Прилипание и отрыв капель нефти от твердой поверхности

Поверхностные явления при фильтрации жидкостей

На закономерности фильтрации жидкостей и газов в пористой среде влияют не только границы раздела между нефтью, газом и водой, но и поверхностные явления, происходящие на границах твёрдого тела и жидкости. Понижение скорости фильтрации может быть вызвано химической фиксацией адсорбционных слоёв поверхностно-активных компонентов нефти, например кислотного типа, на активных местах поверхности минеральных зёрен.

В подобных случаях может наблюдаться непрерывное замедление фильтрации со временем до полной закупорки поровых каналов вследствие возрастания толщины коллоидных плёнок. Установлено, что эффект затухания фильтрации нефтей исчезает с увеличением перепадов давления и повышением температуры до 60 – б5 °С.

С повышением депрессии до некоторого предела происходит срыв (размыв) образованных ранее адсорбционно-сольватных слоёв. Это одна из причин нарушения закона Дарси (нелинейный характер зависимости расхода от депрессии) при изменении режима фильтрации углеводородных жидкостей в пористой среде.

Дебиты скважин вследствие образования в пласте смоло-парафиновых отложений в ряде случаев уменьшаются, и для борьбы с этим призабойную зону прогревают или обрабатывают её какими-либо средствами.

Другой причиной нарушения закона Дарси могут быть аномальные свойства жидкостей, связанные с отклонением от закона трения Ньютона.

Предполагается, что основные молекулярные связи, прикрепляющие каплю нефти к твердой поверхности, сосредоточены на трехфазном периметре смачивания, в зоне которого имеется повышенная концентрация поверхностно-активных веществ. Прилипание капли к твердому телу начинается с образования вначале небольшого участка контакта, который затем под действием молекулярных сил увеличивается до тех пор, пока краевой угол смачивания но достигнет равновесного значения.

Капли нефти, обладающие высокой дисперсностью, по-видимому, прилипают реже, так как сила их соударения с твердой поверхностью меньше, чем у крупных капель. Возможность прилипания капель нефти к твердой поверхности в водной среде сокращается с уменьшением величины угла смачивания и поверхностного натяжения нефти на границе с водой. Последнее связано с ослаблением капиллярного давления, оказываемого каплей на пленку воды, отток которой из-под капли воды при этом затрудняется.

Для улучшения условий вытеснения нефти водой из пласта весьма важно изучить процесс отрыва прилипших капель в свободное состояние.

В зависимости от вытесняемой нефти возможны различные схемы этого процесса. На рис. 7.3 приведены последовательные положения капли нефти, вытесняемой из капилляра.

Рис. 7.3 Схема отрыва капли нефти в капилляре

По наблюдениям Г. А. Бабаляна пленка нефти на поверхности минералов имеет часто клочьеобразное строение. Вода при фильтрации отрывает наиболее удаленные «клочья» нефти, которые в последующем приобретают шарообразную форму (рис. 7.4). Для полного отрыва всей капли необходимо, чтобы периметр смачивания под воздействием потока сократился до нуля. Передвижению периметра смачивания капли нефти под действием воды препятствуют полярные примеси нефти, способствующие закреплению и увеличению его жесткости. Таким образом, явления гистерезиса смачивания способствуют образованию остаточных капель нефти на поверхности поровых каналов.

Рис. 7.4 Схема отрыва капли нефти с поверхности минерала

Для установления зависимости прочности закрепления капли нефти на твердой поверхности от различных факторов может быть использовано уравнение

(7.10)

где р – сила, удерживающая каплю нефти на поверхности; r – радиус площади прилипания капли; Θ – краевой угол смачивания: σ_1,2— поверхностное натяжение между водой и нефтью; R — радиус вершины капли.

Из уравнения (7.10) следует, что с увеличением радиуса площади прилипания r, поверхностного натяжения σ_1,2 и угла смачивания θ прочность закрепления капли возрастает. Чем больше угол θ, тем более мелкие капли могут удерживаться на твердой поверхности. С ростом величины капли возрастают возможности отрыва с оставлением остаточной капли. Этому способствует также шероховатость поверхности.

Дата добавления: 2014-01-20