Поверхностные явления в нефтяных пластах

На характер залегания нефти, газа и воды в порах пласта влияют поверхностные явления, вызываемые межмолекулярными силами: поверхностное натяжение и избирательное смачивание на гра­нице двух различных веществ. Эти явления обуславливают действие капиллярных сил, оказывающих большое влияние на перемеще­ние жидкости по порам.

Поверхностное натяжение.

Поверхностное натяжение связано с наличием, поверхности раздела. Межмолекулярные силы создают поверхностную пленку толщиной равной радиусу сферы действия частиц. Эта пленка подобна натянутой перепонке или оболочке из резины. Если она равномерно натянута, то на единицу длины в любом направлении нужно приложить равномерно распределенное, растягивающее, касательное к поверхности усилие, чтобы удержать ее в натянутом положении. Усилие натяжения поверх­ностной пленки, приходящееся на единицу длины, называется поверх­ностным натяжением. Размерность поверхностного натяжения согласно его определению выразится как отношение растягивающего усилия к длине

Под влиянием поверхностного натяжения и давления частицы жидкости стремятся принять наименьший объем — форму шара. Этому мешают в обычных условиях силы притяжения между частицами жидкости и твердого тела, но при устранении притяжения между частицами жидко­сти и твердого тела жидкость стремится принять шарообразную форму. Так, небольшое количество ртути на поверхности стекла принимает лепешкообразную форму, а очень маленькие капли принимают форму шара (рис.9.1). Капли воды на поверхности стекла, покрытой предвари­тельно порошком ликоподия, принимают форму шариков, в то время как те же капли растекаются по всей поверхности чистого стекла.

Рис. 9.1. Форма капли жидкости на поверхности твердого тела

в зависимости от величины капли

Наглядным доказательством того, что частица жидкости, находящаяся под влиянием только сил поверхностного натяжения, при­нимает форму шара, может служить следующий опыт. Помещаем каплю масла в смесь воды и алкоголя с такой же плотностью, что и масло. В таких условиях капля масла оказывалась только под действием сил поверхностного натяжения и принимает форму шара.

Поверхностное натяжение нефти зависит от факторов:

1. От количества имеющихся в ней поверхностно-активных примесей: молистых веществ, нафтеновых кислот. Нефть, содержащая наименьшее количество указанных веществ, имеет наибольшую величину поверхностного натяжения на границе с водой.

2. От характера другой жидкости, с которой нефть соприкасается. Например, при соприкосновении с водой в большинстве случаев поверхностное натяжение нефти меньше, чем при соприкосновении с воздухом. Чем выше плотность нефти, тем больше ее поверхностное натяжение на границе с воздухом и тем меньше на границе водой.

3. Поверхностное натяжение увеличивается с увеличением давления, и резко уменьшается с повышением температуры.

Величина поверхностного натяжения вод на границе с нефтью зависит от солевого состава вод и состава нефти, а также от наличия в водах и нефтях поверхностно-активных веществ кислот и смол.

Избирательное смачивание

При соприкосновении воды с твердым телом могут возникнуть два противоположных явления. В первом случае вода хорошо смачивает твердое тело, в таком случае поверхность соприкосновения называют гидрофильной, а во втором случае, наоборот, вода не смачивает твердое тело, поверхность называют гидрофобной.

О величине смачивания можно судить по поведению капли жидкости, нанесенной на поверхность твердого тела. За меру смачивания принимают так называемый краевой угол смачивания (рис.9.2).

При наличии двух жидкостей угол смачивания θ измеряется в сто­рону жидкой фазы, имеющей большую плотность. При этом

где σ_т.н — поверхностное натяжение на границе раздела твердое тело -нефть; σ_т.в — на границе раздела твердое тело-вода; σ_в.н — на границе раздела вода- нефть.

Рис. 9.2. Различные случаи смачивания

Большинство коллекторов нефти — это породы, которые лучше сма­чиваются водой.

Исходя из общих соображений, можно предполагать, что при углах наступления меньше 90° вода должна вытеснять нефть, при углах насту­пления больше 90°, наоборот, нефть вытесняет воду. Однако в сложных условиях, которые имеются в нефтяных пластах при их эксплуатации, практическое значение указанного обстоятельства, по-видимому, очень невелико.

Дата добавления: 2015-08-18