一种高温高压泡沫流体高效生成及性能评价装置

本发明属于泡沫流体性能评价领域，涉及一种能在高温高压条件下高效生成泡沫并评价其性能的多功能装置。

背景技术：

1、泡沫作为多孔膜状分散体系，被广泛应用于石油钻井、调剖、堵水和驱油等领域中。能够生成泡沫的试剂有多种，现目前，大多数配制的泡沫基液都由多种表面活性剂和聚合物试剂复配而成。复配体系的泡沫特性尚未可知，因此，对于不同条件下泡沫起泡性和稳泡性的研究非常有必要。

2、目前对泡沫起泡性和稳定性的研究，主要是观测起泡体积和半衰期，这需要泡沫尽可能高效地生成。从泡沫结构可知，其主要由液膜包裹气体，要想尽可能多地生成泡沫，就要思考如何使气液能够充分碰撞接触。

3、对于起泡体积和半衰期的测定，通常情况下是将泡沫基液放入高速搅拌机中，待搅拌完全后，将其倒入带有刻度的容器中读取。但泡沫是热力学不稳定体系，从产生的那一刻起即开始衰变，环境的改变对于泡沫生成及稳定影响很大。因此，控制测定过程的温度、压力及避免蒸发作用等是非常有必要的，这就要尽量控制生成前后环境的一致性，才能保证观测的相对准确。而泡沫在一定压力下起泡和稳泡性的研究具有一定的挑战性，如何有效控制其压力的稳定是研究压力对泡沫影响的关键。

4、同时，当泡沫流体运用于石油钻井、驱油、油气运移等方面时，环境通常极端，高温、高矿化度和含油情况下对于泡沫的生成和稳定会有很大的影响，这就需要研究泡沫的耐油耐盐及抗温等性能，以提供性能良好的介质。

5、因此，本发明设计出一种能够在高温高压下高效生成泡沫及性能评价的装置，并可作为泡沫的高效发生器，用于实验研究或现场应用。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种能在高温高压下条件下高效生成泡沫及评价其性能的装置，可在泡沫生成后观测其起泡体积和半衰期，也可评估其耐油耐盐及抗温性能和作为一种泡沫的高效生成装置使用。

2、为实现上述功能，本发明的技术方法如下：

3、一种高温高压泡沫流体高效生成及性能评价装置。该装置包括高压反应釜、水浴恒温箱、多孔空心钢圆板、转动器、多层螺旋钢丝网、弹簧合页铰链、涡状气体扩散器、led灯、阀门、螺杆泵、压力变送器、温度变送器、储液罐、储气罐、电脑终端及数据采集系统。

4、高压反应釜侧面分为外壁面、水浴保温层和内壁面，内外壁面上下均由釜盖压实，水浴保温层在内外壁面间的空隙，外壁面一下一上开有圆孔i和圆孔j，圆孔i为进液孔，圆孔j为出液孔，两圆孔均只穿透外壁面，且向外都连接到水浴恒温箱，将水浴恒温箱设定到所需温度，其所装液体的温度会逐渐改变，再打开循环功能，液体开始在水浴保温层和水浴恒温箱之间循环，从而改变釜内温度。外壁面材料为不锈钢，内壁面材料为石英，内外均具有较高的的承压能力；反应釜侧面有一条刻度线，刻度线处只有内壁面，可以观察到高压反应釜内部，其四周由外壁面的不锈钢内嵌至内壁面封闭；刻度线对称位置处也只有内壁面，可通过led灯照射后观察刻度线处的泡沫体积。

5、高压反应釜上釜盖上部有一转动器，转动器与高压反应釜釜内一多孔空心钢圆板相对固定，两者间通过一连接柱的内圆柱连接，连接柱包括内圆柱和外圆环，内圆柱与外圆环间有一定的间隙，可供气体流通，外圆环外侧与上釜盖中心及转动器侧面处焊接固定，内圆柱向上与转动器内一轴承连接，向下连接多孔空心钢圆板，三者相对固定，可由转动器内的轴承带动内圆柱和多孔空心钢圆板转动；多孔空心钢圆板按照圆面分为内圆板和固定环，接口处采用密封式可转动连接，固定环外侧与反应釜内壁完全密封固定，液体不会向下泄漏；内圆板内部有一个多层螺旋钢丝网，其上有多个圆孔h贯穿，内圆板底面圆孔h旁都固定有弹簧合页铰链，弹簧合页铰链与半圆片相连接，半圆片贴在小孔下方，多孔空心钢圆板内的气流能将半圆片向下冲开，无气流时则闭合；转动器顶部有一圆孔d，向外与储气罐相通，向内与内圆柱和外圆环间的间隙相通，在间隙的中下端有一圆孔f，气体流入间隙后可由圆孔f经圆孔e冲至涡状气体扩散器内，再由涡状气体扩散器上的各个圆孔g冲出，涡状气体扩散器在多孔空心钢圆板正上方，二者相对固定，且圆孔g和圆孔h均在相同竖直方向上，从圆孔g冲出的气体可经圆孔h进入多孔空心钢圆板，气压达到一定程度后可冲开多孔空心钢圆板下部弹簧合页铰链相连的半圆片，且涡状气体扩散器可随多孔空心钢圆板相对静止转动。

6、反应釜水浴层侧面最上端圆孔c连接储液罐，通过螺杆泵可向釜内注入泡沫基液至多孔空心钢圆板上，再由圆孔f流入多孔空心钢圆板内部；侧面中上部位另一圆孔b用作排气，控制釜内压力；侧面最下部圆孔a与下釜盖上端持平，用于排出泡沫和基液。

7、圆孔与圆孔、圆孔与泵之间均采用软管连接。

8、利用所述的一种高温高压泡沫流体高效生成及性能评价装置，可高效生成泡沫并观测高温高压下泡沫的起泡体积、半衰期，同时可评价泡沫的耐油抗盐性能以及作为一种高效的泡沫发生器使用。在开始测定前，设定水浴恒温箱的温度，再打开循环功能，保温液体在水浴恒温箱和水浴保温层间循环。打开圆孔d和圆孔c后，泡沫基液和气体同时进入高压反应釜，泡沫基液经圆孔f进入多孔空心刚圆板内，气体通过转动器上的圆孔d流经连接柱的间隙，再流至连接柱下端的圆孔f，由圆孔e进入涡状气体扩散器，从涡状气体扩散器下部多个圆孔g冲至圆孔h进入多孔空心钢圆板；再打开转动器，涡状气体扩散器和多孔空心钢圆板开始相对固定转动，产生旋流，气液在多层螺旋钢丝网内充分接触生成大量泡沫，在达到一定压力后，内圆板下部弹簧合页铰链上的半圆片被冲开，关闭储气罐所连的阀门c后半圆片会在弹簧合页铰链的拉力下自动关闭，泡沫在高流速下进一步充分碰撞接触，产生泡沫均匀落在高压反应釜底部。再打开圆孔b排气，将压力稳定在一定数值。待泡沫基液完全注入后，在侧面凹槽处观察到泡沫不再增加时，关闭转动器和圆孔d所连的阀门c，根据刻度线读出起泡体积，待泡沫基液析出所注入的一半后，记录时间，即泡沫的半衰期；若评估泡沫一定压力下的耐油抗盐性，可将油与基液或无机盐与基液混合作为注入液，将水浴保温层设置到一定的高温，进行同样的操作步骤后再观察记录泡沫起泡体积和半衰期，即可评估一定压力下泡沫的耐油抗盐性能。测定完成后，将泡沫在高压反应釜内静置一段时间，待其完全消泡后，打开圆孔a，使泡沫基液完全排出。当无需对泡沫性质测定、仅为得到大量泡沫时，可在打开储气罐和转动器后持续加入泡沫基液，再打开圆孔a，将生成的泡沫不断从圆孔a排出，作为泡沫的高效生成装置使用。

9、本发明采用以上技术方案，具有以下优点：

10、1、泡沫是热力学不稳定体系，从产生的一刻起即开始衰变，封闭的高压反应釜内生成泡沫，可减缓因环境蒸发作用、温度改变等使得液膜发生粗化和聚并的现象；同时圆孔b排气可控制釜内压力，准确测量泡沫在作业现场温度和压力条件下的起泡性和稳泡性。

11、2、多孔空心钢圆板内的多层螺旋钢丝网可以使气液接触面积急剧增加，形成大量细小均匀的泡沫，同时多孔空心钢圆板可起到挡板的作用，气液在下落至其底面时也会剧烈碰撞；涡状气体扩散器中出来的气体可以均匀进入圆板各个位置，使得气液能够全面接触；多孔空心钢圆板下部有多个弹簧合页铰链，有气流时打开、无气流时闭合的设定可以保证气液充分接触，同时使泡沫更为均匀地落在高压反应釜底部。

12、3、该装置同时可评估高温高压下泡沫的耐油抗盐性，在油与泡沫基液或无机盐与泡沫基液混合后，调节水浴恒温箱温度，使得水浴保温层温度升高，进行同样的操作步骤后再观察记录泡沫起泡体积和半衰期，得到高温高压下油和无机盐对泡沫体积的影响。当无需对泡沫性质测定、仅为得到大量泡沫时，可以持续加入泡沫基液和气体，同时运转装置，关闭圆孔b，在气流的冲击下将生成的泡沫不断从圆孔a排出，作为泡沫的高效生成装置使用。