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

вмтся похожей па солнечную корону. Вода при фильтрации отры­ вает наиболее вытянувшиеся «клочья» нефти, которые затем, отор­ вавшись от пленки, по пути приобретают шарообразную форму. При этом подобные клочья могут представлять собой не только чистую нефть, но и тонкодпсперсную эмульсию типа вода в нефти. Здесь происходит срез капли, однако в отличие от предыдущего случая нефть застревает в углублениях и вытеснение ее становится затруднительным. Это больше соответствует отсутствию остаточной воды (водной подкладки). При наличии водной подкладки углуб­ ления большей частью оказываются занятыми водой.

Сила, необходимая для отрыва капли (пузырька газа) от твер­ дой поверхности, возрастает с увеличением радиуса площади при­ липания капли, краевого угла смачивания, радиуса вершины капли. Чем больше значения этих величин, тем больше вероятность от­ рыва капель нефти от твердой поверхности с оставлением на ней остаточной капли меньших размеров. Такой отрыв капли от твер­ дой поверхности называется коалесцентным.

Возможность отрыва с оставлением остаточной капли возра­ стает с развитием шероховатости твердой поверхности, ведущей к образованию застойных областей.

Следует отметить специфическое влияние острых выступов и ребер минеральных зерен на процесс отрыва капель от твердой поверхности.

Как указывает Ребиндёр [78], многочисленными опытами уста­ новлено, что острые ребра «всегда являются трудно преодолимой преградой для периметра смачивания, так что когда при смачива­ нии тела периметр доходит до ребра, он задерживается на ребре».

Гистерезис смачивания, как и острые ребра и углы поверхно­ сти, закрепляет трехфазный периметр смачивания, а следователь­ но, и всю каплю на твердой поверхности. Острые ребра и выступы минеральных зерен в общем случае содействуют не только более прочному их прилипанию, но и увеличению скорости прилипания капель к твердой поверхности. Выступы могут оказывать обратное влияние в том случае, когда во впадинах между ними удержива­ ются трудноудаляемые слои воды, т. е. при наличии в пористой среде или в углублениях шероховатой поверхности остаточной воды.

Капли нефти могут перемещаться в поровом пространстве и без отрыва от твердой поверхности. Установлено, что прочность за­ крепления неподвижного пузырька на твердой поверхности больше, чем пузырька, медленно передвигающегося по этой поверхности.

Дерягин и Кротова, проведя ряд измерений и расчетов [40], показали огромное расхождение в величинах работы адгезии (ра­ бота отрыва капли от твердой поверхности), когда последняя опре­ деляется по величине краевого угла смачивания, измеряемого в статических условиях и при динамическом методе, когда работа адгезии определяется по величине силы удара, необходимого для быстрого стряхивания капли жидкости с твердой поверхности.

149

Некоторые результаты измерений Дерягина и Кротовой приве­ дены в табл. 34 и 35.

Результаты опытов свидетельствуют о возрастании работы ад­

быть объяснено и релаксацией. Известно, что в жидкостях модуль упругости на сдвиг практически равен нулю. Но в первое мгнове­ ние действия внешней силы жидкости ведут себя подобно твер­ дому телу, обнаруживая значительную жесткость. В последующие отрезки времени вследствие подвижности частиц жидкости воз­ никшие в ее определенной части напряжения быстро распределя­ ются по всему объему. Период убывания напряжения во времени называется периодом релаксации. Явления релаксации особенно заметны в структурированных системах, к которым с полным осно­ ванием могут быть отнесены и связанные с твердой поверхностью слои жидкости.

Само это исследование и выводы из него являются исключи­ тельно важными в деле познания природы явлений, протекающих при вытеснении нефти водой. Они указывают на то, что скорость вытеснения не будет линейно возрастать с увеличением, например,

150

работы, затрачиваемой на вытеснение нефти из пористой среды, так как нет линейной зависимости между скоростью отрыва ка­ пель нефти от твердой поверхности и затраченной работой.

При прилипании капли нефти в воде к твердой поверхности свободная поверхностная энергия системы убывает. Это уменьше­ ние свободной энергии AU^ при прилипании с различными крае­ выми углами смачивания Ѳ согласно [56] показано в табл. 36.

10 до 120° — почти в 94 раза.

Соответственно убыли свободной поверхностной энергии воз­ растают энергия, необходимая для последующего отрыва капли от твердой поверхности, и скорость ее приложения.

Рассматривая с этих позиций роль ПАВ в процессе вытеснения нефти из пористой среды водой, можно прийти к выводу, что они должны снижать до возможного минимума убыль поверхностной энергии при прилипании капель нефти к твердой поверхности.

Термодинамический анализ процесса прилипания показывает, что при коалесцентном прилипании убыль свободной энергии си­ стемы больше, чем в случае непосредственного прилипания. Отрыв с остаточной каплей возможен только при Ѳ>90°. Однако есть ос­ нование считать, что в условиях совместного движения нефти и воды в пористых средах, трубах, каналах и т. д., отрыв с остав­ лением остаточной капли может происходить и при значительно меньших углах смачивания.

2.МЕХАНИЗМ СДВИГА, ОТРЫВА И ДВИЖЕНИЯ КАПЕЛЬ

ВПОРОВОМ КАНАЛЕ

Сдвиг и последующий отрыв капель на практике наиболее ча­ сто происходит при заводнении пластов.

При проведении исследований этих процессов величина необ­ ходимого для сдвига капли перепада давления фиксировалась в капилляре радиусом /'= 600 мк в момент сдвига капли, наблюдае­ мого под микроскопом. Результаты опытов по сдвигу одинаковых по размеру капель, не имеющих под собой водной прослойки (пе­

151

репад давления, необходимый для сдвига капли, в мм вод ст.), приведены ниже.

имеющей под собой водную подкладку, протекает следующим об­ разом: капля спереди отжимает водную прослойку, а сзади отры­ вается от нее. Наблюдается непрерывный отток жидкости в калле

внаправлении, противоположном ее движению (рис. 80).

3.ВСПЛЫВАНИЕ КАПЕЛЬ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЖИДКОСТИ

ВКАПИЛЛЯРЕ

Висследованиях использовали стеклянные капилляры радиу­ сами .380—1000 мк. Капли керосина различных размеров вводили

вгоризонтально расположенный капилляр, заполненный 20%-ным раствором NaCl в дистиллированной воде при помощи медицин­ ского шприца с микрометрическим винтом. Положение капли в капилляре фиксировалось при помощи кранов, установленных на его концах. При проведении экспериментов измеряли электрическое сопротивление Rx при равновесной толщине прослойки электро­

лита и вычисляли ее толщину (hi) по формуле:

2яга- Rx — R0

где X— удельная электропроводность электролита; R0— сопротив­ ление электролита без капли; г — радиус капилляра; 11— длина капли, определяемая с помощью микроскопа МИР-12.

Затем капилляр быстро переводили в вертикальное положение. Во всех случаях всплывания капель не наблюдалось, но электри­ ческое сопротивление Rx' оказывалось больше, чем в случае гори­ зонтального положения капилляра.

152