第七章 表面活性劑的起泡和消泡作用

2020/4/27,.,1,第七章,表面活性劑的起泡和消泡作用,主講：化學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系鞏育軍,2020/4/27,.,2,第一節(jié)泡沫簡介,泡沫是指氣體分散在液體中的分散體系，氣體是分散相，液體是分散介質(zhì)。氣泡被連續(xù)相的液體隔開來。,泡沫有兩種聚集態(tài)，（1）氣體以小的球型均勻分散在較粘稠的液體中，氣泡間的相互作用力弱，這種泡沫被稱為稀泡，由于外觀類似乳狀液，有時(shí)甚至稱這種稀泡為“氣體乳狀液“,2020/4/27,.,3,（2）濃泡。濃泡的泡沫是密集的，氣泡間只被極薄的層液膜所隔開，是結(jié)構(gòu)為多面體氣泡的堆積。濃泡才是真正的泡沫。,一、泡沫的分類泡沫的分類方法有以下三種：,1按泡沫的壽命分類可分為壽命為幾秒的“短暫泡沫”和在無干擾條件下能維持幾天不破的“持久性泡沫”。,2020/4/27,.,4,2按起泡以及消泡之間的力平衡性質(zhì)，可分為不斷接近平衡狀態(tài)（起泡以及消泡之間的力幾乎相等）的“不穩(wěn)定性泡沫”，和平衡過程受阻的“穩(wěn)定性泡沫”（起泡力大于消泡力）,3按聚集狀態(tài)可分為：液多氣少的“氣泡分散體”即稀泡，,氣多液少的“泡沫”濃泡,2020/4/27,.,5,二、泡沫產(chǎn)生的條件,1氣液接觸,因?yàn)榕菽菤怏w在液體中的分散體系，所以只有當(dāng)氣體與液體連續(xù)充分地接觸時(shí)，才有可能產(chǎn)生泡沫。這是泡沫產(chǎn)生的必要條件。,2020/4/27,.,6,2。起泡速度應(yīng)高于消泡速度,無論你向純凈的水中如何充氣，也不可能得到泡沫而只能出現(xiàn)單泡，因?yàn)榧兯a(chǎn)生的泡沫壽命大約0.5秒之內(nèi)，瞬間存在，即消泡速度高于起泡速度，所以純水中的只能出現(xiàn)單泡，因此不可能得到穩(wěn)定的泡沫。,2020/4/27,.,7,但水中表面活性劑的存在不僅使發(fā)泡變得容易而且使發(fā)泡速度超過破泡速度，從而得到穩(wěn)定的泡沫。,2020/4/27,.,8,2020/4/27,.,9,三、泡沫的破壞機(jī)制,泡沫是氣體分散在液體中的粗分散體系,體系存在著巨大的氣液界面，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。,造成泡沫破壞的主要原因是（1）液膜的排液減??；（2）泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散。,2020/4/27,.,10,.泡沫液膜的排液減薄,（1）.重力排液氣泡間的液膜，由于液相密度遠(yuǎn)大于氣相的密度，因此在地心引力作用下就會(huì)產(chǎn)生向下的排液現(xiàn)象，使液膜減薄。,（）.表面張力排液由于泡沫是由多面體氣泡的堆積而成在泡沫中氣泡交界處就形成了如圖73中的形狀稱之為Plateau邊界(也稱為Gibbs三角)。,2020/4/27,.,11,2020/4/27,.,12,B處為兩氣泡的交界處形成的氣液界面相對比較平坦可近似看成平液面,而A處為三氣泡交界處，液面為凹液面，,從彎曲液面的附加壓力來考慮，所以B處液體的壓力應(yīng)大于A處液體內(nèi)部的壓力，因此液體從壓力大的B處向壓力小的A處排液，使B處的液膜排液減薄。,2020/4/27,.,13,2.氣泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散,因?yàn)樾纬膳菽臍馀莸拇笮〔灰粯樱鶕?jù)Young-Laplace公式附加壓力與曲率半徑成反比，小氣泡內(nèi)的壓力大于大氣泡內(nèi)的壓力，因此（1）小泡會(huì)通過液膜向大泡里排氣，使小氣泡變小以至于消失，大泡變大且會(huì)使液膜更加變薄，最后破裂。（）液面上的氣泡也會(huì)因泡內(nèi)壓力比大氣壓大而通過液膜直接向大氣排氣，最后氣泡破滅。？,2020/4/27,.,14,第二節(jié)表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用,有SAA的水溶液形成泡沫的機(jī)理,2020/4/27,.,15,這種帶有表面活性劑的雙分子層水膜厚度具有光的波長等級(數(shù)百納米)，因此的氣泡在太陽光可以看到七色光譜帶。,SAA會(huì)以疏水的碳?xì)滏溕烊霘馀莸臍庀嘀?，而親水的極性頭伸入水中。此時(shí)形成的是由表面活性吸附在氣水界面上形成單分子膜產(chǎn)生的氣泡，當(dāng)氣泡上升露出水面與空氣接觸時(shí)，表面活性劑就吸附在液面兩側(cè)形成雙分子膜.,2020/4/27,.,16,一、表面活性劑的起泡能力,前已述及，泡沫的產(chǎn)生是將氣體分散于液體中形成氣-液的粗分散體，在泡沫形成的過程中，氣液界面會(huì)急劇地增加，因此體系的能量增加，這就需要在泡沫形成的過程中，外界對體系作功，如通氣時(shí)加壓或攪拌等方式。,2020/4/27,.,17,當(dāng)外界對體系作功時(shí)，體系因產(chǎn)生泡沫使體系的能量增加，其增加值為液體表面張力與體系增加的氣液界面的面積A的乘積(A)應(yīng)等于外界對體系所作的功。若液體的表面張力越低，則氣-液界面的面積A就越大，泡沫的體積也就越大，說明此液體很容易起泡。,表面活性劑就具有明顯地降低水的表面張力的能力，因此表面活性劑具有很強(qiáng)的起泡能力（性）。,2020/4/27,.,18,二、表面活性劑的穩(wěn)泡能力,SAA的穩(wěn)泡能力是指在表面活性劑水溶液產(chǎn)生泡沫之后，SAA使泡沫持久不滅，或增加泡沫“壽命”的能力。這與SAA在液膜的性質(zhì)有密切的關(guān)系。,三、影響表面活性劑穩(wěn)泡能力的因素,1界面張力,2020/4/27,.,19,低表（界）面張力有利于泡沫的形成，同時(shí)也有利于泡沫的穩(wěn)定，因?yàn)楫?dāng)形成多面體的泡沫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生表面張力排液的作用。若液膜的表面張力低，在Plateu邊界和平面膜間的壓差就會(huì)小，液膜排液減薄的速度就慢，此時(shí)低表張力才有利于泡沫的穩(wěn)定。,2020/4/27,.,20,但是，表面張力的大小并非決定因素，例如乙醇的表面張力在20C0時(shí)為2.4mNm-1。由于其表面張力低，所以在外界條件作用下乙醇易于產(chǎn)生泡沫，但泡沫很不穩(wěn)定破滅很快。而表面活性不太高的蛋白質(zhì)、明膠等雖然產(chǎn)生泡沫不如乙醇那么容易，但泡沫一旦形成卻很穩(wěn)定。,2020/4/27,.,21,2界面膜的性質(zhì),界面液膜能否保持恒定要得到穩(wěn)定的關(guān)鍵，影響界面膜性質(zhì)的關(guān)鍵因素是液膜的表面粘度與彈性,(1)表面粘度表面粘度是指液體表面分子層內(nèi)的粘度。表面活性不高的蛋白質(zhì)和明膠能形成穩(wěn)定的泡沫是因?yàn)樗鼈兊乃芤河泻芨叩谋砻嬲扯取?2020/4/27,.,22,2020/4/27,.,23,溶液表面張力的高低與泡沫的壽命無一定關(guān)系。,然而凡是體系的表面粘度比較高的體系，所形成的泡沫壽命也較長。,因?yàn)槭榛蛩徕c和月桂醇在氣液界面上形成了致密混合膜所致。于是十二烷基硫酸鈉以C12H25SO4-；的形式吸附在氣泡液膜上形成雙分子吸附膜.極性頭帶有負(fù)電荷,產(chǎn)生電斥力，,2020/4/27,.,24,不能形成緊密排列，當(dāng)加入月桂醇后，非離子型的月桂醇插入兩個(gè)負(fù)離子SAA之間形成排列緊密的混合膜,效果：1.非極性碳?xì)滏滈g的范德華力的增加有利于界面粘度的增加。2.同時(shí)月桂醇非離子SAA的插入會(huì)使SAA負(fù)離子間的電性排斥性減弱也有利于界面膜強(qiáng)度的增加。,2020/4/27,.,25,2020/4/27,.,26,類似的情況也發(fā)生在將少量的月桂酸異丙醇胺加入月桂酸鈉的水溶液中，也會(huì)明顯地提高月桂酸鈉水溶液產(chǎn)生的泡沫的穩(wěn)定性。,2020/4/27,.,27,(2)界面膜的彈性（非強(qiáng)度）,表面粘度比較高而且彈性好才有高的穩(wěn)泡性能,例如，十六醇能形成表面粘度和強(qiáng)度很高的液膜但卻不能起穩(wěn)泡作用，因?yàn)樗纬傻囊耗傂蕴珡?qiáng)，容易在外界擾動(dòng)下脆裂，因此十六醇沒有穩(wěn)泡作用。,理想的液膜應(yīng)該是高粘度高彈性的凝聚膜。,2020/4/27,.,28,3，表面活性劑的自修復(fù)作用,將一小針刺入肥皂膜，肥皂膜可以不破，表明肥皂膜有自修復(fù)作用。,Marangoni認(rèn)為當(dāng)泡沫受到外力沖擊或擾動(dòng)時(shí)，液膜會(huì)發(fā)生局部變薄使液膜面積增大，導(dǎo)致表面活性劑的濃度降低引起此處的表面張力暫時(shí)升高，,2020/4/27,.,29,2020/4/27,.,30,由于A處的表面活性劑濃度低，所以表面活性劑由B處向A處擴(kuò)散使A處的表面活性劑濃度恢復(fù)，表面活性劑在遷移過程中同時(shí)也攜帶鄰近的液體一起移動(dòng)使其A處的液膜又恢復(fù)原來的厚度。表面活性劑的這種阻礙液膜排液的自修復(fù)作用稱為Marangoni效應(yīng)，應(yīng)還有附加壓力的效應(yīng),2020/4/27,.,31,2020/4/27,.,32,形成局部的表面張力梯度，因此液膜會(huì)產(chǎn)生收縮趨勢，尤如液膜具有了彈性。通過收縮使該處表面活性劑濃度恢復(fù)并且能阻礙液膜的排液流失。把液膜這種可以收縮的性質(zhì)稱為Gibbs彈性。,Gibbs從另一角度分析了這一問題，當(dāng)吸附了表面活性劑的泡沫受到震動(dòng)、塵埃碰撞、氣流沖擊及液膜受重力作用排液時(shí)，都會(huì)引起液膜局部變薄，使液膜面積增大引起此處表面活性劑的濃度降低表面張力上升，,2020/4/27,.,33,正是這種因表面張力梯度引起的收縮效應(yīng)使吸附了表面活性劑的液膜，在受到?jīng)_擊后，產(chǎn)生自動(dòng)修補(bǔ)液膜變薄處，表現(xiàn)出表面活性劑的自修復(fù)作用。,Gibbs用下式來表示膜彈性：,E膜彈性；A膜面積；表面張力T溫度;N組分,2020/4/27,.,34,2020/4/27,.,35,*表面活性劑的濃度對其自修復(fù)作用有一定的影響。,（）若表面活性劑的濃度太高，液膜變形區(qū)表面活性劑的補(bǔ)充往往是從垂直方向補(bǔ)充，于是液膜變形區(qū)表面活性劑的濃度可以恢復(fù)，但液膜的厚度卻無法恢復(fù)。這樣的液膜機(jī)械強(qiáng)度差，這就是表面活性劑的濃溶液為什么泡沫穩(wěn)定性差的原因。,2020/4/27,.,36,（2）表面活性劑的濃度太稀，則液膜表面的表面活性劑濃度低，當(dāng)液膜變形伸長時(shí)液膜表面的表面活性劑濃度變化不大，表面張力降也不大，dd值小，液膜彈性低自修復(fù)作用就差，泡沫穩(wěn)定性也差。,泡沫最穩(wěn)定的濃度是在某一濃度時(shí)取得dd極大值時(shí)的濃度，表面活性劑在這一濃度所產(chǎn)生的泡沫是最穩(wěn)定的。一般其濃度不要超過CMC太多。,2020/4/27,.,37,4表面電荷,若泡沫液膜的表面上帶有同種電荷，當(dāng)液膜受到擠壓，氣流沖擊或重力排液使液膜變薄，當(dāng)液膜薄到一定程度大約為lOOnm時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生靜電斥力作用阻止液膜排液繼續(xù)減薄，延緩液膜變薄的過程使泡沫穩(wěn)定。,2020/4/27,.,38,2020/4/27,.,39,2020/4/27,.,40,5泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散,氣體的擴(kuò)散有兩個(gè)途徑，小泡內(nèi)氣體向大泡擴(kuò)散及表面泡內(nèi)氣體向大氣排氣。,事實(shí)證明，泡沫的排氣性與液膜的粘度有關(guān)，液膜的表面粘度高，氣體的相對透過率就低，氣泡的排氣速度慢，泡沫就穩(wěn)定。,2020/4/27,.,41,SAA吸附于泡沫的液膜上形成緊密排列的雙分子吸附膜使液膜的表面粘度升高，特別是加入助泡劑后使液膜的透氣性明顯降低，阻止了泡沫氣泡的排氣。具有良好的穩(wěn)泡作用。,6表面活性劑的分子結(jié)構(gòu),表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)對泡沫的穩(wěn)定性起很大作用。,2020/4/27,.,42,(1)表面活性基的疏水鏈,為了使液膜須具有高粘度，SAA就必須在液膜表面形成緊密的吸附膜，因此SAA的疏水碳?xì)滏湋?yīng)該是直鏈且較長的碳鏈，但碳鏈太長也會(huì)影響起泡劑的溶解度且剛性太強(qiáng)，所以一般起泡劑的碳原子數(shù)以C12C14較好，,2020/4/27,.,43,c12和c14的月桂酸鈉和豆蔻酸鈉其碳鏈長度適中，能形成粘度較高且粘度適中的表面膜因此產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定性好。,(2)表面活性劑的親水基,SAA親水基的水化能力強(qiáng)就能在親水基周圍形成很厚的水化膜，因此就會(huì)將液膜中的流動(dòng)性強(qiáng)的自由水變成流動(dòng)性差的束縛水，同時(shí)也提高液膜的粘度和彈性，減弱了重力排液使液膜變薄，從而增加了泡膜的穩(wěn)定性。,2020/4/27,.,44,實(shí)驗(yàn)證明，直鏈陰離子型表面活性劑其親水性基水化性強(qiáng)又能使液膜的表面帶電，因此有很好的穩(wěn)泡性能。而非離子表面活性劑的親水基聚氧乙烯醚（僅有）在水中呈曲折型結(jié)構(gòu)不能形成緊密排列的吸附膜加之水化性能差，又不能形成電離層所以穩(wěn)泡性能差，不能形成穩(wěn)定的泡沫。,2020/4/27,.,45,第三節(jié)起泡劑與穩(wěn)泡劑,一、起泡劑起泡性能好的物質(zhì)稱為起泡劑。具有低表面張力的陰離子表面活性劑一般都具有良好的起泡性，但生成的泡沫不一定有持久性。起泡劑大約有以下幾種：,1羧酸類(1)脂肪酸鈉(肥皂),2020/4/27,.,46,發(fā)泡力強(qiáng)，具有優(yōu)良的抗硬水性和鈣皂分散能力度和介質(zhì)pH值的影響。,脂肪醇聚氧乙烯羧酸鈉(AEC),（2）鄰苯二甲酸單脂肪醇酯鈉鹽,白色膏狀流體，表面活性好，發(fā)泡性好皂分散性強(qiáng)，常用于日化及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域作為高效發(fā)泡劑。,2020/4/27,.,47,2硫酸鹽類(1)脂肪醇硫酸鹽,(2)烷基醇聚氧乙烯硫酸鈉(AES)起泡力強(qiáng)，常用作液體洗滌劑的起泡劑,(3)烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鈉泡沫豐富常用干凈洗劑中,(4)烷基醇硫酸乙醇胺鹽前者為單乙醇胺泡沫豐富而穩(wěn)定，常用于香波和液體洗滌,2020/4/27,.,48,3磺酸鹽,(1)烷基磺酸鹽,(2)烷基苯磺酸鈉有很好的起泡能力,4.磺化琥珀酸鹽,表面活性高，起泡力強(qiáng)且泡沫穩(wěn)定，鈣皂分散力強(qiáng)，抗硬水，可用于配制各種洗滌劑用作高溫鉆井液的發(fā)泡劑。,2020/4/27,.,49,(4)聚氧乙烯脂肪醇醚單酰胺磺化琥珀酸單酯二鈉鹽,(1)脂肪酸單乙醇酰胺磺化琥珀酸單酯,(2)脂肪酰胺磺化琥珀酸單酯二鈉鹽,(3)聚氧乙烯烷基醚磺化琥珀酸單酯銨鹽,2020/4/27,.,50,二、穩(wěn)泡劑,1天然產(chǎn)物,明膠和皂素等。明膠是一種從動(dòng)物的皮骨中提取的蛋白質(zhì)，富含氨基酸。皂素的上要成分是糖苷含有多羥基、醛基等。,它們能在泡沫的液膜表面形成高粘度高彈性的表面膜，因此有很好的穩(wěn)泡作用，,2020/4/27,.,51,這是因?yàn)槊髂z和皂素的分子間不僅存在范德華引力而且分子中還含有羧基，氨基和羥基等。這些基團(tuán)都有生成氫鍵的能力。,使表面膜的粘度和彈性得到提高，從而增強(qiáng)了表面膜的機(jī)械強(qiáng)度，起到了穩(wěn)定泡沫的作用。,2020/4/27,.,52,2高分子化合物,高分子化合物如聚乙烯醇、甲基纖維素，及淀粉改性產(chǎn)物，羥丙基、羥乙基淀粉等，它們具有良好的水溶性，不僅能提高液相粘度阻止液膜排液，同時(shí)還能形成彈性高的膜。因此有較好的穩(wěn)泡作用。,2020/4/27,.,53,3合成表面活性劑,合成表面活性劑作為穩(wěn)泡劑一般是非離子型表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)中往往含有各類氨基、酰氨基、羥基、羧基、羰基酯基和醚基等具有生成氫鍵條件的基團(tuán)。,用以提高液膜的粘度，增加穩(wěn)泡力。,2020/4/27,.,54,(1)脂肪酸乙醇酰胺,(2)脂肪酸二乙醇胺,(3)聚氧乙烯脂肪酰醇胺,(5)烷基葡萄糖苷(APG),(4)氧化烷基二甲基胺（OA）,2020/4/27,.,55,第四節(jié)消泡機(jī)理,雖然泡沫有不少用處，但是在絕大多數(shù)生產(chǎn)過程中，泡沫會(huì)給生產(chǎn)帶來許多麻煩，因此研究泡沫的抑制和破滅是一個(gè)重要的研究課題。,有些泡沫可以通過加入某些試劑與起泡劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而破壞。例如脂肪酸皂為起的泡劑泡沫，可以加入強(qiáng)酸及鈣、鎂鋁鹽等，形成不溶于水的脂肪酸劑難溶的脂肪酸鹽，于是泡沫破壞。,2020/4/27,.,56,一般來說，泡沫的消除大致有兩種方法，物理法和化學(xué)法。物理法：高壓、靜電、加熱等方法，化學(xué)法是用消泡劑消泡。,消泡劑大多數(shù)屬于表面活性劑類型。,下面介紹羅斯假說和幾種消泡劑的作用機(jī)理。,一、擴(kuò)展系數(shù)與浸入系數(shù)l，擴(kuò)展系數(shù),2020/4/27,.,57,1941年，哈金斯(Harkins.W.D）提出了擴(kuò)展系數(shù)S的概念,m起泡介質(zhì)的表面張力(mNm1）一般為水；int消泡劑與起泡介質(zhì)的界面張力(mNm1)a消泡劑的表面張力(mNm-1),哈金斯認(rèn)為當(dāng)So時(shí)，消泡劑能在泡沫液膜上擴(kuò)展，而當(dāng)S0時(shí)，消泡劑能夠進(jìn)入泡沫液膜，而當(dāng)E0而導(dǎo)致水在油上迅速鋪展形成一層水膜，這不僅將油與空氣隔絕而且還可阻止油的蒸發(fā)。例如，在汽油中只添加0.003含氟表面活性劑泡沫滅火劑，進(jìn)行通常的燃點(diǎn)試驗(yàn)，可以不燃的。這種泡沫劑由于有氟碳基，在化學(xué)上是相當(dāng)穩(wěn)定的，能長期保存。還可與粉末滅火劑或蛋白質(zhì)滅火劑并用。,2020/4/27,.,112,二、泡沫浮選,1泡沫選礦,2離子浮選,它是利用泡沫來分離溶液中電解質(zhì)離子的一種方法。,2020/4/27,.,113,以離子型表面活性劑作為起泡劑，它會(huì)以疏水的碳?xì)滏溕烊霘馀莸臍怏w中而以其離子頭伸入水相的吸附狀態(tài)吸附于氣液界面上作定向排列，使氣泡的表面帶有電荷，,它與溶液中的反離子間存在靜電引力，而且對不同的反離子靜電引力也有差異。所以可以把溶液中的某些反離子吸附于泡沫的氣液界面上，然后隨氣泡升至液面成為泡沫而分離開，如圖720所示。這種方法特別適合于離子濃度低含量少的物質(zhì)的分離。,2020/4/27,.,114,2020/4/27,.,115,例如，溶液中含有KAuCl4(1x10-6mol.L-1和AgN03(1X10-6mol.L-1),可加入少量陽離子表面活性劑(十六烷基三甲基氯化銨等)使之形成泡沫，因?yàn)殛栯x子表面活性劑對AuCl4陰離子的吸引力很強(qiáng)，在泡沫中AuCI41Ag+的比值可達(dá)80。因此利用這個(gè)方法可以使金和銀兩種貴金屬得到很好的分離。也可以用此種方法將溶液中的微量巨毒物CN離子除去。,2020/4/27,.,116,離子浮選應(yīng)用于提取海水中的重要元素，可能會(huì)是很有前途的。海水中含有許多重要元素如Cu，Au，Zn，U等，雖然濃度很低，但海水可以說是取之不盡用之不竭的。如果能從海水中提出這些元素，則其量是相當(dāng)可觀的。因此，對于提取海水中提取微量元素，離子浮選法在原則上是行之有效的。據(jù)報(bào)道，海水中僅含有一億分之一的Cu和Zn時(shí)，利用改進(jìn)的離子浮選方法，提取率可達(dá)90以上。關(guān)鍵在于建立低成本、經(jīng)濟(jì)高效的生產(chǎn)工藝。,2020/4/27,.,117,三、泡沫在原油開采中的應(yīng)用,1泡沫鉆井液,大多數(shù)鉆井使用泥漿，它有攜帶和懸浮鉆屑、穩(wěn)定井壁、冷卻和沖洗鉆頭、清除井底巖屑等作用。,對于鉆進(jìn)中低壓油氣層的地區(qū)，如采用常規(guī)水基泥漿鉆井，會(huì)由于鉆井液的密度過高，壓力大容易產(chǎn)生將地層壓漏，使大量鉆井液流失的現(xiàn)象。這不僅給鉆進(jìn)帶來很大困難而且還會(huì)嚴(yán)重?fù)p害油層。,2020/4/27,.,118,因此在鉆進(jìn)低壓地層時(shí)采用具有低密度低壓力的泡沫鉆井液，泡沫的細(xì)小緊密結(jié)構(gòu)所形成的粘滯性，使其具有良好的攜帶鉆屑的能力，利于發(fā)現(xiàn)油層和保護(hù)油層，還能有效地防止鉆井液漏失，顯著提高鉆井速度。,2020/4/27,.,119,2泡沫酸化壓裂液(泡沫酸),壓裂酸化是在足以壓開地層形成裂縫或張開地層原有裂縫的壓力下，對地層擠酸的一種工藝，,該工藝主要是在碳酸鹽巖中進(jìn)行，是較大面積地改造低滲透油氣層的重要手段。泡沫用于油氣井增產(chǎn)具有濾失率低，粘度適當(dāng)，懸浮力強(qiáng)。用量少對地層傷害小，反排性好等優(yōu)點(diǎn)。泡沫酸是用發(fā)泡劑使氣體分散在酸溶液中，形成的氣液分散體系。,2020/4/27,.,120,泡沫酸要求選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡劑及穩(wěn)泡劑，提高表面粘度，增加泡沫穩(wěn)定性。與常規(guī)鹽酸酸化比較，泡沫酸濾失量更低，攜砂能力更高，可用于水敏性地層，高粘度的泡沫還是攜帶支撐劑的良好介質(zhì)。,泡沫酸施工后，井口壓力低，能促使氣體迅速膨脹并攜帶殘液及砂粒返排。泡沫酸化壓裂產(chǎn)生裂縫的能力較大，裂縫導(dǎo)流能力好，酸化半徑大，適合于厚度大的碳酸鹽巖油層，也適合于重復(fù)酸化的老井和水敏性地層。,2020/4/27,.,121,3泡沫在氣井排水中的應(yīng)用,地層水和凝析油不斷伴隨天然氣進(jìn)入井筒，如果氣體有足夠的能量，它能把進(jìn)入井筒的液體帶到地面，在井底不產(chǎn)生積液。,在天然氣開采中后期，由于氣量不足或產(chǎn)層的液體較多，氣體不能把水和凝析油完全帶到地面，在井底和井筒內(nèi)產(chǎn)生積液，如不及時(shí)排出，則產(chǎn)生回壓，同時(shí)使井壁附近產(chǎn)層的滲透性變壞，造成天然氣產(chǎn)量急劇下降，有的甚至被水淹停產(chǎn)。,2020/4/27,.,122,為了延長氣井開采壽命，提高天然氣采收率，用泡沫排水是一種已實(shí)現(xiàn)的好方法。,所謂泡沫排水，就是定期向氣井內(nèi)注入一定數(shù)量的起泡劑，內(nèi)積液和起泡劑在天然氣的攪拌下，生成大量泡沫，,由于泡沫的密度低使原有的氣液兩相空間分布和垂直流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了很大的變化，大大減輕了液體滑脫作用，增大了氣流舉液能力。在較低的氣流速度下井底積液即可以泡沫的形態(tài)被攜至地面，從而使井底回壓降低，天然氣產(chǎn)量增加。,2020/4/27,.,123,4泡沫沖砂洗井,泡沫沖砂洗井是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，主要解決低壓和嚴(yán)重漏失井的“清水倒灌”、污染油層及作業(yè)無法正常進(jìn)行等問題。,油井經(jīng)長期開采，地層壓力下降，油層難免出砂，作業(yè)中也難免將地面的機(jī)械雜質(zhì)帶入井中，均會(huì)造成產(chǎn)層的不同程度堵塞，使油井產(chǎn)量下降，,2020/4/27,.,124,以往采用清水沖砂、洗井和替噴等作業(yè)，因油層壓力低于靜水柱壓力，易造成大量液體漏入地層，且造成油層污染。用泡沫流體作為低壓漏失油井的沖砂、洗井和替噴等作業(yè)液，其優(yōu)點(diǎn)是：,（1)可通過調(diào)整泵入油井的氣液比或井口回壓，控制井下泡沫密度，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓作業(yè)，防止漏失；可疏通被堵塞的喉道和射孔孔眼，促使產(chǎn)層流通，具有解堵效果；因泡沫有粘滯性，有良好的攜帶固體顆粒的能力，可大大改善凈化井眼的效果。,2020/4/27,.,125,