基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法及悬浮方法与流程

技术特征：
1.一种基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，其特征在于，包括以下步骤：选取支撑剂，并测得选取支撑剂的平均粒径，获得支撑剂的平均半径；对所述支撑剂的表面进行疏水改性，获得表面疏水改性支撑剂；配置水基压裂液基液，向所述水基压裂液基液中通入氮气，搅拌使得所述水基压裂液基液内部形成均匀气泡，获得成泡水基压裂液基液；选择所述成泡水基压裂液基液的一种基础参数作为支撑剂悬浮参数进行优选，配置该基础参数不同值的成泡水基压裂液基液；测定各不同基础参数值的成泡水基压裂液基液的zeta电位，并用高速摄像仪拍摄各基液的气泡照片，通过图像分析获得各基液的气泡平均半径；根据所述支撑剂的平均半径与所述基液的气泡平均半径，对各基液进行第一次优选；配置与第一次优选出的各基液ph相同的电解质溶液，将所述表面疏水改性支撑剂放入所述电解质溶液中，测得所述表面疏水改性支撑剂在各电解质溶液中的zeta电位；采用扩展dlvo理论，计算所述表面疏水改性支撑剂与第一次优选出的各基液混合后支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能；根据所述相互作用能，对第一次优选出的各基液进行第二次优选；将所述表面疏水改性支撑剂放入第二次优选出的各基液中，搅拌，在支撑剂疏水表面与气泡间的相互作用能控制下，支撑剂颗粒之间通过气泡桥效应发生连接和聚集，同时采用高速摄像仪拍摄支撑剂-气泡-支撑剂的聚集状态，通过图像观测和统计分析法确定支撑剂颗粒与气泡间的联结配比系数，并计算支撑剂-气泡聚集体的表观密度；根据所述支撑剂-气泡聚集体的表观密度，对第二次优选出的各基液进行第三次优选，第三次优选出的成泡水基压裂液基液的基础参数即为支撑剂悬浮的优选参数。2.根据权利要求1所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，其特征在于，对所述支撑剂的表面进行疏水改性通过以下子步骤实现：在所述支撑剂的表面涂覆具有疏水效应的有机液体悬浮剂。3.根据权利要求1所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，其特征在于，所述成泡水基压裂液基液的基础参数包括ph值、矿化度、zeta电位、气泡尺寸、处理剂加量、注气量。4.根据权利要求1所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，其特征在于，对各基液进行第一次优选通过以下子步骤实现：计算支撑剂平均半径与基液气泡平均半径的比值，比值在0.5-2范围内的基液即为第一次优选出的基液。5.根据权利要求1所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，其特征在于，所述支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能包括范德华相互作用能、双电层斥力位能、疏水相互作用力、以及水化斥力。6.根据权利要求5所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，其特征在于，所述支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能通过下式进行计算：φ
t
＝φ
lvd
φ
edl
φ
ha
φ
hr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：φ
t
为支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能，j；φ
lvd
为支撑剂颗粒与气泡间的范德华相互作用能，j；φ
edl
为支撑剂颗粒与气泡间的双电层斥力位能，j；φ
ha
为支撑剂颗粒与气泡间的疏水相互作用力，j；φ
hr
为支撑剂颗粒与气泡间的水化斥力，j；
其中，所述范德华相互作用能通过下式进行计算：式中：a
132
为支撑剂颗粒和气泡在基液中的相互作用hamaker常数，j；d为支撑剂颗粒表面与气泡表面的相互作用距离，m；r1和r2分别为支撑剂颗粒和气泡的平均半径，m；所述双电层斥力位能通过下式进行计算：式中：ε
r
为相对介电常数，对于水溶液而言，取值为81.5；ε0为真空中的介电常数，取值为8.854
×
10-12
cv-1
m-1
；ζ1和ζ2分别为支撑剂颗粒和气泡的zeta电位，v；κ为debye长度的倒数，m-1
；所述疏水相互作用力通过下式进行计算：式中：h
01
为疏水相互作用力的衰减长度，m；为支撑剂颗粒表面和气泡间的疏水相互作用能常数，j/m2；所述水化斥力通过下式进行计算：式中：h
02
为水化相互作用力的衰减长度，m；为支撑剂颗粒表面和气泡间的水化相互作用能常数，j/m2。7.根据权利要求1所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，其特征在于，对第一次优选出的各基液进行第二次优选通过以下子步骤实现：比较各基液的相互作用能，其中支撑剂颗粒与气泡间的疏水引力相对更强的对应基液更有利于形成稳定的支撑剂-气泡悬浮聚集体，该对应基液即为第二次优选出的基液。8.根据权利要求1所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，其特征在于，所述支撑剂-气泡聚集体的表观密度通过下式进行计算：式中：ρ
a
为支撑剂-气泡聚集体的表观密度，g/cm3；ρ1为支撑剂颗粒的密度，g/cm3；r1为支撑剂颗粒的平均半径，m；k为聚集体中支撑剂颗粒与气泡间的联接配比系数，无因次；ρ2为气泡密度，g/cm3；r2为气泡的平均半径，m。9.根据权利要求1-8中任意一项所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法，其特征在于，对第二次优选出的各基液进行第三次优选通过以下子步骤实现：筛选表观密度在0.9-1.1g/cm3范围内的支撑剂-气泡聚集体，该支撑剂-气泡聚集体对应的基液即为第三次优选出的基液。10.一种基于气泡桥效应的支撑剂悬浮方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取支撑剂并对所述支撑剂的表面进行疏水改性，获得表面疏水改性支撑剂；采用权利要求1-9中任意一项所述的基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法对支撑剂的悬浮参数进行优选；根据支撑剂悬浮参数优选结果，配置成泡水基压裂液基液；将所述表面疏水改性支撑剂与所述成泡水基压裂液基液混合，获得形成气液固三相混合体系的支撑剂悬浮压裂液。

技术总结
本发明公开了一种基于气泡桥效应的支撑剂悬浮参数优选方法及悬浮方法，包括以下步骤：选取支撑剂，并对其表面进行疏水改性，获得表面疏水改性支撑剂；配置成泡水基压裂液基液；根据支撑剂的平均半径与基液的气泡平均半径，对基液进行第一次优选；根据表面疏水改性支撑剂与基液混合后支撑剂颗粒与气泡界面的相互作用能，对第一次优选出的基液进行第二次优选；根据形成的支撑剂-气泡聚集体的表观密度，对第二次优选出的基液进行第三次优选，第三次优选出的成泡水基压裂液基液的基础参数即为支撑剂悬浮的优选参数。本发明建立了利用疏水表面气泡桥效应悬浮压裂支撑剂的实验评价与参数计算优化流程，能够通过调节相关参数实现支撑剂的高效悬浮。实现支撑剂的高效悬浮。实现支撑剂的高效悬浮。


技术研发人员：杨斌 张浩 杨波 钟颖 杨洋 叶双祥 潘冠昌 冯云辉
受保护的技术使用者：成都理工大学
技术研发日：2021.10.20
技术公布日：2022/1/7