Новое исследование, проведенное инженером-химиком и биомолекулярным агентом Райс Сибани Лизой Бисвал и опубликованное в журнале Soft Matter, описывает два ранее неизвестных способа образования пузырьков в пене.Работа должна быть интересна тем, кто изготавливает и использует пену по разным причинам, от крема для бритья до утеплителя.
Но это может иметь первостепенное значение для компаний, пытающихся извлечь каждую возможную каплю нефти из резервуара, используя объемы густой пены для ее вытеснения.Бисвал и ее команда использовали микрофлюидные устройства и высокоскоростную визуализацию, чтобы получить изображения того, как пузырьки трансформируются, когда они проходят через узкие пространства, подобные тем, которые находятся в проницаемых породах глубоко под землей. Они обнаружили механизмы, которые должны помочь инженерам понять, как с пеной можно манипулировать для конкретных задач.«В классическом описании образования пузырей есть то, что мы называем отрывом, делением ламелей и оставлением после него», — сказал Бисвал.
Отрывные пузырьки образуются, когда жидкость накапливается под действием капилляров в узком участке поры и образует жидкую пробку, разделяющую два пузырька. Пузырь с разделением ламелей возникает, когда пластинка (тонкая пленка жидкости) проходит через ответвление на пути потока и становится двумя ламелями. Остаток происходит, когда газ входит в две смежные параллельные поры, а жидкость между двумя порами истончается до ламели.В недавно наблюдаемых процессах образования пузырей, которые она называет поведением «отслаивания», пузыри образуются до того, как газ пройдет через сужение, а не после.
«Никто не видел этих механизмов», — сказала она. В одном случае пузырь, зажатый между соседним пузырем и стенкой, расколется при входе в канал. Во втором, она сказала: «Мы обнаружили соседние пузыри, которые в основном каратэ рубят третий, когда тот пытается пройти».«Чем меньше пузырьки в пене, тем лучше она может служить для увеличения нефтеотдачи», — сказал Джордж Хирасаки, профессор химической и биомолекулярной инженерии Райса и соавтор статьи.
«Мы пытаемся понять, как пена ведет себя в пористой среде, потому что это способ заставить газ действовать как более вязкая жидкость», — сказал он. «Обычно газ имеет очень низкую вязкость и имеет тенденцию течь через породу, а не вытеснять нефть и воду. Как только он находит путь, обычно вдоль кровли коллектора, остальная часть газа имеет тенденцию следовать.
«Если бы существовал способ заставить газ действовать больше как жидкость, чтобы сделать его более вязким, он бы контактировал с гораздо большей частью резервуара и выталкивал бы жидкости наружу», — сказал Хирасаки.В идеале пена заполняла бы каналы внутри высокопроницаемых областей и заставляла бы давление проходить через породы с низкой проницаемостью, вымывая труднодоступную нефть, часто застрявшую там.Лаборатория Бисвала создала устройства, имитирующие то, что происходит в пористой породе, выдавливая смеси газа и поверхностно-активного вещества через каналы шириной 20 микрометров.
Они снимали то, что происходило под разным давлением на обоих концах канала со скоростью 10 000 кадров в секунду.«Обычно мы работаем с образцами горных пород или песчаными набивками и измеряем падение давления», — сказал Хирасаки. «Трудно увидеть, что происходит в масштабе пор. Но с микромоделью мы можем увидеть это собственными глазами — или глазами камеры».«Мы хотим предложить нефтяной отрасли больше контроля над мобильностью», — сказал Бисвал. «Под этим мы подразумеваем способность проводить жидкости через участки с различной проницаемостью.
Мы хотим, чтобы жидкости двигались по всему пути, а не только по пути наименьшего сопротивления».Ведущими авторами являются выпускница Rice Rachel Liontas, в настоящее время аспирантка Caltech, и бывший аспирант Кун Ма, в настоящее время инженер-разработчик в Total EP USA. Бисвал — доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии.Национальная нефтяная компания Абу-Даби, Подкомитет Abu Dhabi Oil RD, компания Abu Dhabi по наземным нефтяным операциям, Zakum Development Co., Abu Dhabi Marine Operating Company), Институт нефти Объединенных Арабских Эмиратов и США.
Министерство энергетики финансировало исследование.