本发明属于页岩气开采领域，尤其涉及一种基于液膜流动理论的纳米颗粒稳定泡沫性能评价方法。
背景技术：
1、泡沫是离散相气体与连续液相组成的混合体系。泡沫形成后，由于气相和液相之间密度差较大，连续相在重力作用下不可逆地流动，这个过程称为排水。尽管泡沫具有这种不稳定特性，但泡沫在气井积液清除方面具有广泛的应用。
2、相关学者针对泡沫体系的稳定性，开展了大量机理研究。泡沫的稳定性取决于三种不同的机制：重力导致的泡沫排水，毛细管压差导致的气泡之间气体转移，以及相邻气泡之间液膜破裂导致的气泡聚结。由于液膜排水会影响泡沫的液相含量，从而决定液膜稳定性。相关学者针对液膜流动特性，建立了一系列预测模型。在最早的泡沫排水模拟研究中，假设液体流动引起的粘性损失仅发生在高原边界(即液膜流动通道)中。这一假设被后来的研究人员应用，并开发了一种以高原边界为主的泡沫稳定性研究方法。然而，在实际泡排过程中，地层中带出的固相颗粒导致固、液、气三相体系常常存在，且纳米颗粒在泡沫排水作业中被大量采用，以维持液膜携液的稳定效果。然而，现有的泡沫稳定性分析方法主要以室内模拟实验评价为主，无法预测纳米颗粒存在条件下，泡沫液膜的动态流动特性。因此，亟需建立一种基于液膜流动理论的纳米颗粒稳定泡沫性能的评价方法，并根据现场实际需求对纳米颗粒的种类和用量进行定量化计算。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于液膜流动理论的纳米颗粒稳定泡沫性能评价方法，该方法建立了室内泡沫稳定性微观评价方法；综合考虑重力驱动和达西定律的影响，建立了泡沫渗透性评价模型；针对不含纳米颗粒、含亲水纳米颗粒及含疏水纳米颗粒三种条件下的液膜流动特性，分别建立了对应的泡沫稳定性评价模型；综合考虑液膜高原边界几何特性、表面剪切粘度、液体体积分数、气泡半径等因素的影响，建立液膜内液相流动速度的表达式。并利用上述模拟评价方法，通过泡沫的渗透性、排液速度，对纳米颗粒的泡沫稳定效果进行定量化描述；结合现场泡沫排水所需的泡沫稳定性指标，对不同浓度和加量条件下的纳米颗粒稳泡作用效果进行预测。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于液膜流动理论的纳米颗粒稳定泡沫性能评价方法，包括以下步骤：
4、s1：基于达西定律，考虑重力驱动作用和连续相液体的粘度、密度特性，计算泡沫顶部液膜表观流动速度；
5、s2：根据压力梯度、高原边界几何结构及液相流变参数与液膜流速的关系，计算单一泡沫高原边界液相流速；
6、s3：基于泡沫的顶部液膜流动速度和泡沫高原边界内的液相流速间的关系，计算泡沫无量纲渗透率；
7、s4：考虑高原边界损失、节点损耗和液相体积分数的影响，建立基于节点主导的液膜排水评价模型；
8、s5：判断纳米颗粒类型，对于亲水纳米颗粒，基于亲水纳米颗粒无量纲粒径和亲水纳米颗粒的体积分数的影响，建立亲水纳米颗粒对液膜排水速度影响的分析模型，对于疏水纳米颗粒，基于疏水纳米颗粒模型的气液界面关系，建立疏水纳米颗粒特征参数计算模型，判断疏水纳米颗粒的状态和液膜排液速度；
9、s6：基于亲水或疏水纳米颗粒的无量纲粒径，计算纳米颗粒存在条件下的泡沫渗透率；
10、s7：基于泡沫稳定性测试方法，建立泡沫液膜排液速度室内评价方法；
11、s8：通过室内模拟实验，建立泡排剂性能参数评价指标，通过测试不同种类和浓度的纳米颗粒泡沫性能指标，得到表面活性剂和纳米颗粒的加注制度优化设计方法。
12、进一步地，基于达西定律，考虑重力驱动作用和连续相液体的粘度、密度特性，计算泡沫的渗透性泡沫顶部液膜表观流动速度，包括：
13、泡沫顶部液膜流动速度的计算公式为：
14、
15、式中，vf为泡沫顶部液膜表观流动速度；κ为泡沫体系渗透率；μ为液膜内液相动态粘度；ρ为液膜内液相密度；g为重力加速度。
16、进一步地，根据压力梯度、高原边界几何结构及液相流变参数与液膜流速的关系，计算单一泡沫高原边界液相流速，包括：
17、单一泡沫高原边界液相流速的计算公式为：
18、
19、式中，vl为单一泡沫高原边界内液相的流速；a为高原边界截面积；μ为液膜内液相粘度；dp/dz为液膜内压力梯度；b为boussinesq系数；
20、b的计算公式为：
21、
22、式中，μs为剪切粘度，μ为液膜内液相粘度，ra为泡沫高原边界的曲率半径；
23、高原边界接触角为120°时，a的计算公式为：
24、
25、式中，r为泡沫液相体积分数和泡沫半径的函数，
26、r＝1.28rbε0.4635
27、式中，ε为液相体积分数；rb为泡沫半径。
28、进一步地，基于泡沫的顶部液膜流动速度和泡沫高原边界内的液相流速间的关系，计算泡沫无量纲渗透率，包括：
29、泡沫的顶部液膜流动速度和泡沫高原边界内的液相流速间的关系式为：
30、vl＝3vf/ε
31、泡沫无量纲渗透率表达式为：
32、
33、进一步地，考虑高原边界损失、节点损耗和液相体积分数的影响，建立基于节点主导的液膜排水评价模型，包括：
34、液膜排水评价模型对应的泡沫无量纲渗透率表达式为：
35、
36、式中，cb为边界损失系数；cp为节点损失系数。
37、进一步地，基于纳米颗粒无量纲粒径和体积分数的影响，建立亲水纳米颗粒对液膜排水速度影响的分析模型，包括：
38、在亲水纳米颗粒存在的条件下，将纳米颗粒无量纲粒径λ定义为：
39、
40、式中，dp为亲水纳米颗粒粒径；dmax为亲水纳米颗粒在泡沫高原边界内嵌的最大颗粒粒径；
41、将液膜的无量纲排液速度vn定义为：
42、
43、式中，vm为不含纳米颗粒的液膜排液速度；vp为含亲水纳米颗粒的液膜排液速度；
44、当亲水颗粒体积分数小于等于0.4时，通过实验测试，得到不同亲水纳米颗粒体积分数条件下，液膜的无量纲排液速度vn的倒数与纳米颗粒无量纲粒径λ的关系图，确定关系图的曲线的两个临界点λc1和λc2，λc1为自由悬浮流动状态的最大纳米颗粒无量纲颗粒粒径，λc2为液膜排水速度最小值对应的纳米颗粒无量纲粒径，根据λc1和λc2的值以及亲水颗粒体积分数的值，分析亲水纳米颗粒粒径对液膜的排液速度的影响；
45、当亲水纳米颗粒体积分数大于0.4时，通过实验测试，得到亲水纳米颗粒运移状态与纳米颗粒无量纲粒径λ和亲水颗粒体积分数的关系图，从而判断亲水纳米纳米颗粒的状态，其中，
46、当纳米颗粒无量纲粒径λ小于1时：
47、
48、式中，为亲水纳米颗粒受阻碍的临界体积分数；为未受阻碍的亲水纳米颗粒的体积分数；
49、当纳米颗粒无量纲粒径λ大于液膜排水速度最小值对应的纳米颗粒无量纲粒径时：
50、
51、式中，ε为液相体积分数，
52、进一步地，基于疏水颗粒模型的气液界面关系，建立疏水纳米颗粒特征参数计算模型，判断疏水纳米颗粒的状态和液膜排液速度，包括：
53、定义参考距离dc*的计算公式为，
54、
55、式中，rp为疏水纳米颗粒粒径；rb为泡沫粒径；θ为疏水纳米颗粒与泡沫的夹角；
56、参考距离dc*的临界值dcc的计算公式为：
57、
58、通过泡沫高原边界模拟，得到dc的计算公式：
59、
60、将疏水纳米颗粒的纳米颗粒无量纲粒径λe定义为：
61、
62、式中，dp为疏水纳米颗粒粒径，dce为泡沫高原边界横截面中充填纳米颗粒的最大有效直径，
63、当dcc大于等于dc*时，
64、
65、当dcc小于dc*时，
66、
67、根据疏水纳米颗粒的纳米颗粒无量纲粒径λe和疏水纳米颗粒的体积分数，基于亲水纳米颗粒对液膜排水速度影响的分析模型，得到疏水纳米颗粒的状态及液膜排水速度。
68、进一步地，基于亲水或疏水纳米颗粒的无量纲粒径，计算纳米颗粒存在条件下的泡沫渗透率，包括：
69、泡沫渗透率的计算公式为：
70、
71、式中，κb为无纳米颗粒泡沫体系渗透率；rc为无纳米颗粒泡沫体系泡沫半径；κp为有纳米颗粒泡沫体系渗透率；rpc为有纳米颗粒泡沫体系泡沫半径；n为纳米颗粒数与泡沫节点数的比值，
72、
73、式中，φp为纳米颗粒的体积分数；ε为液相体积分数；dp为纳米颗粒粒径；db为泡沫粒径。
74、进一步地，基于泡沫稳定性测试方法，建立泡沫液膜排液速度室内评价方法，包括：
75、在玻璃柱内制备泡沫，其中，玻璃柱内填充有表面活性剂溶液，表面活性剂溶液含有纳米颗粒；
76、将十六烷基三甲基溴化铵注入泡沫的顶部；
77、将泡沫分为上方的湿区和其下方的干区；
78、计算泡沫的液膜排液速度，计算公式如下:
79、
80、式中，vf为泡沫顶部液膜表观流动速度；vl为单一泡沫高原边界内液相的流速；q为注入玻璃管内的十六烷基三甲基溴化铵的体积流量；a为高原边界截面积；
81、泡沫内液相体积分数计算公式为：
82、
83、进一步地，通过室内模拟实验，建立泡排剂性能参数评价指标，通过测试不同种类和浓度的纳米颗粒泡沫性能指标，得到表面活性剂和纳米颗粒的加注制度优化设计方法，包括：
84、通过室内模拟实验和s1-s7的计算方法，得到不同种类和浓度泡排剂的泡沫液膜排液速度；
85、测试掺有不同浓度的亲水或疏水纳米颗粒的表面活性剂溶液液膜排液速度；
86、以泡沫稳定性和药剂成本为指标，通过正交试验设计，得到表面活性剂和纳米颗粒加注制度优化算法。
87、本发明的技术效果和优点：
88、1、本发明可预测不含纳米颗粒、亲水纳米颗粒和疏水纳米颗粒三种情况的泡沫稳定性。
89、2、本发明的室内实验方法可通过液膜流动特性分析，评价模型的预测精度，并对模型的计算结果进行校准。
90、3、本发明的泡排剂性能参数评价指标，可结合现场需求指导纳米颗粒种类和加量的优化设计。
91、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
1.一种基于液膜流动理论的纳米颗粒稳定泡沫性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基于达西定律，考虑重力驱动作用和连续相液体的粘度、密度特性，计算泡沫的渗透性泡沫顶部液膜表观流动速度，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据压力梯度、高原边界几何结构及液相流变参数与液膜流速的关系，计算单一泡沫高原边界液相流速，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的基于泡沫的顶部液膜流动速度和泡沫高原边界内的液相流速间的关系，计算泡沫无量纲渗透率，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的考虑高原边界损失、节点损耗和液相体积分数的影响，建立基于节点主导的液膜排水评价模型，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基于纳米颗粒无量纲粒径和体积分数的影响，建立亲水纳米颗粒对液膜排水速度影响的分析模型，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的基于疏水颗粒模型的气液界面关系，建立疏水纳米颗粒特征参数计算模型，判断疏水纳米颗粒的状态和液膜排液速度，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的基于亲水或疏水纳米颗粒的无量纲粒径，计算纳米颗粒存在条件下的泡沫渗透率，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的基于泡沫稳定性测试方法，建立泡沫液膜排液速度室内评价方法，包括：
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通过室内模拟实验，建立泡排剂性能参数评价指标，通过测试不同种类和浓度的纳米颗粒泡沫性能指标，得到表面活性剂和纳米颗粒的加注制度优化设计方法，包括：
