一种泡沫液膜薄化的可视化与定量测定方法

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，尤其是用于石油天然气开采的泡沫中泡沫液膜薄化的可视化与定量测定方法。

背景技术

泡沫是以气体为分散相，液体为连续相的分散体系，已广泛应用于油气田开发的各个领域，比如压裂、排水采气、防气窜、驱油等等。大量的室内研究与现场试验表明，泡沫若要在各应用中发挥良好效果，必须具有一定的稳定性。因此，近年来，关于泡沫稳定性的研究备受重视。

受重力排液等因素影响，泡沫形成后，其气泡形状会逐渐由球形转变为多面体，气泡之间的液膜随之逐渐变薄。液膜薄化会加剧泡沫的粗化与聚并，对泡沫稳定性至关重要。但是，液膜薄化过程的精确定量描述一直是泡沫稳定性研究的难点。赖南君在《高温高盐油藏泡沫凝胶复合封窜体系的制备与评价》中报道了使用ESEM环境扫描电子显微镜测试泡沫液膜微观形貌及液膜厚度，测量精度为微米级。贾虎在《双交联型泡沫凝胶的制备及其暂堵压井防漏机理》中采用光学显微镜对凝胶泡沫的气泡尺寸与液膜尺寸进行测定，测量精度也为微米级。

现有液膜薄化的测试方法主要依靠显微成像，再根据成像图片使用仪器自带的测量系统对液膜厚度进行测量。液膜厚度测量过程中，人为因素很大，测试结果非常粗略。而且，利用环境扫描电子显微镜测试前，需对泡沫进行冷冻干燥，只能获得某不确定时刻的液膜厚度。利用光学显微镜虽然能够监测液膜厚度随时间的变化，但测试过程中，为便于观察，泡沫上方通常加盖载玻片，这会在一定程度上改变液膜尺寸。因此，寻找能够无损液膜结构，并实时定量表征液膜薄化过程的测试方法，对于进一步认识泡沫稳定机理，改善泡沫稳定性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有上述液膜薄化测量方法存在的误差大的问题，提供一种实时定量表征液膜薄化过程的测试方法，即泡沫液膜薄化的可视化与定量测定方法。

本发明提供的泡沫液膜薄化的可视化与定量测定方法，步骤如下：

S1、采用显微镜观察液膜薄化过程，利用显微镜自带的数码摄像机拍摄不同液膜薄化阶段的液膜干涉图。

所述步骤S1包括以下子步骤：

S11、将载玻片置于显微镜载物台上，载玻片上开设有容纳泡沫体系的圆孔。所述载玻片长度为20-50mm，宽度为10mm，厚度为1mm。载玻片中部开设孔径为0.2mm的进样口，进样口的末端开设与之连通的用于容纳待测泡沫体系的直径d

S12、用注射器将待测泡沫体系由进样口注入到载玻片的样品孔内，将显微镜调至反射光模式，令白光垂直照射到液膜上；

S13、调整显微镜放大倍数，利用显微镜自带的数码摄像机拍摄不同液膜薄化阶段的液膜干涉图。

S2、光学测量动态液膜厚度，具体包括以下子步骤：

S21、计算不同液膜厚度d对应的X、Y、Z三刺激值

查取CIE 1931XYZ标准比色系统的不同波长λ对应的光谱三刺激值

S22、根据公式(3)对步骤S21计算出的所有X、Y、Z三刺激值进行变换得到r、g、b值，找到其中的最大值M，再根据公式(4)将所有r、g、b值线性分布到0～255之间，得到不同液膜厚度d对应的R、G、B值，形成RGB-d数据体；

S23：利用ImageJ软件的“颜色”模块将步骤S1得到的某时刻的液膜干涉图劈分为红、绿、蓝三颜色通道图，并从中获得各像素点对应的R、G、B值；

S24：对液膜干涉图考察区内所有像素点的R、G、B值求取平均值，得到考察区的平均RGB值(R

S25：对不同时刻液膜干涉图重复S23、S24，便可得到不同时刻考察区液膜的厚度，即考察区的动态液膜厚度。

优选的是，所述步骤S24具体是：对液膜干涉图考察区内所有像素点的R、G、B值求取平均值，得到考察区的平均RGB值(R

式中，(R

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明提供了一种既能够可视化观察泡沫液膜薄化过程，又能够定量测定动态液膜厚度的方法。利用光学干涉原理进行测试，测试前不对液膜进行任何二次处理，测试中无任何设备、配件与液膜发生接触，能够实现液膜厚度的无损、实时、纳米级高精度测量。同时，本发明的实验仪器简单，流程简便，模型计算涉及的参数易于获取。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、载玻片的示意图。

图2、实施例1的0.2％LS-04液膜薄化干涉图。

图3、白光LED相对光谱功率分布图。

图4、实施例1测得的0.2％LS-04动态液膜厚度。

图5、实施例2测得的0.2％HS-36液膜薄化干涉图。

图6、实施例2测得的0.2％HS-36动态液膜厚度。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供的泡沫液膜薄化的可视化与定量测定方法，步骤如下：

步骤S1、按以下步骤对液膜薄化过程进行显微观察：

步骤S11：制备打孔载玻片，载玻片长度为30mm，宽度为10mm，厚度为1mm，所述孔为直径d

步骤S12：用注射器从进样口注入泡沫体系0.2％LS-04，在圆柱形孔内形成d

步骤S13：将显微镜放大倍数调整至5倍，令关心区域的液膜出现在图像采集界面；利用显微镜自带的数码摄像机拍摄不同液膜薄化阶段的干涉图，如图2所示。

步骤S2、按以下步骤对动态液膜厚度进行光学测量：

步骤S21：查取CIE 1931XYZ标准比色系统的光谱三刺激值

步骤S22：根据公式(3)对步骤S21计算出的所有X、Y、Z三刺激值进行变换得到r、g、b值，再根据公式(4)将所有r、g、b值线性分布到0～255之间，得到不同液膜厚度d对应的R、G、B值，形成RGB-d数据体。

举例说明，步骤S21中，假设需要得到液膜厚度d在0.1-0.8mm范围内的RGB-d数据体。首先取d＝0.1mm，计算出R(λ)，再计算出X、Y、Z三刺激值。取d＝0.15mm，同样方法，计算出对应的X、Y、Z三刺激值。再取d＝0.2mm，同样方法，计算出对应的X、Y、Z三刺激值。如此重复计算，直至d取值最大值0.8mm，计算出对应的X、Y、Z三刺激值。液膜厚度d的取值间距大小可调整变化，间距越小，d取值点的数量越多，得到的最终RGB-d数据体的数据越精细，最终测量得到的液膜厚度也更加准确。这里假设d取值点共计100个，计算出的X、Y、Z三刺激值共计300个。步骤S22中，根据公式(3)对步骤S21计算出的300个X、Y、Z三刺激值进行变换得到300个r、g、b值，选出300个r、g、b值中的最大值(假设为M)，再根据公式(4)将其线性分布到0～255之间，得到不同液膜厚度d对应的R、G、B值，形成RGB-d数据体。

步骤S23：利用ImageJ软件的“颜色”模块将得到的某时刻的液膜干涉图劈分为红、绿、蓝三颜色通道图，并从中获得各像素点对应的R、G、B值；

步骤S24：对液膜干涉图考察区内所有像素点的R、G、B值求取平均值，得到考察区的平均RGB值(R

步骤S25：对不同时刻液膜干涉图重复S23、S24，得到不同时刻考察区液膜的厚度，即考察区的动态液膜厚度，如图4所示。

实施例2

本发明提供的泡沫液膜薄化的可视化与定量测定方法，步骤如下：

步骤S1、按以下步骤对液膜薄化过程进行显微观察：

步骤S1：制备打孔载玻片，载玻片长度为40mm，宽度为10mm，厚度为1mm，所述孔为直径d

步骤S12：用注射器从进样口注入泡沫体系0.2％HS-36，在圆柱形孔内形成d

步骤S13：将显微镜放大倍数调整至10倍，令关心区域的液膜出现在图像采集界面；利用显微镜自带的数码摄像机拍摄不同液膜薄化阶段的干涉图，如图5所示。

步骤S2、按以下步骤对动态液膜厚度进行光学测量：

步骤S21：查取CIE 1931XYZ标准比色系统的光谱三刺激值

步骤S22：根据公式(3)对步骤S21计算出的所有X、Y、Z三刺激值进行变换得到r、g、b值，再根据公式(4)将其线性分布到0～255之间，得到不同液膜厚度d对应的R、G、B值，形成RGB-d数据体。

步骤S23：利用ImageJ软件的“颜色”模块将得到的某时刻的液膜干涉图劈分为红、绿、蓝三颜色通道图，并从中获得各像素点对应的R、G、B值；

步骤S24：对液膜干涉图考察区内所有像素点的R、G、B值求取平均值，得到考察区的平均RGB值(R

步骤S25：对不同时刻液膜干涉图重复S23、S24，得到不同时刻考察区液膜的厚度，即考察区的动态液膜厚度，如图6所示。

综上所述，本发明提供的泡沫液膜薄化的可视化与定量测定方法具有非接触测试，无损液膜结构的特点；还具有，液膜产生后实时监测，真实展示液膜薄化过程；基于光学干涉原理，实现纳米级高精度测量；实验流程简便，模型参数易于获取等优点；该方法明显优于现有常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。