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

наблюдения во всех случаях было одинаковым. При концентра­ циях 0,05% время разрушения туймазинской и арланской эмульсий почти одинаково. При малых концентрациях время разрушения для первой эмульсии значительно меньше, чем для второй. Это,, видимо, связано как с размерами глобул, так и со свойствами адсорбционных слоев на их поверхности. Адсорбционные слои на поверхности глобул воды в туймазинской нефти меньше противо­ действуют коалесценции, чем в арланской.

В результате проведенных опытов можно сделать следующий вывод. Явления коалесценции глобул воды в нефти или,наоборот, глобул нефти в воде в поровом пространстве могут привести к'выпаданию асфальтенов в свободный объем нефти. Эти асфаль­ тены, как известно, полностью не переходят в раствор. Будучи в объемной фазе, они легко могут адсорбироваться твердой по­ верхностью и снижать таким образом проницаемость породы как для нефти, так и для воды. Поэтому необходимо применять ПАВ, которые препятствовали бы образованию гидрофобной эмульсии в пласте и интенсивной коалесценции капель нефти в воде.

Наряду с указанными исследованиями были проведены также исследования [9] методом скоростной микрокиносъемки с целью определения скорости коалесценции при соприкосновении глобул воды в эмульсии. Пределы увеличения микроскопа находились в интервале от 220 до 550. Киносъемка проводилась при скоростях 950, 750 и 1500 кадров в секунду. Чтобы во время съемки проис­ ходила интенсивная коалесценция капель, к эмульсии добавляли ПАВ и дополнительно применяли переменное электрическое поле с градиентом напряжения 500—1000 в/см, частотой от 500 до 20 000 гц после достижения рабочей скорости кинокамеры СКС-1М. Постоянное электрическое поле не применялось, так как капли начинали двигаться по направлению к электродам, что приводило к быстрому исчезновению их из поля зрения микроскопа.

На рис. 48 показаны кинокадры, полученные в опытах с 20%-ной (содержащей 20% воды) эмульсией с добавкой ПАВ 4411.

в момент подключения переменного электрического поля. К на­ чалу коалесценции (кадр, соответствующий 1/600 секунды) рас­ стояние между ними становится менее 5 ірк. Время коалесценции капель 1 и 2 при этом расстоянии не более 1/600 секунды, приобре­ тение же каплей сферической формы занимает 1/100 секунды. При просмотре последующих кадров колебательных движений этой капли обнаружить не удалось (возможно, в связи с очень боль­ шой частотой их из-за малых размеров капли). Как видно, при подключении переменного электрического поля коалесцируют не все капли, а лишь некоторые из них. Аналогичные съемки с часто­ той 1500 кадров в секунду показали, что для капель размерами до 10 мк время достижения сферической формы при коалесценции составляет менее 1/200 секунды.

105'

Под действием электрического поля процесс коалесценции про­ текает следующим образом. Вначале капли выстраиваются в коагуляционные цепочки, после чего начинается отжатие ими

Рис. 48. Кинограмма коалесценшш глобул воды и нефти.

разделяющего их диэлектрика— нефти. Наблюдения показали, что под действием постоянного электрического поля капли хотя и выстраиваются в цепочки, но коалесцируют медленно, под дейст­ вием же переменного электрического поля они совершают коле­ бательные движения и быстро коалесцируют.

106

При рассмотрении кинокадров было установлено, что время коалесценции и приобретения после этого каплей сферической формы уменьшается с уменьшением размеров капель.

Наблюдения на месторождении Туймазы показали, что при от­ стое на устье фонтанных скважин эмульсия со значительным содержанием воды выделяет некоторую часть ее даже без подо­ грева. В пробах эмульсий с содержанием воды до 10% отстой воды не наблюдался даже и при подогреве до 70° С. При образо­ вании такой эмульсии в пласте, например в призабойной зоне, эффективность обработки может быть мала, если температура подогрева будет недостаточно высокой.

Пробы эмульсий после штуцера, при содержании воды до 35% также не отстаиваются при подогреве (см. табл. 19). Отстой воды происходит лишь при содержании ее 60% и более. Таким образом, пробы эмульсий с содержанием воды до 10%, отобранные до шту­ цера, обладают высокой устойчивостью, пробы же, содержащие 60—70% воды, менее стойки. Прохождение через штуцер сильно повышает дисперсность эмульсии и ее стойкость. Данные о раз: мерах глобул воды в эмульсии до и после штуцера в скв. 336 и 1269 показывают, что суммарная поверхность глобул в единице объема эмульсии возрастает после штуцера в 6—8 раз.

Скважины, оборудованные погружными электронасосами, имели относительно высокую обводненность (свыше 30%) и, не­ смотря на это, полученные из них эмульсии обладали высокой устойчивостью к разрушению: вода не отстаивалась как без подо­ грева, так и при подогреве. Дисперсность эмульсий из скважин, оборудованных погружными электронасосами, с содержанием воды до 30—40% мало отличается от дисперсности эмульсий, взятых до штуцера фонтанных скважин, с содержанием воды до 8%.

Механическая прочность пограничных слоев и реологические свойства эмульсий

На процесс коалесценции глобул воды в нефти как в поровом пространстве, так и при совместном движении нефти и воды в трубах значительное влияние оказывает механическая прочность пограничных слоев.

А. А. Трапезников [92] исследовал структурно-механические свойства адсорбционных слоев в области разрушения структур и установил зависимость предела прочности Рг (по сдвигу) от ско­ рости наложения нагрузки для границы раздела нефть — вода.

Влияние различных факторов на величину Рг для указанной границы раздела исследовалось [101] на видоизмененном приборе СНС-2 для определения предельного напряжения сдвига глини­ стых растворов. Прибор представляет собой вариант прибора Шведова, где для замера возникающих нагрузок используются упругие свойства нити подвеса диска. Предельное значение угла закручивания ф и определяет предел прочности пограничного

107

слоя Рг. Было установлено, что на величину Р,- не влияют диаметр внешнего сосуда и материалы диска и сосуда. Исследования про­ водились с нефтями и пластовыми водами различных месторожде­ ний Башкирии, а также с растворами арланской нефти в очищен­ ном керосине при разных концентрация^. Пластовые воды были взяты жесткие, высокоминерализованные (рН = 4ч-6,8).

С увеличением времени контакта нефти с водой (дистиллиро­ ванной и пластовой) наблюдалось снижение поверхностного на­ тяжения и последующая его стабилизация.

Поскольку нефти содержат в тех или иных количествах асфальто-смолистые вещества, т. е. являются коллоидными раство­ рами, то, следовательно, они обладают определенной величиной предельного напряжения разрушения по сдвигу Р'г. Величина его

при прочих равных условиях должна, очевидно, зависеть от вре­ мени старения раствора нефти. На рис. 49 приведена зависимость Ртот времени старения для трех нефтей.

Исследования показали, что значения Р'г для нефтей не вы­

ходят за пределы 1,45 дин/см. С течением времени они возрастают и стабилизируются. Время стабилизации для легкой шкаповской нефти (горизонта Діѵ) больше, чем для более тяжелой (гори­ зонта Ді).

Для некоторых из этих нефтей был определен предел проч­ ности пограничного слоя Рг на границе с различными пластовыми водами. В опытах использовалась также дистиллированная вода. Величину Рг определяли при разных концентрациях арланской нефти в керосине сразу же после формирования пограничного слоя и через 24 ч. Материалы для диска и сосуда были выбраны соответственно нержавеющая сталь и стекло.

В первом случае формирования пограничного слоя предел проч­ ности его становится заметным (достигает 0,05 дин/см) при кон­ центрации 0,125% и в последующем, несмотря на увеличение концентрации, существенных изменений не претерпевает. Во вто­ ром случае предел прочности весьма значителен. Он становится заметным при концентрации 0,015%, а при 0,5% достигает 9,4 дин/см и стабилизируется, что указывает на насыщение погра­ ничного слоя.

На рис. 50 показаны изменения величины Рг в зависимости от времени формирования адсорбционного слоя для 0,5%-ного рас­ твора арланской нефти в керосине.

Чтобы установить влияние характеристик твердой поверхности на кинетику образования структуры пограничного слоя, были про­ ведены опыты с диском и сосудом из органического стекла. При длительном формировании слоя (24 ч), в отличие от предыдущего случая, наблюдалось резкое возрастание Ртдо 9 дин/см при малых концентрациях нефти (0,062%), что свидетельствует о большой скорости насыщения адсорбционного слоя и, вероятно, объясняется лучшим смачиванием нефтью органического стекла, чем стали.

108

При достижении концентрации 0,062% величина Рг становится постоянной.

Таким образом, величина Рг зависит от времени формирования пограничного слоя.

На величину Р,- влияет и минерализация воды. В опытах в ка­ честве углеводородной фазы был взят керосин с примесью 0,5%

Рг , дим/см

Д іѵ : 3 — чекмагушская.

арланской нефти. Различная минерализация воды создавалась путем растворения в дистиллированной воде поваренной соли. Величину Ртизмеряли сразу же после приготовления смеси керо­ сина с нефтью и через 24 ч.

Время формирования пограничного слоя для дистиллирован­ ной и минерализованной воды было одинаковым — 2 ч.

Результаты исследований приведены в табл. 20 (средние дан­ ные из нескольких определений).

109