Физика пласта

     По реологическим характеристикам растворы полимеров относятся к неньютоновским жидкостям, т.е. зависимость между скоростью их течения и градиентом давления нелинейная. По характеру течения растворы полимеров проявляют себя как псевдопластики и как псевдодилактактные жидкости.

     В значительно степени вязкость растворов полимеров зависит от состава и концентрации солей-добавок солей NaCl. CaCl₂ MgCl₂ MgCl₂ FeCl₃ значительно снижают их вязкость, причем с увеличением валентности катиона интенсивность понижения вязкости возрастает.

     С увеличением концентрации полимера в растворе фазовая проницаемость пористой среды для смачивающей фазы уменьшается, а проницаемость для углеводородной жидкости при одной и той же насыщенности возрастает. По данным лабораторных опытов, нефтеотдача может возрастать при вытеснении нефти полимерными растворами на 15-20%.

     Водные растворы щелочей способны снижать поверхностное натяжение на границе нефтью, содержащей природные поверхностно активные вещества (ПАВ) и нафтеновые кислоты. Щелочные воды способствуют повышению коэффициента охвата пласта заводнением. Механизм проявления щелочей тесно связан с процессами их взаимодействия с нафтеновыми кислотами и другими составляющими нефтей и образованием в пластовых условиях новых ПАВ, которые в смеси с другими ПАВ, присутствующими в нефти способствуют значительному снижению поверхностного натяжения нефти на границе со щелочной водой. В нефтяных СНГ количество нефтяных кислот изменяется в широких пределах от долей единицы до 2,5%.

     Нежелательными компонентами в нефти при заводнении с использованием щелочей являются газы  H₂S, CО₂ ,которые способны связывать некоторое количество щелочей и уменьшать их концентрацию в растворе. Присутствие в пароде гипса и ангидрита отрицательно сказывается на результатах заводнения вследствие растворения CaSО₄ и выпадения из раствора осадков Са(ОН)₂. Глинистые компоненты породы с высокой интенсивностью ионного обмена способствуют снижению концентрации NaOH в растворе вследствие его нейтрализации ионами кальция и магния. По лабораторным данным, использование щелочных вод способствует увеличению коэффициента вытеснения на 15-20% [10].

     Процесс вытеснения нефти водой может быть приближен к условиям фильтрации однородных систем без влияния на движения флюидов многочисленных границ раздела, если между нефтью и водой поместить мицеллярный раствор (смесь углеводородных жидкостей, воды и поверхностно - активных веществ, растворимых в углеводородах, и стабилизаторов). В качестве стабилизаторов обычно используются спирты (изопропиловый, бутиловый и др.) Углеводородную часть мицеллярного раствора может составлять легкая нефть фракции C5+1.

     Нефтерастворимыми поверхностно-активными веществами (ПАВ) являются нефтяные сульфанаты, алкиларисульфанаты, алкилфенолы. При содержании в системе ПАВ концентрации выше критической концентрации мицеллообразования ПАВ находится в растворе в виде сгустков (мицелл), которые способны поглощать жидкость, составляющие их внутреннюю фазу. При значительной концентрации ПАВ последние в процессе перемешивания вместе с нефтью и водой образуют нефтеводяные агрегаты - мицеллы, строение которых зависит от количественного состава компонентов и их свойств [7,12].

     Несмотря на содержание в таком мицеллярном растворе до 95% воды, он хорошо смешивается с нефтью, ибо внешней фазой даже при большой концентрации воды в системе оказывается нефть. Внешне мицеллярные растворы представляют собой однородные прозрачные или полупрозрачные жидкости (размеры мицелл 10^-5 — 10^-6 мм). По реологическим свойствам они относятся к ньютоновским жидкостям. Соли, присутствующие в воде снижают вязкость растворов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4  МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ  ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ

 

     Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические.

     В статических методах поверхностное натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии.

     Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. В случае измерения поверхностного натяжения растворов (особенно полимеров или ПАВ) следует пользоваться статическими методами. В ряде случаев равновесие на поверхности может наступать в течение нескольких часов (например, в случае концентрированных растворов полимеров с высокой вязкостью). Динамические методы могут быть применены для определения равновесного поверхностного натяжения и динамического поверхностного натяжения.

     Статические методы:

-метод поднятия в капилляре;

-метод Вильгельми;

-метод лежачей капли;

-метод определения по форме висячей капли;

-метод вращающейся капли.

     Динамические методы:

- метод Дю-Нуи (метод отрыва кольца);

- сталагмометрический, или метод счета капель;

- метод максимального давления пузырька;

- метод осциллирующей струи;

- метод стоячих волн;

- метод бегущих волн.

     Полностью стандартизованные методы измерений описываются в соответствующих ASTM, ГОСТ и т. д.

    

     Метод вращающейся капли

     Сущностью метода является измерение диаметра капли жидкости, вращающейся в более тяжелой жидкости. Этот способ измерения годится для измерения низких или сверхнизких значений межфазного натяжения. Он широко применяется для микроэмульсий, измерения эффективности ПАВ в нефтедобыче, а также для определения адсорбционных свойств.

     Метод Дю Нуи (метод отрыва кольца)

     Метод является классическим. Сущность метода вытекает из названия. Платиновое кольцо поднимают из жидкости, смачивающей его, усилие отрыва и есть сила поверхностного натяжения и может быть пересчитано в поверхностную энергию. Метод подходит для измерения ПАВ, трансформаторных масел и т. д.

     Метод бегущих волн

     При возмущении жидкости пластиной «лежащей» на её поверхности, по ней начинает распространяться цуг волн. Если просветить кювету с жидкостью импульсным источником света с частотой равной частоте возмущения, то на экран спроецируется «стоячая» волновая картина. Измеряя длину волны на экране и геометрически перерассчитывая её (зная расстояние от источника света до поверхности жидкости и расстояние от поверхности до экрана, а также про подобие треугольников) можно получить величину поверхностного натяжения по формуле:

                                           ,

где: σ — поверхностное натяжение; ρ — плотность жидкости; λ — длина волны; ν — вынуждающая частота; g— ускорение свободного падения [13].

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

     Таким образом, по данной теме можно сделать следующие выводы:

     1. Поверхностное натяжение - избыток свободной энергии сосредоточенной на одном квадратном сантиметре площади поверхностного слоя на границе раздела двух фаз. Величина поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся жидкостей определяется избытком свободной поверхностной энергии на границе раздела, поскольку силы взаимодействия между молекулами несмешивающихся жидкостей меньше, чем между молекулами каждой из жидкостей.

     2. С повышением температуры поверхностное натяжение чистой жидкости на границе с паром уменьшается, что связано с ослаблением межмолекулярных сил с ростом температуры.

     3. С увеличением давления поверхностное натяжение жидкости на границе с газом понижается. Это связано с уменьшением свободной поверхностной энергии вследствие сжатия газа и его растворения в жидкости

     4. Вещества, понижающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-активными (ПАВ). Такими, по отношению к воде, являются вещества менее полярные, чем вода. Они взаимодействуют с водой слабее, чем молекулы воды между собой, значит, попадая на поверхность, они уменьшают поверхностное натяжение. К ним относятся спирты, жирные, нефтяные, нафтеновые и смоляные кислоты и их соли, амины и множество других веществ

    5. Вещества, повышающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-инактивными (ПИВ). По отношению к воде к ним относятся сильные электролиты: соли, щелочи, кислоты. Все эти соединения в воде диссоциируются на ионы, которые взаимодействуют с молекулами воды сильнее, чем молекулы воды сами между собой. Поэтому значительная часть этих ионов увлекается молекулами воды в объем раствора. Однако немногие оставшиеся на поверхности ионы создают вблизи поверхности силовое поле, тем самым повышая поверхностное натяжение.

     6. Вещества которые не способны растворяться в воде, либо растворение которых практически не приводит к изменению поверхностного натяжения называются поверхностно неактивными веществами (ПНВ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. «Физический энциклопедический словарь», М. «Советская энциклопедия», 1984.
2. Амикс Дж. и др. Физика нефтяного пласта. - М.: Гостоптехиздат, 1962.

- 572с.

3. «Физическая энциклопедия» В 5-ти томах. М.: «Советская энциклопедия», 1988.
4. Гафаров Ш.А., Лысенков А.В. Физика пласта: Учебное пособие – Уфа: ООО «Монография»,2008.- 224с.
5. Белов С.В., Витязь П.А и др. пористые проницаемые материалы (справочник). – М.: Металлургия, 1987 – 333с.
6. Варфоломеев Д.Ф., Хамаев В.Х. Химия нефти и газа – Уфа: Изд - во УГНТУ, 1977. – 61с.
7. Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра, 1982 – 510с.
8. Гудок И.О. Изучение физических свойств в пористых средах. – М.: Недра, 1970. – 315с.
9. Котяхов Ф.И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. – М.: Недра, 1977 – 287с.
10. Гафаров Ш.А., Харин А.Ю., Шамаев Г.А. Физика нефтяного пласта: Учебное пособие – Уфа: Изд – во УГНТУ, 2000. – 86с.
11. Хабибуллин З.А. Измерение физических свойств пород – коллекторов нефти и газа (учебное пособие) – Уфа: Изд – во УГНТУ, 1978. – 98с.

     12. Оркин Г. К., Кучинский П. К. Физика нефтяного пласта. - М.:  

          Гостоптехиздат, 1955. - 299 с.

     13. Интернет - сайты

      14. Курс лекций по дисциплине: «Физика нефтяного пласта»