Молекулярно-поверхностные явления.

 

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 водонефтяных эмульсий, обезвоживании нефти, при борьбе с отложениями асфальто-смолистых и парафиновых веществ в призабойной зоне пласта, на нефтепромысловом оборудовании.

Поверхностные явления в нефтяном пласте существуют на границах 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 несмешивающихся 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, м²;

s- 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. 2.

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 и втулки 13, которая может свободно передвигаться по стойке 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 2 - Сталагмометр

Поверхностное натяжение на границе нефть - дистиллированная вода считывается по формуле:

где s- коэффициент поверхностного натяжения, мН/м;

V— объем всплывшей капли (нефти) в делениях микрометра;

k - постоянная капилляра; оценивается по жидкостям с известным значением о;

р_в и р_н - 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 взаимодействии жидкости с твердым телом при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз. Мерой смачивания является краевой угол смачивания q, который также оценивается экспериментально.

Поверхность твердого тела, хорошо смачиваемая водой, называется гидрофильной, плохо смачивается водой - гидрофобной. Точка, соответствующая краевому углу смачивания 90⁰, называется точкой инверсии.

Смачивание - самопроизвольный процесс, идущий с уменьшением поверхностной энергии. Поэтому при смачивании выделяется теплота. Чем лучше твердое тело смачивается жидкостью, тем выше теплота смачивания.

Работа адгезии характеризует работу по отрыву от твердой поверхности. Оценивается по уравнению Дюпре- Юнга

 

W_а=s (1+cos х)

Задача 4. Определить величину межфазного натяжения на границе дегазированная нефть-пластовая вода, если известны результаты, полученные на сталагмометре (рис.2) и исходные данные (табл.4).

Принимаем плотность октана (r_О) и дистиллированной воды (r_в) равными соответственно 713 и 1000 кг/м³.

Решение. 1) Определяем постоянную капилляра

2) Рассчитываем коэффициент поверхностного натяжения на границе нефть пластовая вода

 

 

ТАБЛИЦА 4.

Наименование параметра	Значение параметра
Варианты заданий
Объем всплывшей капли V, дел. шкалы:
а) октана VO
б) нефти VH
Поверхностное натяжение октана на границе с дистиллированной водой σ0, мН/м
Плотность, кг/м3:
а) пластовой воды ρ´B
б) дегазированной нефти ρН

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: