Зависимость  от состава нефтей

Изучение влияния состава нефти, в частности влияние асфальтенов на  позволило получить следующие выводы.

1. большой и четко выраженной зависимости  на границе нефть-вода не наблюдается (от содержания асфальтенов)

2 .  зависит от определенной группы соединений, входящей в состав асфальтенов, а именно от количества металлпорфириновых комплексов.

Приведем изотермы  на границе нефти в растворе реагентов наиболее часто используемых в промыслах.

Изменение  на границе нефти – раств-ор. щелочи от концентрации щелочи в водном растворе.

а)  уменьшается с ростом концентрации щелочи.

б )  на границе нефть - активные и нейтрализованные растворы кислот

(НСL,H₂SO_4,HF)

в )  на границе с растворами ПАВ

Методы определения коэффициента поверхностного натяжения

1. Метод отрыва кольца или пластинки из жидкости.

При этом сила, необходимая для отрыва кольца или пластинки пропорциональна межфазному натяжению на границе жидкость-газ.

F = k*

F-сила, [H] н/м

к - постоянная прибора

2. Метод измерения высоты подъема жидкости в капилляре (за счет капиллярного давления).

Р _кап = gh

P_кап = 2cos  r (по ф-ле Лапласа)

угол смачивания; r-радиус капилляра.

  hgr / 2cos

3 . Метод счета капель

Отрыв капли произойдет когда вес капли станет равным силе поверхностного натяжения , удерживающей её. Перед отрывом капли образуется шейка, радиус kf несколько меньше радиуса капиляра.

Вдоль окружности этой шейки и действующая сила поверхностного натяжения

P = r

Р- вес капли, [Н]; -[H/м]; r-радиус шейки[м]

4. Определение с помощью сталогмометра. УФНИИ

 V(_b_

к- постоянная прибора

 коэф. поверхн. натяжения

V-объем, вышедший из кап-ра капли

_b, _плотности воды и нефти соотв-но

Вопрос №39. Смачиваемость твердой поверхности и методы её определения. Распределение пород по смачиваемости

При разработке нефтяных месторождений наблюдаются случаи значительного проявления капиллярных сил. Например, случай самопроизвольного впитывания в пластовые воды, либо вытеснение из пласта нефти.

Действие капиллярных сил обусловлены в частности, поверхностным натяжением и наличием угла смачиваемости.

Р_кап = 2cos / r (1)

Как видно из формулы (1) величина Р_кап зависит от r .

Смачивание - это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым или др.жидким телом при наличии одновременного контакта 3-х несмешивающихся фаз.(п-да-нефть-вода; п-да-нефть-газ; п-да-вода-газ).

С тепень смачиваемости породы той или иной жидкостью определяется краевым углом смачивания . Различают три положения на твердой поверхности капель нефти в водной среде и капель воды в нефтяной среде.

• Поверхность гидрофильная

⁰ , вода лучше смачив. поверхность породы, нежели нефть.

• П оверхность, одинаковосмачивающаяся нефтью и водой. Идеальный случай (такого почти не бывает).

Является п-дой с промежуточной смачиваемостью

• П оверхность гидрофобная, когда вода не смачивает твердую поверхность

Переходная точка соответствующая  =90⁰ называется точкой инверсии (т.е. точкой обращения).

Полное смачивание поверхности каплей воды в нефтяной среде соответствует =0⁰, такие поверхности наз.абсолютно гидрофильными поверхностями.

Полное смачивание поверхности породы каплей нефти в водной среде соответствует  =180⁰ (cos =-1) такие поверхности наз.абсолютно гидрофобными поверхностями.

Вопрос №40. Силы действующие в точке периметра смачивания трех контактирующих несмешивающихся фаз.

Рассмотрим силы, действующие в какой-либо точке периметров смачивания и их направление.

Н а разделе вода-нефть сила поверхностного натяжения _вн касательна к поверхности раздела вода-нефть. Горизонтальная её составляющая равная _вн cos стремится сократить поверхность раздела в сторону водной фазы. На разделе вода-порода сила поверхн. натяж-ия _вп касательна к пов-ти раздела в-п и тоже стремится сократить площадь контакта капли воды с твердой поверхностью. На разделе порода нефть вектор поверх-го натяж-ия _нп также касателен поверхности породы и действует в противоположном направлении, стремясь расширить площадь контакта капли воды с твердыми поверхностями. Если вся эта система нах-ся в состоянии равновесия, то получим следующее выражение:

_нп = _вп+_вн cos

Решая это уравнение относительно COS , получим:

cos  =_нп-_вп /_вн

Вопрос №41. Факторы влияющие на угол смачивания

Величина угла смачивания (Ѳ), если исключить влияние сил тяжести, зависит только от молекулярных свойств поверхности твердого тела и соприкасающихся с ним фаз.

На Ѳ влияют:

1) Полярность фаз. Чем меньше отличие полярности соприкасающихся фаз, т.е. чем меньше величина Ϭ (коэф. поверхностного натяжения) на их разделе, тем лучше поверхность смачивается жидкостью и наоборот, например, вода хорошо смачивает поверхность стекла, но плохо парафин.

2) Процессы адсорбции. Если поверхность породы ориентирована на неполярную углеводородную цепь ПАВа, то поверхность гидрофилизуют, а если ориентация ПАВа обратная, то поверхность гидрофолизуют.

3 ) Концентрация ПАВ.

С увеличением концентрации ПАВ поверхность из гидрофильной переходит в гидрофобную (линия 1) и из гидрофобной в гидрофильную (линия 2). т.А - точка обращения.

Когда точка обращения не наблюдается изменение cos Ѳ ограничивается.

4) Шероховатость поверхности. С увеличением шероховатости поверхности смачиваемость водой ухудшается.

5) Температура. С ростом температуры уменьшается адсорбция активных компонентов нефти, следовательно, поверхность лучше смачивается водой.

6) Количество и состав растворенного газа. При растворении в нефти растворенных газов количество полярных компонентов уменьшается, снижается их адсорбция на поверхности породы, поверхность гидрофилизуется. При растворении в нефти азота Ѳ не изменяется.

7) Давление. С ростом давления смачиваемость пород водными растворами ухудшается.

8) Состав вытесняемой воды. Щелочные воды лучше смачивают поверхность породы, чем пресные или минерализованные.

9) Минералогический состав. Ѳменьше на кварце (на терегенных породах), чем на карбонатных, следовательно, терегены - гидрофильные, карбонаты - гидрофобные породы.

Вопрос №42. Кинетический гистерезис смачивания

В статическом положении капля жидкости на твердой поверхности по всему периметру смачивания имеет одинаковые краевые углы смачивания. Если твердую поверхность наклонить, то капля начнет перемещаться, образуется отступающий и наступающий углы.

Ѳн< Ѳот

В пласте кинетический гистерезис смачивания встречается при движении нефтью воды капилляра.

При вытеснении из пористой среды нефти водой или газом образующийся угол называется наступающим углом смачивания, а при вытеснении воды нефтью образующийся угол называется отступающим.

Вопрос № 43. Факторы влияющие на проявление кинетического гистерезиса смачивания. Работа Адгезии. Теплота смачивания.

Поверхностные явления происходят между жидкостями, газами и твердыми поверхностями. Эти явления можно изучить не только измерением Ѳ и Ϭ, но и определением работы адгезии и теплоты смачивания.

Работа адгезии характеризует работу по отрыву капли жидкости от твердой поверхности.

W = Ϭ32- Ϭ31+ Ϭ12 - Ф-ла Дюпре.

В таком виде работу адгезии оценивать нельзя, т.к. невозможно измерить Ϭ23 и Ϭ13, но согласно нашему примеру работу адгезии можно записать:

W= Ϭ13+ Ϭ12*cos Ѳ- Ϭ13+ Ϭ12=

= Ϭ12*(1+ cos Ѳ) - Формула Дюпре-Юнга,

Ϭ23= Ϭ13+ Ϭ12*cos Ѳ;

Рассмотрим 2 крайних случая изменения работы адгезии:

1) Ѳ=0, cos Ѳ=1. Вода полностью смачивает поверхность породы и работа затрачиваемаяпо отрыву этой капли с поверхности будет равна 2* Ϭ12=W.

2) Ѳ=180, cos Ѳ=-1. Поверхность породы не смачивается каплей воды и будет происходить самопроизвольное отделение каплей воды от твердой поверхности.

Смачивание - самопроизвольный процесс идущий с уменьшением поверхностной энергии, поэтому при смачивании выделяется тепло.

Чем лучше смачивается твердое тело с жидкостью, тем выше теплота смачивания. В этом случае когда измерение Ѳ невозможно, теплота смачивания служит характеристикой смачиваемости породы. (1...125 кДж/кг).

Однако на теплоту смачивания влияют загрязненность поверхности, шероховатость и особенно явление адсорбции.