Фотоколориметрия нефти

Физические свойства нефти и ее состав в пределах одного и того же пласта не остаются постоянными. Одним из методов исследования изменения свойств нефти по залежи является фотоколориметрия, которая основана на определении степени поглощения исследуемым раствором (интенсивности окраски его) с использованием фотоэлементов и гальванометра.

Колориметрические свойства нефти зависят от содержания асфальто-смолистых веществ. Вместе с изменением содержания последних в нефти изменяются ее вязкость, плотность и другие свойства. Поэтому по изменению колориметрических свойств нефти можно судить и об изменении других ее параметров.

Если световой поток падает на кюветку с раствором, то часть потока поглощается жидкостью, а другая проходит через кюветку. П. Бугером и И. Лам­бертом установлен закон, со­гласно которому слои веще­ства одинаковой толщины при прочих равных условиях всегда поглощают одну и ту же часть падающего из них светового потока. Это озна­чает, что при прохождении светового потока, например, с начальной интенсивностью в 100 единиц последовательно через несколько слоев рас­твора одинаковой толщины с потерей каждый раз поло­вины интенсивности из пер­вого слоя выйдет поток интен­сивностью 50 единиц, из второго— 25 единиц и т. д. Следовательно, графическая зависи­мость между интенсивностью светового потока, прошедшего через слои различной толщины, и размерами этих слоев имеет вид, представленный на рис. III.37.

Уравнение этой линии будет I_t=I₀e^-Kl, (III. 112)

где I_t — интенсивность светового потока после прохождения че­рез раствор; I_о — интенсивность падающего светового потока; l — толщина слоя; К — коэффициент поглощения.

Рис. 111.37. Зависимость интенсив­ности прошедшего через раствор светового потока от толщины погло­щающего слоя

Из (III.112) следует, что отношение интенсивности свето­вого потока, прошедшего через слой раствора, не зависит от абсолютной интенсивности падающего светового потока.

По закону Бера коэффициент К пропорционален концентра­ции поглощающего вещества К=К_спС, (III.113)

где К_сп - коэффициент светопоглощения; С - концентрация ве­щества.

С учетом формул (III.112) и (III.113) уравнение основного закона колориметрии — закона Бугера — Ламберта — Бера за­пишется в виде I_t=I_О . (III.114)

Отношение интенсивности I_t прошедшего светового потока к интенсивности I₀ падающего потока характеризует прозрач­ность τ или светопропускание среды.

(III.115)

Величина τ, отнесенная к толщине слоя в 1 см, называется коэффициентом светопропускания.

Логарифмы величины, обратной светопропусканию, называ­ются оптической плотностью D: D = lgL/τ = lgI₀/I_t (III.116)

или D = 0,4343lnI₀/I_t (III. 117)

Из (III.114) и (III.117) Получим , (III.118)

т. е. размерность коэффициента светопоглощения K_сп=см^-1

Единицу светопоглощения можно определить из соотноше­ния (III. 118)

.

При С=1 и l =1 см 1(К_сп) = lnI₀/I_t или I₀/I_t=е.

Следовательно, за единицу K_сп принимается коэффициент светопоглощения такого вещества, при пропускании света через слой в 1 см которого интенсивность светового потока уменьша­ется в 2,718 раза.

Коэффициент светопоглощения является параметром, не зависящим от толщины слоя раствора. Он представляет собой постоянную величину, которая зависит от длины волны падающего света, природы растворённого вещества и температуры раствора. К_сп нефтей быстро уменьшается с увеличением длины волны света.

Коэффициент светопоглощения определяется при помощи фотоколориметра. На рис. 111.38 приведена схема светоколориметра ФЭК, принцип действия которого основан на уравни­вании двух световых пучков при помощи переменной щелевой диафрагмы. Поток света от лампы Л, пройдя светофильтры С₁ и С₂, кюветки A₁ и А₂, попадает (отразившись от зеркал З₁ и З₂) на фотоэлементы Ф₁ и Ф₂, включенные по дифференциальной схеме, «компенсирующей ток». При равенстве освещенностей обоих фотоэлементов токи от них в цепи гальвано­метра компенсируются и стрелка стоит на нуле. Для усиления или ослабления ос­вещенности, фотоэлемента Ф₂ используется щелевая диа­фрагма Д, ширина которой меняется во время вращения связанного с ней барабана, а для изменения освещенно­сти фотоэлемента Ф₁ приме­няется фотометрический ней­тральный клин К. С диафраг­мой соединены два отсчетных барабана, имеющих по две шкалы — коэффициента свето­пропускания τ и оптической плотности D. При опытах из­меряется оптиче ская плотность чистого растворителя и исследуемого раствора нефти в бензоле, толуоле, четыреххлористом углероде или керосине. Практически для определения оптической плотности раствора измеряется интенсивность I_о светового потока, прошедшего че­рез кюветку длиной l с чистым растворителем, и интенсивность I_t потока, прошедшего через кюветку той же длины l с раство­ром нефти. Уравнивание фототоков осуществляется по показа­нию гальванометра Г изменением ширины щели диафрагмы, со­единенной с отсчетными барабанами, градуированными в еди­ницах оптической плотности и процентах светопропускания.

Рис. 111.38. Схема фотоколориметра ФЭК

Концентрацию нефти в растворителе выбирают равной 0,5— 1,5% с учетом толщины кюветки l таким образом, чтобы обес­печивались наименьшие погрешности при определении оптиче­ской плотности на фотоколориметре D= 0,3—0,7).

Как уже упоминалось, коэффициент светопоглощения зави­сит от содержания асфальтенов и смолистых веществ в нефти. В свою очередь от концентрации последних зависят плотность, вязкость и другие свойства нефти. Это означает, что по коэф­фициенту светопоглощения нефтей различных скважин можно судить о степени неоднородности свойств нефти в залежи.

По изменениям K_сп со временем удается получить данные о процессах, происходящих в пласте при его разработке. На­пример, систематические результаты измерения K_сп можно ис­пользовать для решения геолого-промысловых задач: определе­ния направления и скорости перемещения нефти в залежи; оценки дебита отдельных пластов в скважинах, вскрывших одним фильтром несколько пластов, определение пласта, в ко­тором образовалась трещина при гидроразрыве; контроль за эф­фективностью дострела новых пластов; проверка результатов ремонтных (изоляционных работ); выявление изменений в ра­боте отдельных пластов при изменении режима работы сква­жин и т. д. Методика этих исследований подробно описана в специальной литературе.

Фотоколориметрические исследования быстро развиваются и совершенствуются.

Предложен способ измерения K_сп неразбавленных пластовых нефтей. Для этой цели используется инфракрасная область спектра, так как известно, что чем больше длина волны, тем меньше оптическая плотность D.

Глава IV ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ

Дата добавления: 2014-11-07