Файл: Бабалян, Г. А. Физико-химические процессы в добыче нефти.pdf

стабилизируется, и только спустя некоторое время после этого начинает интенсивно снижаться. При вытеснении из песка ще­ лочной пластовой воды 5%-ным раствором асидола в керосине раствор на выходе приобретает молочный цвет, что указывает на образование в поровом пространстве эмульсии. Вытеснение воды сопровождается вначале уменьшением скорости фильтрации, затем возрастанием ее, стабилизацией после прекращения выноса воды н последующим снижением.

Начальная объемная скорость фильтрации 5%-ного кероси­ нового раствора асидола при отсутствии остаточной воды в песке во много раз превышает скорость фильтрации при ее наличии. Од­ нако скорость затухания фильтрации в первом случае больше, чем во втором.

На фильтрацию углеводородов и нефти оказывают влияние асфальтены: проницаемость песка с увеличением содержания ас­ фальтенов может снизиться в несколько раз. Результаты филь­ трации керосино-бензольного раствора асфальтенов через пески приведены в табл. 6.

Таблица 6

Так как нафтеновые кислоты и асфальтены в нефти полностью подавляют адсорбцию смол, то, следовательно, на величину про­ ницаемости песка в данном случае оказывают влияние именно эти компоненты нефти.

Значительное снижение проницаемости, возможно, связано с неравномерным скоплением на стенках пор асфальтенов.

Для того чтобы выявить влияние концентрации асфальто-смо­ листых веществ на процесс фильтрации, в нефть добавляли экви­ валентные ей по вязкости углеводородные жидкости (смеси вазе­ линового масла с полиизобутиленом). Нефть и смеси фильтровали через кварцевый песок. Средняя проницаемость образцов песка составляла 1,65±0,03 д, пористость 30,6 ±0,2%.

На рис. 17 представлены кривые зависимости коэффициента

4* 51

проницаемости k от содержания в нефти асфальто-смолистых ве­ ществ (АСВ) при отсутствии остаточной воды (сплошные линии) и при ее наличии (пунктирные линии).

Кривые 1 и 1' соответствуют фильтрации смесей в порядке уве­ личения концентрации в них АСВ, кривые 2 и 2' при уменьшении концентрации (см. направление стрелок). Каждой-точке соответ­

цией АСВ. Величина проницаемости при переходе на чистое мас­ ло (концентрация АСВ=0) не восстанавливается, что указывает на неполную десорбцию АСВ с поверхности зерен.

При фильтрации смесей через песок с остаточной водой (кри­ вые Г и 2') интенсивность затухания фильтрации меньше (кри­ вая Г), чем при отсутствии остаточной воды, а при фильтрации в

до первоначального значения.

Было исследовано также изменение величины адсорбции АСВ

внаправлении фильтрации нефтей. Опыты проводились при от­ сутствии и наличии в песке остаточной воды. Песок упаковывали

впятисекционные трубки с длиной секции 200 мм и диаметром 25 мм.

Вопытах с остаточной водой вода вытеснялась нефтью. Вытес­ нение прекращали тогда, когда в исходящей из трубки нефти от­ сутствовала вода и по колориметру входящая и исходящая нефти были одного цвета. По окончании опыта трубки разбирали. Из от­ дельных участков их секций отбирали пробы песка и определяли -сравнительное количество в них АСВ и воды. Как прн отсутствии остаточной воды, так и при наличии ее имеется максимум концент­

рации АСВ.

52

Так как опыты велись при разных скоростях фильтрации, то ха­ рактер распределения АСВ и остаточной воды в песке по длине трубки позволяет утверждать, что скорость оказывает существен­ ное влияние на их распределение. При этом характер кривых рас­ пределения АСВ как при отсутствии, так и в присутствии остаточ­ ной воды остается одним и тем же.

С целью изучения влияния концентрации АСВ на фильтрацию при различных проницаемостях песка проводились опыты при от­ сутствии в песке остаточной воды. Одна смесь замещалась другой в порядке нарастания в них концентрации АСВ. Опыты показали, что с уменьшением проницаемости песка интенсивность затухания фильтрации возрастает.

Таким образом, проведенные исследования влияния АСВ, вы­ деленных из нефти карбона Арланского месторождения, на величи­ ну проницаемости показали, что они адсорбируются и сильно сни­ жают величину нефтепроницаемости песка при отсутствии и нали­ чии в нем остаточной воды. Нефтепроннцаемость более интенсивно и на большую величину снижается при отсутствии в песке оста­ точной воды. Чем меньше начальная проницаемость песка, тем больше при прочих равных условиях ее снижение.

Было установлено, что в отличие от песка в образцах продук­ тивных песчаников фильтрация не затухает пли затухает весьма незначительно по сравнению с начальной.

В процессе разработки Арланского месторождения было за­ мечено, что наблюдаются осветление и потемнение нефти. Это свидетельствует с одной стороны об адсорбции асфальто-смоли­ стых веществ и с другой—о перемещении масс нефти с большей концентрацией асфальтенов в сторону меньшей. Не исключена возможность генерации асфальтенов при контакте нефти с но­ выми поверхностями.

При фильтрации нефтей вначале наблюдается область стабиль­ ной фильтрации. Для более активной нефти она меньше. Затуха­ ние фильтрации нефти в конечном итоге определяется интенсив­ ностью адсорбции всех активных компонентов ее. Если фильтрацию прервать, то процесс адсорбции будет продолжаться, вследствие чего при последующем возобновлении фильтрации время до начала затухания ее уменьшается. В отдельных случаях при возобновле­ нии фильтрации после длительного перерыва возможно затухание ее с самого начала, например при фильтрации высокоактивной нефти.

Адсорбция активных компонентов из нефти является сложным процессом, на что указывает изменение поверхностного натяже­ ния нефти сг на выходе из образца. Первые пробы, взятые при фильтрации нефти показывают значительно большие величины поверхностного натяжения ее на границе со щелочной водой, чем последующие. Уменьшение а связано с адсорбцией в песке тех активных компонентов нефти, которые в смеси с другими несколь­

53

ко повышали поверхностное натяжение нефти на границе с водой.

Наблюдения за затуханием фильтрации через песок при осу­ ществлении ее с перерывами в присутствии остаточной воды пока­ зали, что при возобновлении фильтрации скорость ее оказывается большей, чем до остановки. Это объясняется следующим. При прекращении фильтрации адсорбционные явления продолжаются, продолжается и процесс разрыва водной подкладки под нефтью. Площадь прилипания нефти к твердой поверхности возрастает, в соответствии с чем возрастает фазовая проницаемость песка для нефти.

Исследования с бакинскими нефтями, содержащими нафтено­ вые кислоты и смолы, показали, что по сравнению с неполярной углеводородной жидкостью, вязкость которой равна вязкости неф­ ти, сами нефти всегда в кварцевых песках имеют значительно по­ ниженную скорость фильтрации.

Интенсивность затухания фильтрации нефти является функ­ цией градиента давления, температуры н проницаемости пористой среды. С увеличением температуры затухание фильтрации умень­ шается, с уменьшением проницаемости—возрастает.

Чем больше поверхностная активность нефти, тем заметнее уменьшается скорость фильтрации. Остаточная вода в пористой среде замедляет затухание фильтрации нефти.

Г л а в а III

ДИФФУЗИЯ

1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ДИФФУЗИИ И ЕЕ РОЛИ В ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Диффузией называется самопроизвольно протекающий в сис­ теме процесс выравнивания концентраций молекул, ионов или кол­ лоидных частиц под влиянием их теплового хаотического движе­ ния. Изучение диффузии в растворе высокомолекулярного вещест­ ва может дать наиболее прямую информацию о подвижности раст­ воренных макромолекул и, следовательно, служить источником све­ дений об их геометрических и гидродинамических характеристиках.

Процесс диффузии всегда необратим, он выражается в перено­ се вещества от места с большей концентрацией к месту с мень­ шей концентрацией и идет до их полного выравнивания.

Явление диффузии универсально, т. е. наблюдается и у молекул и у ионов в истинных растворах, и в газовых смесях и у частиц дисперсной фазы, достаточно малых, чтобы принимать участие в броуновском движении.

Различие диффузии во всех этих системах носит только коли­ чественный характер и выражается в различных скоростях про­

54

цесса, зависящих от массы и размеров молекул веществ, а также от температуры и вязкости среды. Чем больше масса молекул, тем меньше скорость их теплового движения и, следовательно, ско­ рость диффузии, и наоборот.

С повышением температуры возрастает средняя скорость теп­ лового движения молекул. Следовательно, скорость диффузии уве­ личивается, и коэффициент диффузии будет больше.

Чем больше вязкость среды, тем медленнее будет протекать в ней диффузия вещества и тем меньше коэффициент диффузии.

При низких давлениях среднее число столкновений, испыты­ ваемых в единицу времени каждой молекулой, сравнительно мало, а длина свободного пробега молекул велика. Чем больше дав­

рации.

Коэффициент диффузии численно равен количеству вещества, диффундирующего в единицу времени через единицу поверхно­ сти, перпендикулярной к направлению диффузии, при градиенте концентрации, равном единице. Размерность коэффициента диффу­ зии выражают обычно для газов в см2/с, а для жидкостей в см2/сут.

Второе уравнение Фика выражает изменение концентрации ра-

Решая это уравнение для определенных начальных и гранич­ ных условий, можно найти распределение диффундирующего веще­ ства в среде в любой момент времени.

Способы решения уравнений диффузии аналогичны способам решений уравнений теплопроводности, и они хорошо освещены в литературе (см., например, фундаментальную монографию

55