第一导气管和第二导气管与气瓶的出气口连接；
s4、根据气体流量计的数据显示，调节气瓶的出气流速，进而控制进入填砂管内的气体，使填砂管内生成泡沫；
s5、当填砂管的生成的泡沫高度稳定时，关闭气瓶；
s6、观察填砂管内泡沫的变化，测定泡沫性能参数，通过泡沫性能参数对泡沫进行评价。
进一步地，所述步骤s1中的起泡剂溶液的浓度为0.05％、0.1％或0.15％。
进一步地，所述步骤s2中的颗粒直径为0.1mm，0.3mm，3mm，6mm或12mm。
进一步地，泡沫高度稳定是指生成的泡沫高度在预先设定的时间范围内不发生变化。
进一步地，所述步骤s6中的泡沫性能参数包括发泡体积、泡沫半衰期、析液半衰期和泡沫综合指数；
所述发泡体积的测定方法具体为：测量关闭气瓶的同时泡沫在填砂管达到的高度h，根据高度h和填入颗粒的体积确定发泡体积；
发泡体积v泡为：
其中，
式中，v管为透明管体积；
v颗粒为填入的颗粒体积；
n为颗粒数；
r为颗粒半径；
h为透明管长度；
所述泡沫半衰期的测定方法具体为：记录泡沫在填砂管中高度下降为发泡完全时高度的一半的时间，该时间长度即为泡沫半衰期t1；
所述析液半衰期的测定方法具体为：取下填砂管底座，用量筒盛接透明管中流出的起泡剂，记录当流出的起泡剂为初始注入的起泡剂体积的一半时的时间，该时间长度即为析液半衰期t2；
所述泡沫综合指数y为：
y＝v泡×t1。
本发明的有益效果为：本发明提供的新型泡沫评价装置及方法将不同粒径的颗粒填入到透明管中，由此来模拟地层环境，注入起泡剂，以一定流速的气体通过透明管并生成泡沫，可以直观的观察泡沫的生成及破灭过程，进而进行泡沫稳定性评价与研究，为研究地层环境中的泡沫性能提供了数据支持。
附图说明
图1为本发明中泡沫评价装置结构图。
图2为本发明中填砂管结构示意图。
图3为本发明中泡沫评价方法流程图。
图4为本发明提供的实施例中不同浓度下起泡剂泡沫半衰期对比示意图。
图5为本发明提供的实施例中不同浓度下起泡剂析液半衰期对比示意图。
图6为本发明提供的实施例中不同浓度下起泡剂发泡体积对比示意图。
图7为本发明提供的实施例中图4不同浓度下起泡剂泡沫综合指数对比示意图。
图8为本发明提供的实施例中颗粒直径对0.1％起泡剂溶液泡沫半衰期的影响示意图。
图9为本发明提供的实施例中颗粒直径对0.05％起泡剂溶液泡沫半衰期的影响示意图。
图10为本发明提供的实施例中颗粒直径对0.1％起泡剂溶液析液半衰期的影响示意图。
图11为本发明提供的实施例中颗粒直径对0.05％起泡剂溶液析液半衰期的影响示意图。
图12为本发明提供的实施例中不同粒径颗粒中0.1％起泡剂的发泡高度及发泡体积的影响示意图。
图13为本发明提供的实施例中不同粒径颗粒中0.05％起泡剂的发泡高度及发泡体积的影响示意图。
图14为本发明提供的实施例中不同粒径颗粒下泡沫综合指数对比示意图。
其中：1、管盖；2、透明管；3、底座；4、滤网；5、通气孔；6、颗粒；7、控制开关；8、第一导气管；9、气体流量计；10、第二导气管；11、气瓶；12、加入了红墨水的起泡剂溶液。13、气体流速控制阀门。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种新型泡沫评价装置，包括填砂管、第一导气管8、第二导气管10、气体流量计9和气瓶11；
如图2所示，填砂管包括透明管2、管盖1和底座3；管盖1和底座3分别套设于透明管2的顶部和底部；
管盖1和底座3上均设置有与第一导气管8相配合的通气孔5，底座3上的通气孔5、第一导气管8、气体流量计9、第二导气管10和气瓶11的出气口依次连接。
其中，底座3内侧与透明管2的契合处设置有直径与透明管相同的滤网4，使填砂管内发泡更加完全；气瓶11内填充的气体为氮气，油田在实际开采过程中多使用氮气，不同油田开采过程中使用的气体不尽相同，也可以使用co2、空气等气体；第一导气管8上设置有控制开关7，该控制开关可以及时的关闭第一导气管的气体流通，使气体不再流入，同时测定析液半衰期也可选择通过该开关放出液体，收集液体到量筒中；第二导气管10上设置有气体流速控制阀门13，控制气瓶11是否流出气体；
如图3所示，本发明还提供了一种新型泡沫评价方法，包括以下步骤：
s1、在70℃条件下，用模拟地层水配制起泡剂溶液，并在起泡剂溶液中加入红墨水；
其中，为保证温度70℃，可在恒温箱中配置起泡剂溶液；加入的红墨水不与起泡剂溶液反应，且通过红墨水对泡沫进行染色，便于后续的泡沫性能的观察测定；上述起泡剂溶液的浓度为0.05％、0.1％或0.15％；
s2、将颗粒填入到填砂管中，并注入配制好的加入了红墨水的起泡剂溶液；
其中，加入的起泡剂溶液一般为30ml，加入的颗粒直径为0.1mm，0.3mm，3mm，6mm或12mm，加入颗粒时使颗粒填紧填砂管即可。
s3、将填砂管竖直放置并固定，并使其底座的通过第一导气管和第二导气管与气瓶的出气口连接；
s4、根据气体流量计的数据显示，调节气瓶的出气流速，进而控制进入填砂管内的气体，使填砂管内生成泡沫；
s5、当填砂管的生成的泡沫高度稳定时，关闭气瓶；
其中，泡沫高度稳定是指生成的泡沫高度在预先设定的时间范围内不发生变化。
s6、观察填砂管内泡沫的变化，测定泡沫性能参数，通过泡沫性能参数对泡沫进行评价；
上述步骤s6中的泡沫性能参数包括发泡体积、泡沫半衰期、析液半衰期和泡沫综合指数；
发泡体积的测定方法具体为：测量关闭气瓶的同时泡沫在填砂管达到的高度h，根据高度h和填入颗粒的体积确定发泡体积；
发泡体积v泡为：
其中，
式中，v管为透明管体积；
v颗粒为填入的颗粒体积；
n为颗粒数；
r为颗粒半径；
h为透明管长度(通常选用长度为50cm的透明管)；
泡沫半衰期的测定方法具体为：记录泡沫在填砂管中高度下降为发泡完全时高度的一半的时间，该时间长度即为泡沫半衰期t1；
析液半衰期的测定方法具体为：取下填砂管底座，用量筒盛接透明管中流出的起泡剂，记录当流出的起泡剂为初始注入的起泡剂体积的一半时的时间，该时间长度即为析液半衰期t2；
泡沫综合指数y为：
y＝v泡×t1。
在本发明的一个实施例中，提供了使用本发明方法和搅动法同时进行泡沫评价的结果对比；其中，配制的起泡剂溶液浓度为0.05％，0.1％和0.15％。
(1)泡沫半衰期：
图4给出了不同方法下测量的泡沫半衰期。实验中起泡剂有效浓度变化范围为0.05％-0.15％，随着有效浓度的增加，两种方法下测得的泡沫半衰期均增长。在相同有效浓度条件下，随着填充颗粒粒径的减小，泡沫半衰期逐渐增加。当有效浓度为0.15％时，颗粒直径为0.1mm，泡沫半衰期最大，为48965s，无颗粒填充时，泡沫半衰期最小，为445s，并且颗粒粒径在3mm-0.1mm时，泡沫半衰期变化幅度最大，为47141s。当颗粒粒径大于3mm时，泡沫半衰期变化幅度较小，在80s～246s之间。对比本发明方法与搅动法可知，在三种有效浓度下，搅动法所得结果均大于3mm颗粒下气流法所得结果，但小于0.3mm颗粒下本发明方法所得结果，说明颗粒直径更小时，生成的泡沫更小，数量更多，发泡更为完全，发泡效果最好。
(2)析液半衰期：
图5给出了不同方法下测量的析液半衰期。随着起泡剂有效浓度增加，析液半衰期逐渐增加，并且呈现先快后慢的趋势，在相同浓度条件下，当填充颗粒粒径增大时，析液半衰期减小，当起泡剂有效浓度为0.15％，颗粒粒径在3mm-0.3mm时，析液半衰期变化幅度最大，为3532s，颗粒粒径在3mm～12mm之间时，析液半衰期变化幅度较小。对比本发明方法与搅动法可知，搅动法测得的析液半衰期值大于颗粒直径12mm时气流法所测值，当颗粒直径较小时，析液半衰期更大，生成泡沫效果较好，泡沫破灭时间更长，析液半衰期较长。
(3)发泡体积
由图6可知，起泡剂溶液的发泡体积随有效浓度的增加而增加，呈现先快后慢的趋势，当有效浓度大于0.1％时，发泡体积逐渐趋于平稳。当有效浓度为0.15％时，当颗粒粒径逐渐增大，对应的发泡体积减小，说明大孔喉中发泡效果较差。对比本发明方法与搅动法可知，当颗粒直径在0.3mm～0.1mm之间时，本发明方法所测结果大于搅动法所测结果，当颗粒直径大于3mm时，气流法所测结果小于搅动法所测结果。
(4)泡沫综合指数
分析图7可知，泡沫综合指数随着起泡剂有效浓度的增加而增加，并且整体增幅较大，以颗粒粒径12mm为例，当有效浓度由0.05％增加到0.15％时，泡沫综合指数增加了23.3698×104ml·s，增长了20倍。在相同有效浓度条件下，以0.15％为例，随着颗粒直径的增加，泡沫综合指数减小，即在小孔隙喉道中，起泡剂的起泡能力较强。对比本发明方法与搅动法，搅动法所测的泡沫综合指数明显小于0.3mm颗粒直径下泡沫综合指数，说明本发明方法所测结果更符合地层实际情况。
在本发明的一个实施例中，针对起泡剂xhy-4(一种两性表面活性剂)，分别采用传统的搅拌法以及本发明方法(粒径分别为：0.1、0.9、3、6、12mm)，对不同浓度(0.1％和0.05％)的起泡剂溶液进行了评价(测定泡沫半衰期、发泡体积、析液半衰期和泡沫综合指数)的结果对比：
(1)泡沫半衰期
泡沫半衰期指起泡剂溶液发泡结束瞬间至泡沫体积消失一半所用的时间。泡沫半衰期越大，则泡沫体系的稳定性越强。
为此，通过透明玻璃管实验，对不同粒径颗粒下起泡剂的泡沫半衰期进行测定。其中搅动法是将一定量的起泡剂溶液用高速搅拌机发泡后倒入透明管(无颗粒)中测定其泡沫参数。实验结果如表1所示。并根据实验数据绘制颗粒直径对起泡剂浓度为0.1％泡沫液的泡沫半衰期的影响曲线图(图8)和颗粒直径对起泡剂浓度为0.05％泡沫液的泡沫半衰期的影响曲线图(图9)。
表1不同粒径颗粒对泡沫半衰期的影响
由图8及表1可以看出，随着颗粒直径的变小，泡沫半衰期逐渐增加。当颗粒直径为12mm时，泡沫液的泡沫半衰期最小(190s)，颗粒直径由12mm下降到3mm时，泡沫半衰期增加560s，变化较小；颗粒直径由3mm下降到0.3mm时，泡沫半衰期增加34548s，变化极大。说明当颗粒直径较大时，泡沫半衰期变化较小，当颗粒直径较小时，泡沫半衰期将显著增加，并趋于稳定。对比图8和图9可知，不同浓度起泡剂溶液其泡沫半衰期的变化趋势相同，但当起泡剂溶液浓度较低时，泡沫半衰期也较小。随着起泡液有效浓度的增加吸附于泡沫液膜上的起泡剂分子数量增加，表面张力逐渐减小，加强了泡沫的稳定性。
(2)析液半衰期
析液半衰期是指从泡沫中析出发泡液体积50％时所需的时间。它同样反映了泡沫体系的稳定性，特别是液膜变薄的速度大小。因为气泡液膜厚度越薄，泡沫的稳定性越差。通常，产生的泡沫体积越大，析液半衰期越长，排液速度越慢。不同粒径颗粒下泡沫的析液半衰期如图10、图11和表2所示。
由图10及表2可知，与泡沫半衰期相同，析液半衰期随着颗粒直径的减小而增加。当颗粒直径为12mm时，析液半衰期最小(80s)，颗粒直径由12mm下降到3mm时，析液半衰期增加25s，变化较小；颗粒直径由3mm下降到0.3mm时，析液半衰期增加3075s，变化极大。并且增加的幅度呈现出先慢后快趋势，当颗粒直径较小时，析液半衰期将趋于稳定。对比图10和图11可知，浓度为0.1％的起泡剂溶液析液半衰期较长，是浓度为0.05％起泡剂溶液析液半衰期的1.4倍，但随着颗粒直径的变化，两种浓度下的析液半衰期变化趋势相同。搅动法所测得的析液半衰期与气流法所测结果差距不大。搅动法与本发明方法对比，当颗粒直径为12mm～6mm时，改进气流法测得的0.1％浓度下的析液半衰期均小于搅动法所测结果，但当颗粒直径小于0.3mm时，本发明方法测得的两种浓度下的析液半衰期均显著大于搅动法所测结果，分析认为，当颗粒直径较小时，颗粒间孔隙存在毛细管压力，会减缓起泡剂析出。
表2不同粒径颗粒对析液半衰期的影响
(3)发泡体积
起泡剂的起泡能力指生成泡沫的难易程度和生成泡沫的体积大小，常用发泡体积表征。在相同实验条件下，泡沫体积越大，则起泡剂的起泡能力就越强。实验中测定了70℃下不同粒径颗粒中起泡剂的发泡高度，并计算出发泡体积。
表3不同粒径颗粒中起泡剂的发泡高度及发泡体积
由图12、图13及表3可知，在起泡剂溶液浓度相同的情况下，随着透明玻璃管中所填颗粒的直径降低，发泡高度及发泡体积增加，并且颗粒直径越小，发泡高度及发泡体积越大。当颗粒直径为0.1mm时，生成的泡沫填充了整个玻璃管，发泡高度为50cm，发泡体积为981ml，达到最大值；当颗粒直径为12mm时，发泡高度为15cm，发泡体积为301ml，为最小值。说明颗粒直径较大时，玻璃管中形成的孔隙体积较大，气体流过孔隙能形成的泡沫高度较小；颗粒直径较小时，所形成的孔喉直径变小，但空隙喉道数量增加，起泡剂生成泡沫后，泡沫直径较小但数量增多，导致发泡高度增加，发泡体积增大。对比图12和图13可知，降低起泡剂溶液浓度，发泡高度和发泡体积将降低，但不同浓度起泡剂溶液的发泡高度和发泡体积随颗粒直径变化的趋势相同。
与本发明方法相比，搅动法所测结果较小，搅动法形成的泡沫较小，较小泡沫破灭后生成较大泡沫，析出液体时间更长。当起泡剂溶液浓度为0.10％时，发泡高度为35cm，发泡体积为687ml；起泡剂溶液浓度为0.05％时，发泡高度为23cm，发泡体积为451ml。
(4)泡沫综合指数
泡沫的性能是受泡沫起泡能力和泡沫稳定性的综合影响，因此将发泡体积与泡沫半衰期的乘积作为一个新的参数来评价起泡剂的性能，并将该参数定义为起泡剂的泡沫综合指数。图14及表4给出了不同浓度下泡沫综合指数随颗粒直径的变化情况。
表4不同粒径颗粒下泡沫综合指数
由图可知，泡沫综合指数曲线的变化趋势与泡沫半衰期曲线的变化趋势大致相同。当颗粒直径在3mm-12mm的范围时，泡沫综合指数随颗粒直径的增大而减小；当颗粒直径小于3mm时，随着颗粒直径的减小，泡沫综合指数显著增加，当颗粒直径小于0.3mm，泡沫综合指数趋于稳定。对比不同浓度起泡剂溶液泡沫综合指数可知，浓度为0.10％时的泡沫综合指数明显大于浓度为0.05％时的泡沫综合指数，且浓度较高时其变化幅度更大。使用搅动法测得两种浓度下的泡沫综合指数分别为48.3×104ml·s和22.325×104ml·s。
综上可知，通过本发明方法对泡沫稳定性进行评价时，透明管中填入的颗粒粒径越小，其泡沫半衰期、析液半衰期、综合泡沫指数越大，说明孔隙越小，孔隙中的泡沫越稳定；起泡剂溶液浓度越大(在实验浓度范围内)，其泡沫半衰期、析液半衰期、综合泡沫指数越大。
本发明提供的新型泡沫评价装置及方法将不同粒径的颗粒填入到透明管中，由此来模拟地层环境，注入起泡剂，以一定流速的气体通过透明管并生成泡沫，可以直观的观察泡沫的生成及破灭过程，进而进行泡沫稳定性评价与研究，为研究地层环境中的泡沫性能提供了数据支持。