Свойства поверхностных слоев пластовых жидкостей. Измерение углов смачивания.

О структуре поверхностного слоя существуют различные предположения.

Многие исследователи, изучающие строение и толщину тон­ких слоев жидкости, связывают образование пристенных слоев с поляризацией молекул и их ориентацией от поверхности твердого тела во внутренние области жидкости с образованием сольватных слоев. (Сольватные пристен­ные слои в порах пласта, заполненных нефтью, состоят из поверхностно-ак­тивных и других компонентов нефти).

Особо сложное строение имеют слои нефти, контактирую­щие с горными породами пласта, так как взаимодействие поверх­ностно-активных веществ с минералами очень многообразно.

Замечено, например, что реагенты, применяемые во флота­ционной технике, могут закрепляться на поверхности минерала как в форме обычных трехмерных пленок, образующих само­стоятельную фазу на поверхности минеральных частиц, так и в виде поверхностных соединений, не имеющих определенного состава и не образующих отдельной самостоятельной фазы.

Наконец, реагенты могут концентрироваться в диффузион­ной части двойного электрического слоя, а не на самой поверх­ности раздела фаз.

Поверхностно-активные компоненты, по-видимому, всегда концентрируются не только на поверхности, но и в трехмерном объеме вблизи поверхности раздела.

Особыми свойствами обладают также адсорбционные и свя­занные с ними сольватные оболочки на разделах фаз в неф­тяном пласте. Некоторые составные части могут образовывать гелеобразные структурированные адсорбционные слои (с не­обычными — аномальными свойствами) с высокой структурной вязкостью, а при высоких степенях насыщения адсорб­ционного слоя — с упругостью и механической прочностью на сдвиг.

Исследования показывают, что в состав поверхностных слоев на разделе нефть — вода входят нафтеновые кислоты, низкомолекулярные смолы, коллоидные частицы высокомолеку­лярных смол и асфальтенов, микрокристаллы парафина, а также частицы минеральных и углеродистых суспензий. Предполага­ется, что поверхностный слой на разделе нефть — вода образу­ется в результате скопления минеральных и углеродистых ча­стиц, а также микрокристаллов парафина под влиянием изби­рательного смачивания водной фазой гидрофильных участков их поверхности. Адсорбирующиеся на этой же поверхности раз­дела асфальто-смолистые вещества, переходящие в гелеобразное состояние, цементируют частицы парафина и минералов в единый монолитный слой. Поверхностный слой еще, более утолщается вследствие сольватации гелей асфальто-смолистых веществ со стороны нефтяной фазы.

Особые структурно-механические свойства механиче­ских слоев обусловливают стабилизацию различных систем и, в частности, высокую устойчивость некоторых водонефтяных эмульсий.

ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ СМАЧИВАНИЯ. Для изучения смачиваемости поверхности твердых тел и смачивающих свойств жидкостей широко применяют оптиче­скую скамью. При этом каплю жидкости, нанесенную на твер­дую поверхность минерала (шлиф) или горной породы, проек­тируют с помощью оптической системы в увеличенном виде на экран из матового стекла. Краевой угол смачивания измеряют по изображению, полученному на матовом стекле, или по фото­графии капли.С помощью оптической скамьи можно измерить как стати­ческие, так и кинетические углы смачивания. Если первые опре­деляют для общей физико-химической характеристики нефтесодержащих пород и смачивающих свойств вод, то кинетические углы важно знать при изучении избирательного смачивания пород в процессе вытеснения нефти водой из пористых сред и для оценки знака и величины капиллярного давления в поровых каналах.

Для измерения угла смачивания, образующегося на границе различных сред при движении раздела фаз, предложено много методов.

По одному из них измеряют краевой угол смачивания, обра­зуемый поверхностью жидкости и погруженной в нее наклонной пластинкой минерала во время опускания или поднятия послед­ней с соответствующей скоростью. При другом способе изме­ряются краевые углы натекания и оттекания, образуемые кап­лей жидкости на наклонной твердой поверхности. По третьему динамика изменения угла смачивания создается путем отсасы­вания капиллярной пипеткой нефти или воды из капли. С умень­шением объема капли нефти образуется наступающий угол сма­чивания, при увеличении ее — отступающий. Наконец, углы сма­чивания в динамике можно измерить при медленном движении мениска в капилляре.

Упомянутые методы не воспроизводят пластовых условий. Некоторое представление о смачивающих свойствах вод и природе поверхности поровых каналов можно получить, измеряя скорость пропитывания пористой среды жидкостью или капиллярного вытеснения этой жидкости другой. Для изучения процессов капиллярного пропитывания и взаимного вытеснения нефти и воды обычно используются приборы З.В.Волковой.

В стеклянную трубку 3 при помощи резинового уплотнения 5 вставляют изучаемый песчаник 4, насыщенный остаточной водой и нефтью. Капилляр 1, наполненный вытесняющей жидкостью до конца расширенной части, соединяется с трубкой 3 на шлифе 7. Пространство между торцом образца и пробкой капилляра сообщается с атмосферой при помощи отвода с пробкой 2. На трубке 1 нанесены деления, по которым можно определить количество вошедшей в керн под действием капиллярных сил воды в различные моменты времени. При изучении процесса капиллярного вытеснения нефти трубка наполняется водой и после соединения шлифа 7 открываются пробка 2 и кран 6. Прибор слегка наклоняют и после того, как жидкость достигает торца песчаника, пробка 2 закрывается, прибор вновь устанавливают в горизонтальное положение и проводят наблюдение за процессом капиллярного вытеснения нефти водой.

Аналогичные приборы созданы также для изучения процес­сов капиллярного вытеснения при высоких давлениях. Пори­стую среду, состоящую из капилляров различных диаметров с большим разнообразием геометрических форм, можно заменить идеальным грунтом со средним радиусом цилиндрических пор. Тогда зависимость длины смоченного слоя породы от времени только под действием капиллярных сил можно приближенно оценить по формуле 3. В. Волковой:

l²= . (V.I.7)

где l — длина смоченного слоя породы к моменту времени t; δ — поверхностное натяжение; Ѳ — угол смачивания; r — средний радиус пор; μ — вязкость жидкости.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: