Молекулярно-поверхностные явления на границе раздела фаз
Поверхностные натяжения на границе раздела фаз
Нефтяные и газовые пласты представл. огромное скопление капиллярных каналов и трещин с громадной удельной поверхностью. В следствии этого поверхностные натяжения в залежах играют огромную роль в процессах взаимного вытеснения нефти, воды и газа. В частности нефтеотдача пластов, фазовые прониц-ти во многом обусловлены поверхностными явлениями на границе ж--п , ж-ж, ж-г.
Ркап= ф-ла Лапласа
- коэ-нт поверхн0го натяжения, мн/м
- угол смачивания, град-1
R- рад.порового канала, м
Слой, толщина кот. равна радиусу действия сил межмолекулярного взаимодействия наз. поверхностью, т.к.в этом слое сущ-ет молекулярное давление, то перемещения 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 наз. удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением либо коэффициентом поверхностного натяжения.
= R/S
R – работа, Дж
S – площадь, м2
- коэф. поверхн. натяжения,Дж/ м2
С др. стороны поверхностное натяжение – это сила на единицу длины, необходимая для образ-я новой поверхности и в этом случае
= F / l
Н/м
F – Н (сила)
l – м (длина периметра)
В нефтяном пласте поверхностные явления м.б. на следующих границах раздела: нефть-вода, нефть- газ, вода-газ, нефть порода, вода-порода, газ-порода.
Лекция №15
-экспериментально можно определить между жидкостями и на границе жидкость-газ. Примеры поверхностных натяжений некоторых веществ.
|
,мн/м |
|
Вещество |
На границе с воздухом
|
На границе с водой
|
1. Вода 2. Нефть Ухтинского месторождения 3. Нефть Туймазинского месторождения 4. Нефть Орланского месторождения 5. Ртуть |
72,75 31,1 2,2 28,4 465 |
33,3 30,2 31,4 375 |
Влияние температуры, давления и состава контактирующих фаз на поверхностное натяжение.
Величина σ чистой жидкости на границе с паром в дали от ее критической точки зависит от температуры. Рост температуры вызывает уменьшение коэффициента поверхностного натяжения из-за уменьшения межмолекулярных сил.
t gt
t и соответственно поверхностные натяжения при t0C и 00С, [мн/м]
gтемпературный коэффициент поверхностного натяжения
t-текущая t-ра системы.
С увеличением давления поверхностное натяжение жидкости на границе с газом уменьшается, так как с увеличивается давления возрастает взаимная растворимость газа в жидкости и происходит уменьшение свободной поверхностной энергии.
Для нефти эта зависимость гораздо сложнее и количественно изменение зависит от состава нефти, количества и состава растворенного в нефти газа, природы полярных компонентов нефти и газа и т.д. Чем больше растворимость газов в нефти, тем интенсивнее уменьшение с возрастанием давления. Графически это выглядит следующим образом:
Нефт. Небит-Дагского месторождения
рис. 1
1-на границе с CH4 при темп-ре 200
2-на границе с этан - пропановой смесью при темп-ре 200
3-на границе с СН2 при темп-ре 600
Поверхностное натяжение дегазационной малополярной нефти на границе с водой в пределах давлений, встречается в промысловой практике мало зависят от давлений (рис.2)
рис 2
Объясняется относительно небольшим примерно одинаковым изменением межмолекулярных сил каждой из жидкостей с увеличением давления, так что соотношение их остается постоянным и не приводит к существенным изменениям коэффициента поверхностного натяжения. Межфазное натяжение в системе нефть-вода так же как и на границе с азотом уменьшается при росте температуры и эта зависимость носит следующий характер.
С увеличением температуры понижается поверхностное натяжение