技术特征：
1.一种确定乳化-起泡体系多组分共吸附界/表面电荷分布方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、构建考虑乳化液滴/起泡泡沫形态特征的有效电场模型；假设界/表面膜在剪切流场作用下拉伸呈椭球状，建立三维坐标系，在椭球状乳化液滴/起泡泡沫的中心设置一假想内在点电荷，引入球状电场，通过xoy平面截取椭球面上的曲线，所引入球状电场在该曲线上任意微元体垂直法向的有效电场：式中，e为测点的电场强度；ε
rd
为乳化液滴/起泡泡沫的相对介电常数；a为乳化液滴/起泡泡沫在x轴方向的半轴长；b为乳化液滴/泡沫在y轴方向的半轴长；c为乳化液滴/泡沫在z轴方向的半轴长；z0为截取平面的高度；β为椭球中心发散的电场方向与界/表面膜上任意一点的法线所成夹角；k＝9.0
×
109n
·
m2/c2；q为假想内在点电荷的电荷量；步骤二、建立多元组分共吸附作用下界/表面电荷分布与假想内在点电荷的关联：取界/表面膜上任意点面积为da的微元体，一个完整界/表面膜的任意微元体自身电容处处相等，界/表面电荷分布与假想内在点电荷的关联式：式中，δ为界/表面膜厚度；c
bi
是对应于这种组分、组分分子堆砌分数所形成界/表面膜的测量电容；s是通过电流的界/表面膜面积；步骤三、获取油气水乳化-起泡体系空间的属性参数；根据乳化液滴/起泡泡沫所处的空间位置，将三维空间直角坐标系原点设于乳化液滴/起泡泡沫的几何中心，构建油气水乳化-起泡体系的简化六面体空间边界，将油气水乳化-起泡体系空间定义为有效空间与无效空间，有效空间进一步划分为面空间、线空间、点空间，进而获取油气水乳化-起泡体系空间的属性参数；步骤四、建立油气水乳化-起泡体系中界/表面电荷间静电力的向量形式；步骤五、确定考虑乳化液滴/起泡泡沫切向力学平衡的界/表面电荷的分布，用于油气田地面集输处理不同生产节点中多元组分加剧油气水乳化、起泡行为的揭示，实现对油田三次采油复合驱油气水乳化-起泡体系的高效破乳分离处理；
上式中ε
rc
为乳化液滴/起泡泡沫周围连续相的相对介电常数；φ为油气水乳化-起泡体系分散相的体积占比；ε
rc
为乳化液滴/起泡泡沫周围连续相的相对介电常数；ρ
d
为油气水乳化-起泡体系中分散相的密度；ρ
c
为油气水乳化-起泡体系中连续相的密度；d为油气水乳化-起泡体系中乳化液滴/起泡泡沫发生形变前的等效粒径；υ为界/表面张力；2.根据权利要求1所述的确定乳化-起泡体系多组分共吸附界/表面电荷分布方法，其特征在于：所述的步骤一的具体方法：在乳化液滴/起泡泡沫内部引入一个假想内在点电荷，使得界/表面膜极化产生的极化电荷与多元组分共吸附作用形成的自由电荷等效、力学响应平衡效果一致；假设界/表面膜在剪切流场作用下拉伸呈椭球状，建立三维坐标系，在椭球状乳化液滴/起泡泡沫的中心设置一假想内在点电荷，以入球状电场，对于取界/表面膜上任意一点，由椭球中心发散的电场方向与该点的法线所成夹角为β，椭球状乳化液滴/起泡泡沫中心处假想内在点电荷的球状电场强度为：式中，e为测点的电场强度，v/m；k为静电力常量，k＝9.0
×
109n
·
m2/c2；q为假想内在点电荷的电荷量，c；r为场源点电荷与测点的距离，m；ε
rd
为乳化液滴/起泡泡沫的相对介电常数；则通过xoy平面截取椭球面上的曲线方程为：式中，a为乳化液滴/起泡泡沫在x轴方向的半轴长，m；b为乳化液滴/泡沫在y轴方向的半轴长，m；c为乳化液滴/泡沫在z轴方向的半轴长，m；z0为截取平面的高度，m；转换椭球曲面方程为隐函数形式，有：则用xoy平面截取的曲线上任意一点(x,y,z0)的法向量具体形式表示为：根据向量夹角的坐标表达形式，得到法向量与直线向量所成投影角的余
弦值cosβ为：所引入球状电场在该曲线上任意微元体垂直法向的有效电场：3.根据权利要求2所述的确定乳化-起泡体系多组分共吸附界/表面电荷分布方法，其特征在于：所述的步骤二的具体方法：取界/表面膜上任意点面积为da的微元体，结合界/表面膜厚度极小的几何特征，其认为是平面极板，同时假设界/表面膜的组分均一，即一个完整界/表面膜的任意微元体自身电容处处相等，根据电容决定式有：式中，ε
r
为电容极板间介质的相对介电常数；s为电容极板的正对面积，m2，d
s
为电容极板的距离，m；k为库仑常数，n
·
m2/c2；对于不同共吸附环境的微元体电容表示为：式中，c
i
是相对于某一种组分、组分分子堆砌分数下界/表面膜微元体的电容值，f；c
bi
是对应于这种组分、组分分子堆砌分数所形成界/表面膜的测量电容，f；s是通过电流的界/表面膜面积，m2；da是微元体的面积；在乳化液滴/起泡泡沫内部假想内在点电荷的有效电场作用下，分子极化产生的极化电荷应与界/表面电荷等效，且由界/表面膜的电容值决定，据平行板电容定义式有：式中，u＝e
⊥
δ，q是平行板极板上所带电荷量，c；u是极板压差，v；δ为界/表面膜厚度，m；则结合总电荷量与电荷分布密度之间的定义关系，联立微元体的电容表达有：式中，σ为微元体的电荷分布密度，c/m2；同时，将步骤一中构建的有效电场代入，得到界/表面电荷分布与假想内在点电荷的关
联式：4.根据权利要求3所述的确定乳化-起泡体系多组分共吸附界/表面电荷分布方法，其特征在于：所述的步骤三的具体方法为：油气水乳化-起泡体系内存在的乳化液滴/起泡泡沫在体系空间的任意位置处分布概率随机，根据乳化液滴/起泡泡沫所处的空间位置，将三维空间直角坐标系原点设于乳化液滴/起泡泡沫的几何中心，构建油气水乳化-起泡体系的简化六面体空间边界为：式中，a1+a2＝l
a
，l
a
为油气水乳化-起泡体系沿x轴边界的长度，m；a1、a2分别为该边界两端顶点在x轴正半轴与负半轴的坐标绝对值，m；b1+b2＝l
b
，l
b
为油气水乳化-起泡体系沿y轴的长度，m；b1、b2分别为该边界两端顶点在y轴正半轴与负半轴的坐标绝对值，m；c1+c2＝l
c
，l
c
为油气水乳化-起泡体系沿z轴的长度，m；c1、c2分别为该边界两端顶点在z轴正半轴与负半轴的坐标绝对值，m；假设在整个油气水乳化-起泡体系中乳化、起泡程度均匀，体系空间中任意点所包含的乳化液滴/起泡泡沫理化性质相同，则产生界/表面电荷分布的假想内在点电荷一致，根据对称空间点施加在对称中心的静电力反向抵消的原则，以乳化液滴/起泡泡沫为对称中心，与油气水乳化-起泡体系边界距离最近的三边界交点为角点所构成的六面体中所有的界/表面电荷对中心位置处乳化液滴/起泡泡沫产生的静电力合力为零；将油气水乳化-起泡体系空间定义为有效空间与无效空间以区分任意点处界/表面膜对描述对象的力学作用贡献程度，以a1≥a2,b1≤b2,c1≥c2为例，则无效空间的六个边界表示为：按无效空间与有效空间的接触方式，将有效空间进一步划分为面空间、线空间、点空间，其中与x1＝a2平面相接触，且以该平面为接触界面的面空间边界有：
则此面空间几何中心与体积的具体表达为：v
a
＝4(a
1-a2)c2b1式中，a为与x1＝a2相接触的面空间几何中心坐标；v
a
为此面空间的空间体积，m3；同理，获取分别与y1＝-b1、z1＝c2平面相接触的面空间几何中心与体积表达有：v
b
＝4a2(b
2-b1)c
2vc
＝4a2b1(c
1-c2)同样的方法，分别获取与空间直线相接触的线空间几何中心与体积表达有：v
d
＝2(a
1-a2)(b
2-b1)c
2ve
＝2(a
1-a2)b1(c
1-c2)v
f
＝2a2(b
2-b1)(c
1-c2)获取与空间点(a2,-b1,c2)相接触的点空间几何中心与体积表达有：v
g
＝(a
1-a2)(b
2-b1)(c
1-c2)。5.根据权利要求4所述的确定乳化-起泡体系多组分共吸附界/表面电荷分布方法，其特征在于：所述的步骤四的具体方法为：
油气水乳化-起泡体系中有效空间存在的界/表面电荷以自身为中心产生外电场，矢量叠加作用于乳化液滴/起泡泡沫，形成的静电力据定义式有：式中，q1为受力电荷的电荷量，c；q2为施力电荷的电荷量，c；r为两电荷之间的作用距离，m；ε
rc
为乳化液滴/起泡泡沫周围连续相的相对介电常数；油气水乳化-起泡体系中乳化液滴/起泡泡沫的形态尺寸与分布密度均具有随机性，定义电荷-体积系数反映不同类型的有效空间总电荷量有：式中，取以乳化液滴/起泡泡沫为中心的无效空间为基准空间，即v0＝8a2b1c2，v为油气水乳化-起泡体系中任意有效空间的空间体积，m3；q为此任意有效空间的总电荷量，c；v0为油气水乳化-起泡体系中基准空间的空间体积，m3；q0为此基准空间对应的基准电荷量，c；同时，基于油气水乳化-起泡体系平均粒径大小，结合基准空间与总空间的体积比值，构建乳化液滴/起泡泡沫的空间分布密度，继而将基准电荷q0与假想内在点电荷q相关联有：式中，φ为油气水乳化-起泡体系分散相的体积占比；则将电荷-体积系数和基准电荷引入静电力的定义式，有：从中提取相关于有效空间属性参数的静电力系数ζ：根据步骤三中面空间几何中心坐标与体积的表达式，代入静电力系数定义，得到：根据步骤三中面空间几何中心坐标与体积的表达式，代入静电力系数定义，得到：根据步骤三中面空间几何中心坐标与体积的表达式，代入静电力系数定义，得到：由于静电力是所有有效空间对乳化液滴/起泡泡沫的静电力分量进行矢量叠加，不同类型的有效空间所产生的静电力方向均不相同，选取三维直角坐标系的x、y、z轴线方向作为基向量，则面空间中由几何中心指向原点的方向向量表示为：
为消除方向向量的模给静电力大小带来的影响，将方向向量转为单位向量有：为消除方向向量的模给静电力大小带来的影响，将方向向量转为单位向量有：为消除方向向量的模给静电力大小带来的影响，将方向向量转为单位向量有：考虑方向单位向量存在3个方向的基向量，将静电力系数ζ同样沿3个基向量的方向展开，联立单位向量以构建不同面空间的静电力系数向量形式有：开，联立单位向量以构建不同面空间的静电力系数向量形式有：开，联立单位向量以构建不同面空间的静电力系数向量形式有：式中：为x轴方向上的基向量；为y轴方向上的基向量；为z轴方向上的基向量；结合静电力代数形式的表达，将所有面空间的静电力进行矢量叠加，转化静电力向量形式有：同理，可分别获取线空间的静电力向量形式和点空间的静电力向量形式6.根据权利要求5所述的确定乳化-起泡体系多组分共吸附界/表面电荷分布方法，其特征在于：所述的步骤五的具体方法为：将面积为da的界/表面膜微元体视为六面体，其受到的重力与浮力表达为：g＝ρ
d
gδdaf
f
＝ρ
c
gδda式中，ρ
d
为油气水乳化-起泡体系中分散相的密度，kg/m3；ρ
c
为油气水乳化-起泡体系中连续相的密度，kg/m3；当油气水乳化-起泡体系处于剪切流场时，乳化液滴/起泡泡沫的界/表面膜会受到剪切力作用，导致乳化液滴/起泡泡沫发生仿射形变成稳定的椭球状，采用变形度来表征乳化液滴/起泡泡沫在不同流场剪切作用下形成为半径分布各异椭球状时的变形特征有：
式中，d为流场剪切作用下乳化液滴/起泡泡沫的变形度；α为流场剪切作用下乳化液滴/起泡泡沫变形时被同步诱发的转向角，rad；f为揭示使乳化液滴/起泡泡沫拉伸的粘性剪切应力与维持乳化液滴/起泡泡沫形状的界/表面张力之间竞争机制的系数；λ为分散相与连续相的粘度比；a和b分别为形变后椭球状油水乳化液滴/起泡泡沫的长轴长和短轴长，m；μ
d
为分散相的粘度，pa
·
s；μ
c
为连续相的粘度，pa
·
s；τ为流场剪切应力，pa；d为油气水乳化-起泡体系中乳化液滴/起泡泡沫发生形变前的等效粒径，m；υ为界/表面张力，n/m；假设油气水乳化-起泡体系为不可压缩流体，根据质量守恒原则，形变前后的球体与椭球体的体积应相等，由球体与椭球体的体积公式得到形变前球状乳化液滴/起泡泡沫粒径为：考虑到仿射形变的几何特性，乳化液滴/起泡泡沫在剪切流场流动方向的法向平面上发生的形变差异很小，令b＝c，则联立椭球体的几何方程，从变形特征中提取剪切应力和切向方向向量有：向量有：式中，τ为外界剪切流场对界/表面膜施加的剪切应力，pa；为此剪切应力作用方向的单位向量；以乳化液滴/起泡泡沫椭球体中间截面变形最大处的动力学稳定为平衡条件，将界/表面膜微元体的表面电荷代入步骤四中面空间静电力的向量形式，结合转向角，得到面空间静电力在界/表面膜的切向投影为：
按步骤四中静电力系数的定义，从此静电力切向投影中提取相关于有效空间几何参数，得到面空间的静电力切向系数为：同理，分别获取线空间和点空间的静电力切向系数ζ
2τ
、ζ
3τ
，进而，将重力与浮力沿界/表面膜的切向分解，结合与变形特征相对应的剪切力，同时在静电力中带入步骤二的界/表面电荷分布关联式，构建切向力学平衡方程有：式中，ζ
1τ
、ζ
2τ
、ζ
3τ
分别为面空间、线空间、点空间的静电力切向系数；在此平衡方程中消去微元体的面积项da,则满足乳化液滴/起泡泡沫切向力学平衡的假想内在点电荷取值为：进而，将此假想内在点电荷再次代入步骤二中界/表面电荷分布的关联式，得到界/表面电荷分布的具体定量表达：
技术总结
本发明涉及的是确定乳化-起泡体系多组分共吸附界/表面电荷分布方法，它包括：构建考虑乳化液滴/起泡泡沫形态特征的有效电场模型；取界/表面膜上任意点面积为dA的微元体，建立多元组分共吸附作用下界/表面电荷分布与假想内在点电荷的关联；获取油气水乳化-起泡体系空间的属性参数；建立油气水乳化-起泡体系中界/表面电荷间静电力的向量形式；确定考虑乳化液滴/起泡泡沫切向力学平衡的界/表面电荷的分布，用于油气田地面集输处理不同生产节点中多元组分加剧油气水乳化、起泡行为的深刻揭示与分离。本发明实现在真实工况集输系统油气水乳化、起泡行为的表征及相应破乳、消泡技术开发中可靠应用。开发中可靠应用。开发中可靠应用。
技术研发人员：洪家骏 王志华 许云飞 王群 钟会影 李晓威
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：2022.09.20
技术公布日：2022/12/19