ГРОЗНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ
Им. Акад. М.Д. Миллионщикова.
Кафедра: «Бурение, разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»
Лабораторные работы по дисциплине
Составитель: ст. преп. Алиев И.И.
Лабораторная работа 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ НЕФТЬ - ДИСТИЛЛИРОВАННАЯ ВОДА
1.1. Общие положения
Насыщенная нефтью, водой, газом пористая среда представляет собой многофазную гетерогенную (неоднородную) систему, отдельные компоненты которой (минеральный скелет пористой среды, нефть, вода, газ) называются фазами. Значительное различие физико-химических свойств фаз служит причиной возникновения на границах их контакта специфических поверхностных явлений. В связи с тем, что площадь поверхностей контакта фаз очень велика (например, только суммарная площадь поверхности пор в 1 м3 породы коллектора может составлять 104 -106 м2), влияние поверхностных явлений на движение жидкостей и газов в пористых средах оказывается сильным.
Поверхностные явления во многом определяют количество и распределение в поровом пространстве связанных и остаточных нефти и воды, форму кривых фазовых проницаемостей, эффективность многих методов повышения нефтеотдачи пластов. Они играют большую роль при образовании и разрушении эмульсий и пен в процессах, связанных с движением и взаимодействием систем в пласте, скважинах и поверхностных сооружениях.
Среди многообразных поверхностных явлений, протекающих на границах раздела фаз, особое влияние на эффективность разработки нефтяных и газовых залежей оказывает поверхностное натяжение.
При рассмотрении системы вода - нефть на их границе раздела всегда существует поверхностное натяжение. Молекула воды, удаленная от поверхности раздела, со всех сторон окружена другими молекулами воды. Поэтому результирующая сила взаимодействия этой молекулы с другими молекулами равна нулю. Молекула, расположенная на поверхности раздела, подвержена действию, с одной стороны, молекул нефти, расположенных выше границы раздела, а, с другой стороны, молекул воды, лежащих ниже этой границы. Результирующая сила взаимодействия этой молекулы не равна нулю. Вследствие этого возникают силы поверхностного натяжения н образуется поверхностный слой типа упругой мембраны.
Слой, толщина которого равна радиусу действия сил межмолекулярного взаимодействия, называется поверхностным. Так как в этом слое существует молекулярное давление, то перемещение в него молекул из жидкости для образования новой поверхности требует затраты определенной работы, переходящей в энергию поверхностного слоя - поверхностную энергию. Работа, отнесенная к единице площади вновь образованной поверхности,называется удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением:
σ = R/S, (1.1)
где R - работа, Дж;
S - вновь образованная поверхность, м2 .
Величина поверхностного натяжения в системе СИ измеряется в Дж/м2 или Н/м. Она зависит от природы и состава контактирующих фаз, давления и температуры.
В нефтяном пласте поверхностные явления могут быть на следующих границах раздела: нефть - вода (σнв); нефть - газ (σнг); вода - газ (σвг); нефть -порода (σнп); вода - порода (σвп); газ - порода (σгп).
Величина поверхностного натяжения разных тел на границе раздела различных соприкасающихся фаз не одинакова и является для них физической характеристикой. Приборы для определения поверхностного натяжения основываются на измерении усилия, необходимого для разрыва поверхности межфазного раздела по периметру определенной длины. Наибольшее распространение получил метод отрыва (взвешивания) капель, отрыва кольца, отрыва пластины. В настоящей работе предлагается определение поверхностного натяжения методом отрыва капель на сталагмометре.