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煤层气压裂液增产技术研究：泡沫质量与半衰期关系

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：图8-1泡沫的半衰期与温度、泡沫质量之间的关系曲线泡沫质量是衡量泡沫的一个重要因素。一个特定温度和压力下的泡沫质量为：式中Γ——泡沫质量；Vg——某一温度压力下CO2的体积，m3；VL——某一温度压力下基液的体积，m3；Qg——某一温度压力下CO2的体积流量，m3/min；QL——某一温度压力下基液的体积流量，m3/mm。而在实际的压裂施工过程中，CO2大多是处于气、液两相的状态，直接计算得出的泡沫质量将产生较大的误差。

压裂施工的时候，泡沫质量的大小与压裂能否成功具有很大的关系。一般在压裂施工时，要求泡沫质量最好在60%～75%，泡沫质量太小，体系的黏度就低一些，携砂能力可能不能满足施工的需要；泡沫质量太大，泡沫就会转变成雾流，黏度等同于气体的黏度，根据目前其他研究者的研究结论及施工经验，本章最终选取了较稳定的一系列泡沫质量50%、60%、65%、70%、75%进行实验，结果表明，泡沫质量在70%的时候最稳定，泡沫质量为75%的时候次之，实验结果见图8-1。

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图8-1　泡沫的半衰期与温度、泡沫质量之间的关系曲线

泡沫质量是衡量泡沫的一个重要因素。由于气体是温度和压力的函数，所以对泡沫质量需要说明温度和压力。一个特定温度和压力下的泡沫质量为：

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式中　Γ——泡沫质量；

Vg——某一温度压力下CO2的体积，m3；

VL——某一温度压力下基液的体积，m3；

Qg——某一温度压力下CO2的体积流量，m3/min；

QL——某一温度压力下基液的体积流量，m3/mm。

忽略掉泡沫液中液体的压缩性，CO2遵从真实气体定律：

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式中　Z——气体压缩系数；

n——摩尔数，mol；

R——气体常数；

T——气体温度，K；(www.chuimin.cn)

P——气体压力，MPa。

当气体状态发生变化时，由气体定律可得：

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也可以由式（8-1）得出：

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那么，假设在泡沫液中的气体的状态发生变化、液相保持不变的前提下，在施工的过程中，通常地层闭合时的温度都会略高于临界温度，CO2会全部汽化。所以，取压力为地层闭合压力，温度为临界温度，这样计算出的泡沫质量会更接近理论值，此时CO2的体积可由下式求出：

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式中　P0，T0——标准状态下的压力和温度；

Vg——由地面液态CO2转换成的标准状态下的CO2的体积；

Sw——地下条件下的CO2在水中的溶解度，由相关图表查出[74]（见附表1）；

VL——基液的体积用量；

Z——地下条件下CO2的压缩因子，由相关图表查出[74]（见附表2）；

P1，T1，V1——地下条件下CO2的压力、温度及体积。

当V1确定后，即可计算泡沫质量。而在实际的压裂施工过程中，CO2大多是处于气、液两相的状态，直接计算得出的泡沫质量将产生较大的误差。