基于气泡尺度的泡沫压裂液流变机理研究

摘要

从介观层次入手,以高压高剪切速率下气泡尺寸均匀分布的泡沫压裂液为基础,建立了一个二维泡沫压裂液物理模型.该模型视泡沫压裂液的最小组成单元为气泡,将气泡和周围液相以及气泡与气泡之间的作用力用弹簧表示,并从能量耗散的角度出发,成功推导了当泡沫质量(气相的体积分数)大于70%、剪切速率大于500 s-1时的泡沫压裂液流变特性的本构方程.利用该本构方程计算得到的泡沫压裂液有效黏度和试验结果对比最大误差只有9.7%,平均误差只有4.9%,所得结果明显地优于Reidenbach和Mathel等人给出的拟合公式.该模型不仅可以从机理上阐述泡沫压裂液的流变特性,而且还能够很好地表现出泡沫压裂液在泡沫质量较高时的有效黏度特性.更为主要的是该模型还可以用于解释泡沫压裂液的屈服应力和壁面滑移现象.