ФИЗИКА НЕФТЯНОГО И ГАЗОВОГО ПЛАСТА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

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.

Рассмотрим силы, действующие в какой-либо точке периметров

смачивания и их направление.

На разделе вода-нефть сила поверхностного натяжения вн касательна к поверхности раздела вода-нефть. Горизонтальная её составляющая равнаявн 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

60

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Решая это уравнение относительно COS , получим:

cos = нп- вп / вн

Факторы, влияющие на .

Величина , если исключить влияние сил тяжести зависит только от

молекулярных свойств поверхности твердого тела и соприкасающихся с ней фаз. Установлено, что на величину оказ. влияние:

1.Полярность фаз: чем меньше отличие в полярности соприкасающихся фаз, т. е. чем меньше величина поверхностного натяжения на их разделе, тем лучше поверхность смачивания

жидкостью и наоборот.

Например, вода на чистом стекле хорошо смачивает поверхность стекла, но капля воды на поверхности парафина плохо смачивает го поверхность.

2.Процессы адсорбции: если поверхность твердого тела ориентирована неполярная углеводородная цепь поверхностно активного вещ-ва , то гидрофильные радикалы ,обращенные в

сторону воды, способствует смачиванию, т.е. поверхность гидрофилизуется. А если ориентация ПАВ обратная, то поверхность гидрофобизуется. Причиной этого является способность молекул ориентироваться полярной частью к более полярной среде, а неполярной- к неполярной среде.

3.Концентрация ПАВ в жидкостях: исследованиями Ребиндера было установлено, что зависимость угла от концентрации ПАВ в жидкостях может быть 2-х видов.

рис. 1

61

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

рис. 2

Рис.1 С увеличением Спав поверхность из гидрофильной становится гидрофобной (линия 1). И наоборот, из гидрофобной в гидрофильную (линия

2).

Рис.2 Случай, когда точки инверсии не наблюдается, т.е. изменение COS ограничено.

т.А на рис.1 –наз. точкой инверсией смачивания или обращения

4.Шероховатость поверхности. С увеличением шероховатости породы скорость смачивания породы водой ухудшается.

5.Температура. С ростом температуры в пласте уменьшается адсорбцияактивных компонентов в пласте, отсюда следует поверхн-

ть породы гидрофилизуется и лучше смачивается водой.

6.Количество и состав растворимого газа. При растворении N2 угол

смачивания не меняется, а если растворяются углеводородные газы в нефти, количество полярных компонентов уменьшается, снижается их адсорбция, улучшается смачиваемость пор водой, т.е. порода гидрофилизуется.

7.Давление. При высоких давлениях больше, чем при низких давлениях, т.е. смачиваемость породы водными растворами уменьшается

8.Состав вытесняющей воды. Щелочные воды лучше смачивают поверхность пород, чем жесткие минерализованные и пресные воды. Это связано с омылением органических кислот щелочными водами

9.Величина зависит от минералогического состава породы.

меньше на кварце, чем на карбонатных, что указывает на меньшую гидрофильность по сравнению с терригенными породами.

Кинетический гистерезис смачивания

для статического гистерезиса смачивания капля жидкости во всех точках периметра смачивания имеет одно и то же значение .

62

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Если твердая поверхность наклонить, то капля начнет перемещаться и углы изменятся.

0- отступающий уголн- наступающий угол

н > 0

В пласте в большинстве случаев существует кинетический гистерезис смачивания. В пластовых условиях в капиллярах он будет выглядеть след.

образом:

Р1>Р2

Р1-Р2= P

н> 0

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

Лекция № 18

Такое поведение молекул ПАВ позволяет из гидрофильной породы получать гидрофобную и наоборот. Не все участки породы обладают одинаковыми адсорбционными свойствами. На микровыступах, трещинах адсорбции поглощении идет лучше, такие участки наз. активными центрами объясняется это тем, что у угловых и выступающих молекул степень нескомпенированности силового поля >, чем у атомных молекул поверхносте

Различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая (молекулярная адсорбция вызывается Ван- дер- Ваальсовскими силами, химическая адсорбция (хемос-ция) обусловлено взаимодействием адсорбтива с адсорбентом за счет хим. сил: ионная, ковалентные связи. Естественно хем-

ция сопровождается с образованием на поверхности более прочных химич.

63

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

соединений. Процесс адсорбции лучше протекает при низких температурах, а абсорбция хемосорбция при повышенных температурах.

Количественно адсорбция обследуется по формуле :

S

С0- начальная конц-ция, (Моль) А- величина адсорбции, (Моль/м2)

Ср- предельная конц-ция в растворе , (Моль) S- площадь поверхности адсорбента, (м2)

Нужно учитывать и массу адсорбента М, (г)

M

Понятия адсорбции сопровождается таким понятием как коэффициент поверхностного натяжения и знания связи м/у А и является важными.

R- универсальная газовая постоянная Т- абсолютная t- ра;

d dC – поверхностная активн. ПАВ

Графически величина А в зависимости от конц-ции ПАВ выглядит

след. образом:

Как видно, даже при незначительной концентрации ПАВ наблюдается резкое снижение повторного натяжения на границе раздела фаз. Это обстоятельство использ. в практике добычи нефти для снижения межфазного

64

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

натяжения на границе раздела нефть-вода, нефть-п-да с целью увеличения

нефтеотдачи.

Адсорбция ПАВ может происходить мономолекулярным слоем (рис.1) или полимолекулярным слоем (рис.2) (она характерна для сложных веществ).

Нахождение точки перехода от монослойности к полислойности (точка Б) дает возможность рассчитать величину Амах, отвечающую плотнейшей упаковке молекул в молекулярном слое. Знание этой величины и размеров дает возможность точного определения удельной поверхности молекул. Изучению механизма адсорбции ПАВ и его влияние на процессы нефтеизвлечения посвящено достаточное количество научных работ.

Обобщая вопросы изучения адсорбции были сделаны след-ие выводы:

1.на величину адсорбции естественных и искусственных ПАВ значительное влияние оказывает минералогический состав пород при прочих равных условиях с увеличением карбонатности и глинистости г.п. А увеличивает.

2.адсорбция нафтеновых кислот, смол, асфальтенов и синтетических ПАВ явл-ся многослойной (полимолекулярной).

Предельная адсорбция для синтетических ПАВ достигается при значительно меньшей концентрации, чем для асфальтенов, смол, нафтеновых кислот.

3.нафтеновые к-ты и асфальтены почти полностью подавляют

адсорбцию смол.

4.адсорбция смол не зависит от характеристики минералогического состава пород, уменьшается с ростом температуры и давлений. Адсорбция нафтеновых кислот с повышением давлений остается неизменной.

Кроме того для синтетических ПАВ:

1.наименьшее значение А наблюдается при высокой

65

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

приводит к увеличению адсорбции (с увеличением Sнефт А уменьшается, а с

увеличением Sвод А увеличивается).

2. скорость фильтрации оказывает незначительное влияние на величину адсорбции.

Фазовые состояния УВ-ых систем.

В процессе разработки месторождения изменяется Рпл, иногда t. Эти изменения сопровождаются переходом УВ-ых веществ из одной фазы в др.

Чаще наблюдаются такие явления как кристаллизация парафинов, выделения газа, конденсата в газоконденсатных месторождениях.

Все фазовые переходы подразделяются на переходы первого и второго

рода.

I род: плавление и испарение. При этом происходит либо поглощение

или выделение тепла (скрытая система ) и соответственно меняются объемы системы.

При фазовых переходах II рода тепловой эффект отсутствует и

состояние тела изменяется непрерывно.

66

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Фазовые переходы однокомпонентных

систем

Р2>P1 ; Р1-нач. давление; Р2 –конечное давл.

На изотермах можно выделить 3 характерные области

1-ая область

соответствует газовой фазе. В точке А появляются первые капли жидкости (конденсат). Эта точка называется точкой конденсации или точкой росы.

2-ая область

область 2-х фазного состояния системы. При дальнейшем уменьшении

объема системы, давление в этой области остается неизменным. На этом участке (уч-ок АВ) происходит переход газовой фазы в жидкую. Давление,

при которых наблюдается переход газовой фазы в жидкую равно давлению упругости насыщенных пород.

3-я обл.

67

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

обл. жидкого состояния системы. В точке В (рис1) в точке парообразования (кипения) завершается переход газа в жидкость и на этом участке сжимается жидкая фаза, отсюда и крутость линии изотерм.

ВС- линия парообразования (кипения). В точке С кривые

парообразования и конденсации сливаются. Эта точка наз. критической. Для однокомпонентных систем она указывает значения t-ры и Р, выше которых

двухфазная область отсутствует.

С приближением t-ры и Р к их критическим значениям , т.е. к точке С,

свойства газ. и жид. фаз становятся одинаковыми, поверхности раздела их исчезают и плотности их уравниваются, следовательно при приближении к критической точке по кривой начала парообразования плотность жидкой фазы будет непрерывно убывать. А если двигаться по линии точек конденсации, то плотность пара будет непрерывно возрастать.

Фазовые переходы однокомпонентных систем можно выразить и в др. координатах.

Лекция №19

Особенности фазовых переходов в многокомпонентных системах

Р2>P1

Этан + нормальный гептан

68

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

С появлением в системе 2-х и более компонентов на диаграмме

состояния также выделяются 3 области

1.Газовая

2.Двухфазовая обл.

3.Жидкая

Наблюдаются след-ие особенности:

1.переход газа в жидкость происходит при высоких давлениях, поэтому давления точек кипения (парообразования) таких систем выше давления точек конденсации. Причина: в начале переходят в жидкое состояние мол-лы наиболее тяжелых УВ-ых газов и только в точке кипения переходят в жид-ть

легкие компоненты газа.

След-но, в двухфазной области состав жидкой и газовой фаз постоянно

меняется в зависимости от давления и V системы.

2.если для однокомпонентного газа критическая точка С хар-ся самыми высокими значениями Р и t-ры, выше кот. одновременное сущ-ие 2-х фаз

невозможно, то для многокомпонентных систем в зоне пересечения кривых точек кипения и точек конденсации могут существовать две фазы даже при t- ах и Р-иях превышающих критического значения.

Для многокомпонентных систем

69