|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Молекулярно-поверхностные явления.⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 13
Нефтяные пласты представляют собой огромное скопление капиллярных каналов и трещин с громадной площадью поверхности Вследствие этого поверхностные явления играют решающую роль в процессах взаимного вытеснения нефти, воды и газа. В частности, нефтеотдача пластов, фазовые проницаемости во многом обусловлены поверхностными явлениями. С этими же явлениями сталкиваются при разрушении водонефтяньгх эмульсий, обезвоживании нефти, при борьбе с отложениями асфальто-смолистых и парафиновых веществ в призабой-ной зоне пласта, на нефтепромысловом оборудовании. Поверхностные явления в нефтяном пласте существуют на грантах раздела; нефть-вода, нефть-газ, нефть-порода, вода-газ, вода-порода, газ-порода. Степень проявления молекулярно-поверхностного взаимодействия на границах
раздела фаз определяется коэффициентом поверхностного натяжения, краевым углом избирательного смачивания, работой адгезии, теплотой смачивания. Молекулы поверхностного слоя на границе двух несмешивающкхся фаз вследствие нескомпенсированности межмолекулярных сил имеют избыточную свободную энергию. Эта энергия отнесенная к единице поверхности называется удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением (коэффициентом поверхностного натяжения)
где F - свободная поверхностная энергия, Дж; S - поверхность раздела фаз. м7; а - коэффициент поверхностного натяжения, Дж/м2 или Н/м. Коэффициент поверхностного натяжения определяется экспериментально и только на границе раздела жидкость-жидкость, жидкость-газ. Существуют различные методы определения ст. Наиболее распространенным методом является метод с использованием сталагмометра, принципиальная схема которого приведена на рис. 15.1. Основной частью прибора служит микрометр 1, обеспечивающий фиксированное перемещение поршня 3 в цилиндрическом стеклянном корпусе 4. Шток поршня 3 соединен с пружиной 2, благодаря чему исключается его самопроизвольное перемещение. Микрометр с цилиндром укреплены с помощью скобы 14 н втулки 13, которая может свободно передвигаться по стоике штатива 11 и фиксироваться на любой ее высоте винтом 12. На наконечник цилиндра надет переводник 10 в который плотно входит капилляр 9. При вращении микровинта 1, шток поршня 3 движется вниз, перемещаясь в корпусе цилиндра, заполненного исследуемой жидкостью и выдавливает ее из кончика капилляра 9 в виде капли 6 в другую жидкость 8 При достижении критического объема, капля отрывается, всплывает и образует слой 5.
Рисунок 15.1 —Сталагмометр
Поверхностное натяжение на границе нефть-дистиллированная вода рассчитывается по формуле.
где а - коэффициент поверхностного натяжения, мН/м; V - объем всплывшей капли в делениях микрометра; к - постоянная капилляра; оценивается по жидкостям с известным значением а, (мН-м3)/(м-кг); А и р, - соответственно плотности воды и нефти, кг/м3.
Избытком свободной поверхностной энергии обладает и поверхность раздела твердое тело-жидкость. О величине этой энергии судят по характеру смачивания твердого тела жидкостью. Смачивание - это поверхностное явление, заключающееся во взаимодейст-чии жидкости с твердым телом при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз. Мерой смачивания является краевой угол смачивания 6, который также оценивается экспериментально. Поверхность твердою тела, хорошо смачиваемая водой, называется гидрофильной (в измеряется от 0 до 90°), плохо смачиваемая водой - гидрофобной {в изменяется от 90 до 180°). Точка, соответствующая краевому углу смачивания 90L, называется точкой инверсии (обращения). Смачивание - самопроизвольный процесс, идущий с уменьшением поверхностной энергии. Поэтому при смачивании выделяегея теплота. Чем лучше твердое тело смачивается жидкостью, тем выше теплота смачивания. Работа адгезии характеризует работу по отрыву жидкости от твердой поверхности Оценивается но уравнению Дюпре - Юнга
где а - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;
Задача 15.1 Определить величину межфазного натяжения на границе дегазированная нефть-пластовая вода, гели известны результаты, полученные на сталагмометре (рис 15.! ) и исходные данные (табл 15.1). Принимаем плотность октана (р„) и дистиллированной воды (р.) равными соответственно 713 и 1000 кг/м3
Решение. 1) Определяем постоянную капилляра по формуле (15.2)
2) Рассчитываем коэффициент поверхностного натяжения а на границе нефть-пластовая вода
Таблица 15.1.
Задача 15.2 Определить коэффициент поверхностного натяжения а пластовой воды на границе с углеводородным газом, если в капилляре с диаметром d, она поднимается на высоту h. Плотность жидкости р, краевой угол избирательного смачивания в.
Таблица 15.2
Решение. Коэффициент поверхностного натяжения пластовой воды на границе с углеводородным газом с ипользованнем капилляра определяется по формуле:
В формуле размерность параметров представлена в системе СИ: р - кг/м3 g - м/с2, h - м, г - м.
Задача 15.3 Смачивание поверхности нефтесодержащей породы меняется при введении ПАВ. Построить изотерму смачивания cos<? = ДСплв), определить точку инверсии смачивания (cosd = 0) и рассчитать работу адгезии, используя приведённые ниже данные.
Таблица 15.3
Рисунок 15 2 — Изотерма смачивания породы. Решение. 1) Строим изотерму смачивания costf -= /(Сцав) (рис.15.2) и определяем точку инверсии смачивания. Точка инверсии (для второго варианта) соответствует концентрации ПАВ СПлв - 2, 7 ммоль/л (г.А).
2) Определяем работу адгезии при смачивании поверхности породы водой с содержанием Спав = 0; 2, 0; 5, 0 ммоль/л:
Вывод: Раствор ПАВ способствует гндрофобизянии поверхности породы (рис 15.2). Об этом же свидетельствует уменьшение работы адгезии с возрастанием концентрации ПАВ в растворе.
Задача 15.4 Определить значение капиллярного давления в поре нефтесодержащей породы, создаваемое мениском а) на границе нефть - пластовая вода; б) на границе нефть - водный раствор ПАВ, если известно:
Таблица 15.4
Результаты оггределенхй сопосгавить и сделать выводы. Решение. Капиллярное давление в поре нефтесодержащей породы на границе двух несмешиваюшихся жидкостей определяется по формуле:
Тогда, на границе нефть-пластовая вода:
на границе нефть-водный раствор ПАВ:
Вывод: Водные растворы ПАВ значительно снижают капиллярное давление на границе раздела фаз. Задача 15.5 Рассчитать капиллярное давление в трещине нефтесодержащей породы на границе двух несмешквающихся жидкостей (нефть-пластовая вода), если известно:
Таблица 15.5
Решение. Капиллярное давление в жидкости между практически параллельными плоскостями трещин рассчитывается по уравнению:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 1144; Нарушение авторского права страницы
- краевой у: ол избирательного смачивания, град.
= 0, 003 76 (1013-864) = 33, 97, мН/м.
