バルクフォームと多孔質媒体中のフォームの特性の関係の系統的な研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8058 (2023) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

バルク泡分析 (静的試験) はシンプルかつ迅速であるため、泡用途で検討されている何百もの界面活性剤をスクリーニングしてランク付けするための費用対効果の高い方法となります。コアフラッドテスト（動的テスト）も使用できますが、非常に手間とコストがかかります。ただし、以前のレポートでは、静的テストに基づくランキングが動的テストに基づくランキングと異なる場合があることが示されています。現在まで、このような不一致の理由はよくわかっていません。実験計画の誤りが原因である可能性があると考える人もいますが、両方の方法の結果を説明し比較するために適切なフォーム性能指数が使用されれば矛盾はないと考える人もいます。この研究では、さまざまな発泡溶液（界面活性剤濃度が 0.025 ～ 5 wt% の範囲）に対して実施され、すべての界面活性剤溶液に対して同じコアサンプルを使用して動的テストで反復された一連の体系的な静的試験が初めて報告されています。動的試験は、界面活性剤溶液ごとに、広い浸透率範囲 (26 ～ 5000 mD) の 3 つの異なる岩石に対しても繰り返されました。以前の研究とは異なり、ここでは複数の動的泡指数（限界毛管圧力、見かけの粘度、捕捉された泡、捕捉された泡と移動泡の比率）が測定され、静的試験から測定された性能指数（泡の質感および泡の半減期）と比較されました。動的試験は、すべてのフォーム配合物について静的試験と完全に一致しました。しかし、静的泡沫分析装置で使用されるベースフィルターディスクの孔径は、動的試験と比較した場合に矛盾する結果の潜在的な原因となる可能性があることが観察されました。これは、細孔径のしきい値が存在し、それを超えると一部のフォーム特性 (見かけの粘度および閉じ込められた泡) が、そのしきい値前の特性と比較して大幅に低下するためです。毛管圧力を制限する泡は、そのような傾向を示さない唯一の泡の特性です。また、そのような閾値は、特定の界面活性剤濃度（0.025 wt%）を超えると発生するようです。明らかに、静的試験で使用されるフィルターディスクと動的試験で使用される多孔質媒体の孔径が閾値点の同じ側になければならないことが不可欠になり、そうでないと結果に差異が生じる可能性があります。界面活性剤濃度の閾値も決定する必要があります。これら 2 つの要素 (細孔サイズと界面活性剤濃度) の役割については、さらなる研究が必要です。

泡は、食品、医薬品、石油・ガス産業などを含む多くの産業用途に使用されます。石油工学用途では、水性泡は主に、ガス注入プロジェクト中のガスの移動を低減し、したがって石油回収率を向上させるために使用されます。さらに、フォームはガスの相対透過性とガストラップを低減する高い能力があるため、CO2 の地理的隔離用途にも使用されます1。水性泡は、連続界面活性剤溶液にガスを分散させることによって形成されます。気液界面は界面活性剤の凝集により泡生成中に安定化します。細孔スケールでは、生成された泡は流れるガスと閉じ込められたガスから構成されます。前者は流動抵抗が低い大きな細孔を占有し、後者は小から中程度の細孔空間を占有します2。泡の泡はラメラと呼ばれる連続した液体の膜によって分離されており、これによりガスの流れに大きな抵抗が生じ、流動中の粘性力が増加します3。

意図した結果を達成するには、生成された泡が強くて安定している必要があります。異なる種類の界面活性剤とナノ粒子により、異なる程度の泡の強度と安定性が得られます。このため、多くの市販の界面活性剤および/またはナノ粒子溶液は、特定の多孔質媒体および環境条件での用途への適合性についてスクリーニングおよびランク付けする必要があります。このような大規模なスクリーニングは、バルク泡 (静的泡解析) または多孔質媒体内を流れるマイクロ泡 (コアフラッドまたは動的泡解析) で行うことができます。コアフラッドは手間とコストがかかります。一方、バルク泡分析はシンプルかつ迅速であるため、泡用途に検討されている数十または数百の界面活性剤をスクリーニングするための費用対効果の高い方法となります。しかし、静的泡解析と動的泡解析の間には関連性がないという報告もいくつかあります4。静的フォームと動的フォームの関係には 2 つのタイプがあります。 1 つ目は、静的テストによるフォーム配合物のランキング (いくつかの定義された指標に基づく) を動的テストによるランキングと比較することです。 2 つ目は、静的試験で測定した特定のフォーム配合物のフォーム性能 (強度と安定性) を動的試験での測定と比較した直接比較です。どちらの場合でも、使用された方法論が正しく、正しいインデックスが比較されていれば、結果は類似するはずです。界面活性剤配合物をランク付けする場合、Mannhardt et al.5 は、さまざまな実験方法 (コアフラッド、バルクフォーム、マイクロモデル観察、および界面パラメーター) を使用して、6 つの異なるフォーム配合物の性能を評価し、ランク付けしました。彼らは、各実験方法により、テストした 6 つのフォーム配合物に対して異なる性能ランクが与えられ、適切なフォーム配合物のスクリーニングや選択が困難になっていることがわかりました。同様の差異は、Jones et al.6 によっても報告されています。その後、これらの研究者は、現場での使用に適した発泡体の評価は、貯留層条件での炉心浸水実験を使用して行う必要があると結論付けました。直接比較するために、一部の研究者は、静的試験で実施された泡安定性試験と動的試験で実施された泡安定性試験の間に相関関係がないと報告しました7,8。一方、他の研究者らは、この 2 つの間の良好な相関関係を報告しました9,10,11,12,13,14。このような差異の原因は明らかではありません。一部の著者は、単に多孔質媒体中の泡の挙動がバルク形態での泡の挙動と異なるという事実に帰している。確かに、多孔質媒体中の泡の流れは、多孔質媒体中の泡の挙動に影響を与える多くの影響要因を経験します。これらには、界面活性剤の濃度、注入速度、ガス分率（泡の質）、温度、塩分、不純物の存在（原油など）、細孔や喉を通過するときの機械的せん断と伸び、岩石表面への吸着、およびその後のもちろん多孔質媒体の特性も考慮します。これらの要因により、界面活性剤が異なれば反応も異なります。望ましい界面活性剤は、岩の表面への吸着傾向が最も少なく、強力で安定した泡を生成できなければなりません。したがって、吸着、強度、安定性は、あらゆるフォームプロジェクトの界面活性剤をスクリーニングおよび選択するための主な基準となります。バルクフォーム分析では、「半減期」測定を通じてフォームの安定性を明示的に示すことができ、一方、バルクフォームの顕微鏡画像を通じて観察される気泡の質感に基づいてフォーム強度を評価できます。その後、対象の貯留岩石から採取した岩石サンプルに対して吸着試験を実施できます。多くの界面活性剤のランキングを公平にするために、すべての界面活性剤について、同じ液体および実験条件 (温度、塩水塩分、界面活性剤濃度) でバルク泡分析が行われます。 Coreflood テストでは、限界毛細管圧、見かけの粘度、および抵抗係数から推測されるフォームの強度と安定性の指標も得られます。同様に、ランキングの公平性を図るため、コアフラッド試験は、すべての界面活性剤について同じ種類の岩石で、同じ実験条件および流体条件（塩水の塩分、界面活性剤の濃度、温度、圧力、泡の質、注入速度など）で実施する必要があります。この後、ランキングに不一致が生じた場合は、実験エラー、または両方の方法で使用されるパフォーマンス指標が何を表すかの技術的定義に注意が向けられる可能性があります。したがって、静的発泡試験と動的試験の結果に相関があるかどうかを調査するために、よく計画された体系的な研究を実施する必要があります。著者の知る限り、この研究は、ある物質に対する複数の静的試験（単一の静的泡分析装置から）と複数の動的試験（同じコアサンプルから）の間の 1 対 1 の比較を初めて報告しています。幅広いフォーム配合/強度と幅広いコア特性。多くの性能指数も動的試験から得られ、バルク試験の性能指数、すなわち半減期、泡体積、泡の質感と比較されました。また、異なる種類の界面活性剤を調査するのではなく、ここでは同じ界面活性剤を異なる濃度で使用します。これは、界面活性剤の濃度が異なると、異なる強度、質感、および安定性の泡が生成されるためです15。

方法論セクションは、バルク泡解析、岩石の特性評価、および炉心浸水に分かれています。

従来の静的泡分析装置を使用して、室温 (23 °C) で時間の関数として泡の高さと泡の半減期を測定しました。静的泡分析装置は、垂直の透明なガラスカラム (高さ 25 cm、内径 4 cm) と、底部の孔径が 40 ～ 100 μm の範囲のフィルターディスクで構成されています。５０ｃｃのバルク流体（海水中の様々な濃度の界面活性剤溶液）をガラスカラムに入れた。次いで、バルク流体の下に取り付けられたフィルターディスクを通して窒素ガスを毎分０．３Ｌのガス速度で１２秒間吹き込むことによってバルク泡を生成した。次に、泡の体積/高さ、半減期/安定性、および顕微鏡画像/質感を経時的に測定しました。界面活性剤溶液の表面張力も、動的接触角張力計を使用して測定した。測定装置と手順の詳細は以前の研究で提供されています16。

広い透過率範囲を持つ砂岩と炭酸塩の両方をカバーする 3 つの露頭岩石サンプルを取得し、円筒形のプラグに切断しました。その寸法と岩石物理的特性を表 1 に示します。岩石サンプルの細孔構造は、高解像度マイクロ CT スキャナーを使用して分析されました。岩石サンプルの端から抽出された端片に。手順と実験装置の詳細は、以前の論文で提供されています17、18。マイクロ CT 画像に対して行われた細孔ネットワークモデリングにより、岩石サンプルの平均細孔サイズと平均細孔スロートサイズに関する情報が生成されました。

核磁気共鳴緩和測定も、低磁場 (2 MHz) ベンチトップ NMR 装置を使用して、サンプルがブラインで 100% 飽和されたときに実行されました。このような測定により、さまざまな細孔内の流体の水素核の緩和速度という観点から、岩石の細孔サイズ分布に関する情報が得られます。

さまざまな岩石サンプルの毛細管圧力分布を得るために、岩石サンプルに対して多孔質プレートの測定が行われました。このような毛管圧力曲線は、泡が合体または破裂し始める限界毛管圧力を特定するために必要です。

塩濃度 67,479 ppm の合成塩水を実験室で調製しました (表 2)。次いで、異なる濃度の非イオン性界面活性剤（Triton X-100）をブラインに溶解して、界面活性剤溶液を形成した。非イオン性界面活性剤が使用されたのは、以前の研究で他の種類の界面活性剤よりも優れた性能を示すことが示されたためです11。すべての実験では、純度 99.9% の窒素ガスを気相として使用しました。異なる界面活性剤濃度のブラインをバッチで調製しました。すなわち、0.025 wt%。０．０５重量％。 0.1重量%。０．５重量％。 1重量/体積%; 2.5重量％。および５重量％。

界面活性剤溶液の所定のバッチについて、岩石サンプルは最初に真空飽和法によって溶液で飽和されました。コアフラッド実験は、大気温度 23 °C、閉じ込め圧力 2200 psi、背圧 1450 psi で実施されました。ガス注入前に、界面活性剤による完全な飽和を確実にし、岩石表面への吸着による界面活性剤損失の影響を軽減するために、岩石サンプルに約 2 細孔容積の界面活性剤溶液を 0.5 cm3/分の注入速度でさらに注入しました。差圧トランスデューサーを Coreflood 装置に取り付けて、5 秒間隔で圧力データを測定し、コンピューターステーションに記録しました。電気抵抗率ポートもコアホルダーに取り付けられ、岩石サンプルの電気抵抗率を監視し、コンピューターに記録されました。泡注入に採用されたコアフラッド手順は、以前の記事で説明されており、捕捉された泡と移動する泡の飽和を継続的に監視できるようになりました17、19、20。この方法では、最初に界面活性剤溶液で飽和した岩石サンプルに約 0.1 pv のガスを 0.5 cm3/min の速度で注入し、続いて定常状態に達するまでブライン (界面活性剤を含む) を連続注入しました。この定常状態で捕捉されたガスは、抵抗率測定によって測定されます。次に、第 2 サイクルが続き、より高い細孔容積 (たとえば 0.2 pv) のガスが注入され、その後、別の定常状態になるまで連続的にブラインが注入され、新たに捕捉されたガス飽和と可動泡が測定されます。岩石サンプルに注入されたガスの PV が増加しても、抵抗と圧力損失の測定値に大きな変化が見られなくなった時点で、実験は終了しました。ここで、閉じ込められたガスの全球定常が達成されました。

図 1 は、界面活性剤溶液のさまざまな濃度と、静的泡分析装置で生成された後のさまざまな経過時間での泡テクスチャ分析を示しています。図1の界面活性剤濃度ごとに左から右に進むと、オストワルド熟成や気泡合体により泡の泡は時間の経過とともに崩壊します。これにより、泡が古くなり高さが減少するにつれて、泡のサイズが大きくなり、泡の密度（数）が小さくなります。ただし、経過時間ごとに界面活性剤濃度が増加すると (図 1 の上から下に移動)、泡の質感が向上します。界面活性剤濃度の効果は、2.5 wt% の濃度で最適であると思われます。したがって、この濃度を超えると泡の質感に実質的な改善はありませんでした。

バルク泡生成後のさまざまな時間ステップでのバルク泡のテクスチャ (0 ～ 3600 秒)。テクスチャーは、0.02 ～ 10 wt% の範囲のさまざまな界面活性剤濃度で示されています。

泡の安定性に関しては、図2に示すように、界面活性剤の濃度が増加すると泡の半減期が長くなります。しかしながら、２．５重量％を超える濃度では、半減期の増加はそれほど顕著ではない。同様に、図 3 では、表面張力の測定は 2.5 ～ 5 wt% までは非常に急峻で、その後は徐々に低下していることがわかりました。それは図２から明らかである。図２および３から、漸近線に達していないことがわかり、これは、界面活性剤の濃度が増加するにつれて泡の特性にわずかな変化が生じることを示している。それにもかかわらず、最適な界面活性剤濃度値が必要であり、それを超えるとフォームの特性が大幅に変化せず、濃度増加に伴う関連コストを正当化できる濃度である。この研究におけるバルクフォームの分析から、2.5 wt% が最適な濃度であると思われます。多孔質媒体における泡の性能に対する最適な界面活性剤濃度の調査から得られた結果は、次のセクションで示されます。

泡の半減期と界面活性剤濃度の関係。

さまざまな濃度の界面活性剤溶液の表面張力。

まず、岩石サンプルの細孔特性が毛細管圧力曲線 (図 4) と NMR T2 緩和分布 (図 5) の観点から示されます。表 2 には、マイクロ CT 画像ベースの細孔ネットワークモデルと XRD 解析に基づいた細孔構造に関するその他のデータもまとめています。これらの図から、3 つの岩石サンプルは、空隙率、透水性、毛細管圧、および細孔サイズ分布の点で互いに大きく異なっていることが明らかです。これにより、広範囲の岩石の細孔構造が泡の特性に及ぼす影響をより総合的に研究する道が開かれます。サンプル IDG は細孔サイズが大きいため (図 5 の長い T2 緩和で示されているように) 毛管圧力が低くなりますが、サンプル AC は細孔サイズが最も低い (短い T2 緩和) ため、毛管圧力が最も高くなります。サンプル B は、表 3 に示すように、細孔特性のすべての定義における 2 つの極端な値の間に位置します。

毛管圧力曲線。

NMR T2 緩和曲線。

岩石サンプルの捕捉泡と移動泡の飽和は、アーチーの方程式 (式 1) を使用して測定された抵抗率値から推定されました。

ここで、 \({S}_{w}\) は岩石サンプルの現場の水分飽和度 (分数)、 \({R}_{0}\) (ohm-m) は岩石サンプルの電気抵抗率です。塩水 (溶解した界面活性剤を含む) で 100% 飽和したときの岩石、\({R}_{t}\) (ohm-m) は部分的な水飽和における岩石の抵抗率、「n」は飽和指数です。、多孔質プレートの抵抗率実験中に導出されたパラメータ。多孔質媒体には 2 つの相、つまり液体と気体だけが流れているため、任意の時点での気体または発泡ガスの飽和度 (\({S}_{g}\)) は式 (1) で推定されます。 (2)。

図 6、7、8、9、10、および 11 は、3 つの岩石サンプルすべてにおける、さまざまな泡の特性 (捕捉された泡、見かけの粘度、限界毛細管圧力、移動泡と捕捉泡の比率) と界面活性剤の濃度の関係を示しています。これらの泡の特性は、界面活性剤の濃度がさまざまな程度に増加するにつれて変化しました。

(A) 捕捉された泡に対する界面活性剤濃度の影響 (B) 異なる透過性に対する泡の見かけの粘度。

界面活性剤濃度が、(A) 泡の毛細管圧を制限する際の影響 (B) さまざまな透過性に対する、移動泡と捕捉泡の比率。

異なる細孔サイズでの (A) 捕捉泡 (B) 移動泡対捕捉泡の比率に対する界面活性剤濃度の影響。

異なる細孔サイズにおける、(A) 泡の毛細管圧力の制限 (B) 移動泡と捕捉泡の比率に対する界面活性剤濃度の影響。

異なる T2LM における、(A) 捕捉された泡 (B) 見かけの粘度に対する界面活性剤濃度の影響。

異なる T2LM における、(A) 泡の毛細管圧の制限に対する界面活性剤濃度の影響 (B) 移動泡と捕捉泡の比率。

所定の泡特性に対する界面活性剤濃度の影響に関しては、測定されたすべてのバルク泡特性と岩石サンプル中の泡特性の間で良好な一致が観察されました。すべての静的および動的泡特性は、界面活性剤濃度 (泡強度) の増加により改善されました。ただし、比較において細孔特性の影響を考慮すると不一致が発生するため、異なる岩石の泡特性の比較は慎重に行う必要があることがわかります。

図 6、7、8、9、10、および 11 は、界面活性剤の濃度が、広範囲の細孔特性を持つさまざまな岩石の捕捉された泡、見かけの粘度、および限界毛管圧力にどのように影響するかを示しています。平均細孔径は4～9μm。平均スロートサイズは 2.7 ～ 6 μm。捕捉された泡の飽和とその結果としての泡の見かけの粘度は、界面活性剤の濃度が増加するたびに（ひいては泡の強度が増加するたびに）増加し、図のデータ点で表される岩石の細孔特性ごとに増加します。ただし、図 6 に示すように、しきい値を超える細孔の特性はフォームの特性に逆の影響を及ぼします。これらの図に基づくと、フォームの特性が逆転する最適な透過性値は 278 ～ 5000 mD の間に存在すると思われます。初期傾向からの傾向。興味深いことに、閉じ込められた泡の飽和と見かけの粘度の逆転（または低下）は、界面活性剤の濃度が 0.025 wt% より高い場合にのみ発生します。界面活性剤の濃度が増加すると、逆転の深刻度が増加します (つまり、曲線がより凹型になります)。この正確な理由を解明するには、より包括的な研究が必要です。泡の捕捉 (図 6) と毛管圧力の制限 (図 7) に関して、界面活性剤濃度 2.5 wt% と 5 wt% の間にはほぼ完全な重複があります。

泡捕捉の挙動と泡の見かけの粘度との類似性は、捕捉された泡の飽和が主に泡の見かけの粘度によって支配されることを示しています。

界面活性剤濃度が増加すると、泡の限界毛管圧力も増加します (図 7A)。しかしながら、透過性の変化に関しては、フォームの限界毛細管圧力は、他のフォーム特性（すなわち、閉じ込められたフォームの飽和度およびその見かけの粘度）とは異なります。限界毛細管圧力は、透過性が増加するにつれて減少します。これは、透水性の高い岩石の毛細管圧力状況が透水性の低い岩石ほど高くないため、予想されることです。したがって、毛細管圧力を制限する泡は泡の強度の最も直接的な尺度であるため12、泡は浸透性の高い岩石よりも浸透性の低い岩石の方が強く、界面活性剤の濃度が増加すると、生成された泡の強度はさらに増加します（図1）。 7A）。また、図 6 の閉じ込められた泡の飽和と見かけの粘度の場合に観察されたような、限界毛細管圧力の傾向の逆転もありません。

界面活性剤の濃度が増加すると捕捉泡の飽和度が増加するため（図６Ａ）、図７Ｂに示すように界面活性剤の濃度が増加するにつれて可動泡の飽和度が減少すると予想される。同様に、同じ理由で、移動体から捕捉される泡は透過性の増加とともに減少し、図６Ａの同じ閾値透過性値で同様の逆転が見られる。

図 1 と 2 の結果に基づいて、図６および図７から、捕捉された泡の飽和度が、見かけの粘度および移動泡対捕捉泡の比率に直接影響を与えることが示唆される。したがって、閉じ込められた泡の飽和度またはその従属変数のいずれかを使用して、同じ細孔特性の岩石中の泡の性能を比較できます。ただし、2 つの異なる岩石の細孔形状を比較した場合、トラップと毛細管圧力の制限は細孔形状の変化と異なる相関関係を持っているため、トラップの増加に伴って泡の強度が増加するとは言えません。

大きな気泡を含む泡は、図1のバルク泡解析に基づいて弱い泡に対応することがすでに示されています。また、大きな孔、大きなスロート、および高い浸透性を有する岩石は、泡が仮定されているため、大きな気泡（大泡組織）の形成を促進します。毛穴が発生する場所の構造。弱い（粗い）泡が流れる傾向も、浸透性の高い岩石を横切る差圧と流速が低いため、低くなります19、21、22。したがって、透水性の高い岩石に存在する圧力降下が不十分なため、それらは閉じ込められたままになります。その結果、透過性の増加に伴って閉じ込められた泡の飽和度も上昇すると予想され、またその逆も同様です。泡の限界毛細管圧も透過性の増加とともに減少します（図7）。これは、透過性の高い岩石が、透過性の低い岩石よりも弱い泡を生成することを裏付けています。したがって、ある岩石サンプル中の捕捉された泡の飽和度が他の岩石サンプルと比べて高いことが、より強い泡を示しているのか、それとも弱い泡を示しているのかを判断することは困難になります。

前述の泡の特性を他の岩石の細孔特性 (平均細孔サイズ、平均スロートサイズ、T2 緩和の対数平均) とともにプロットしました。これらの泡の特性は、図 8 (捕捉された泡と見かけの粘度対細孔サイズ) に示すように、これらの細孔特性の変化に対して同様の応答を示します。図９（制限毛細管圧力および移動泡対捕捉泡の比率対細孔サイズ）。図１０（捕捉された泡および見かけの粘度対ＮＭＲＴ２）。図１１（制限毛細管圧力および移動泡対捕捉泡の比対ＮＭＲＴ２）。 T2 緩和は細孔サイズと 1 対 1 の関係にあるため、平均細孔サイズは NMR T2 緩和の対数平均で表すこともできます。細孔サイズが大きいほど、T2 緩和時間は長くなります。

多孔質媒体中の泡の最適な界面活性剤濃度を決定するために、試験した 3 つの岩石サンプルの界面活性剤濃度に対して各泡の特性をプロットしました (図 12、13、14、および 15)。結果から、泡の捕捉、見かけの粘度、移動泡と捕捉泡の比率、および限界毛細管圧に対する最適な界面活性剤濃度は、サンプル B および IDG では 1 wt% であるのに対し、サンプル AC では 1 wt% であると結論付けることができます。 2.5wt%らしいです。この最適値はバルクフォームの場合と同様であり、2.5 wt% です。

3 つのサンプルの捕捉泡飽和度と界面活性剤濃度の関係。

3 つの岩石サンプルの泡の見掛け粘度と界面活性剤濃度の関係。

3 つの岩石サンプルにおける平均移動泡対捕捉泡の比率と界面活性剤濃度の関係。

3 つの岩石サンプルにおける界面活性剤濃度に対する泡の毛細管圧力の制限。

上記の発見は、異なる研究者グループによって測定された、または異なる実験手順を使用して測定された泡の特性を比較する場合に重要な意味を持ちます。静的泡分析装置の底部には、透過性または細孔サイズの分布が異なる多孔質ディスクが付いています。たとえば、この研究で使用した静的泡分析装置の多孔質ディスクの細孔径分布は 40 ～ 100 μm です。他の場所で泡分析装置（平均細孔径がたとえば 4 μm）を使用して研究している別の研究者グループが、同じ界面活性剤の種類と濃度を使用して同様の実験を行った場合、結果を再現できない可能性があります。これは、両方の研究グループが異なるベース多孔質ディスクを備えた静的泡分析装置を使用しているためであり、その個々の細孔サイズは、図1および2に報告されている閾値細孔サイズ/透過性値の2つの異なる極値に該当します。利用可能な静的泡沫分析装置にはさまざまな仕様があり、ベースの多孔質ディスク (フィルター) の孔径は 0.5 ～ 100 μm の範囲であり 11,12,16,23、実験条件、特に毛細管圧。他の泡分析装置の中には、多孔質ディスクを使用せずに、ブレンダーのようにガスと界面活性剤溶液を規定の速度で混合するだけで泡を生成するものもあります9,24。泡の質感や泡のサイズは多孔質ディスク 25 の孔径や混合速度に依存するため、泡の減衰速度、半減期、その他の泡の特性は、同じ泡配合でも泡分析装置間で異なる可能性があります。したがって、研究者は、報告された試験で使用された静的泡分析装置に関する詳細情報（ベース多孔質ディスクの平均孔径、泡塔内で泡を生成する手順（ガス散布法またはブレンダー法）など）を報告することをお勧めします。ディスクを通るガスのバブリング速度（ガス散布泡分析装置の場合）、撹拌速度（ブレンダータイプの泡分析装置の場合）。また、静的泡試験が泡の安定性のみを測定するのか、それとも泡の強度の指標を与えるのかについても懸念があります26。したがって、静的泡と動的泡を公平に比較するには、静的泡分析装置の多孔質ディスクまたはフィルターが、炉心浸水実験で使用される岩石サンプルと同様の細孔形状を持っている必要があります。

この研究では、さまざまなフォームソリューションについて、バルクフォームと多孔質媒体中のフォームの両方の特性を調査し、比較しました。これを行うために、従来の静的泡分析装置を使用して静的泡分析を実施しました。泡の体積/高さ、半減期/安定性、および微細な質感を経時的に測定しました。多孔質媒体中のさまざまな発泡特性を得るために、コア浸水実験も実施されました。この研究の結果と実験条件に基づいて、次の主な結論が導き出されます。

適切な性能指数を比較すると、バルクフォームの性能は多孔質媒体内のフォームの性能と完全に一致します。

界面活性剤濃度を増加させると、最適な界面活性剤濃度になるまで、バルクフォームの半減期とフォームの質感が増加し、それを超えると、濃度を増加してもフォームの特性に重大な変化が生じなくなりました。同様に、界面活性剤の濃度が増加すると、最適な界面活性剤の濃度になるまで、捕捉性、見かけの粘度が増加し、多孔質媒体中の泡の毛細管圧が制限されます。さらに濃度を増加しても、泡の特性に大きな変化は見られませんでした。静的試験における最適な界面活性剤濃度は２．５重量％であった。一方、動的テストのそれは、コアサンプルの 1 つで 2.5 wt%、1 wt% でした。他の 2 つのサンプルについては、

界面活性剤濃度が 0.025 wt% を超えると、泡の捕捉と見かけの粘度が低下する特定のしきい値を超えるまで、より大きな細孔サイズ/透過性を持つ多孔質媒体中で捕捉された泡と泡の見かけの粘度が増加しました。逆の傾向は、界面活性剤濃度が 0.025 wt% の場合、および泡が毛細管圧力を制限している場合には発生しませんでした。この理由は明らかではなく、さらなる研究が必要です。

静的試験と動的試験を比較する場合、使用する静的泡分析装置の仕様とその中で泡を生成する手順に関する適切な情報を提供する必要があります。 2 つの方法を一致させるには、静的泡分析装置の細孔サイズがコアフラッドサンプルの細孔サイズと一致する必要があります。両方の実験で使用されるガスの流量も一致する必要があります。したがって、研究者は、ベース多孔質ディスクの平均孔径、フォームカラム内で泡を生成する手順 (ガススパージングまたはブレンダー法)、ディスクを通るガスのバブリング速度 (ガススパージング泡分析装置の場合) など、各方法に関する詳細情報を報告する必要があります。、撹拌速度（ブレンダータイプの泡分析装置の場合）。また、スクリーニングを目的としたコアフラッド試験を同じ種類の岩石に対して実施することも推奨されます。

現在の研究中に生成および分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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著者らは、研究資金を提供してくださった石油工学および地球科学大学に感謝します。

キング・ファハド石油鉱物資源大学、ダーラン、サウジアラビア統合石油研究センター

アブドゥルラウフ・R・アデバヨ、スアイブ・O・バドムス、シヴァバラン・サクティベル、モハメド・ガマル・レズク、ラーフル・S・バブ

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AR は概念化を提供し、結果を分析し、原稿を書きました。 SB と SS は実験とデータのキュレーションを実施しました。 MRとRBがデータを分析し、原稿を編集しました。

アブドゥルラウフ・R・アデバヨ氏への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Adebayo, AR、Badmus, SO、Sakthivel, S. 他バルクフォームと多孔質媒体中のフォームの特性間の関係の系統的な研究。 Sci Rep 13、8058 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-35278-2

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受信日: 2023 年 3 月 1 日

受理日: 2023 年 5 月 16 日

公開日: 2023 年 5 月 17 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35278-2

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