Адсорбция и десорбция

На процесс смачивания существенное влияние оказывает явление адсорбции  – концентрирование молекул вещества вблизи поверхности твердого тела или вблизи поверхности раздела фаз с образованием адсорбционных слоев. Например: адсорбция тяжелых компонентов нефти на поверхности пор. Толщина возникающих при этом слоев составляет несколько долей или единиц микрометров, они могут иметь различные механические свойства (аномально вязкие, структурированные и др.)

Взаимодействие адсорбированных молекул с поверхностью может происходить под действием сил различной природы: сил молекулярного взаимодействия, электростатического притяжения, образования химических связей (хемосорбция).

Появление адсорбционных слоев в породах-коллекторах с низкой проницаемостью приводит к изменению фильтрационных характеристик, так как при образовании таких слоев происходит сужение проходного сечения поровых каналов. Для приведения в движение этих слоев необходимо приложить дополнительный перепад давления.

Процесс адсорбции зависит не только от физико-химических свойств газа, жидкости и породы, но и от давления и температуры. При повышении температуры адсорбция снижается, а при увеличении давлении обычно возрастает. Разрушение адсорбционных слоев происходит в результате механического воздействия (например, колебания).

Вещество, способное поглощать (адсорбировать) на своей поверхности другое вещество, называется адсорбентом, а вещество, которое поглощается  – адсорбтивом. В случае, когда молекулы поглощенного газа диффиндируют вглубь поглотителя и распределяются по всему объему, процесс называют абсорбцией. Адсорбция и абсорбция объединяют понятием сорбции, адсорбция поверхностная сорбция, абсорбция  – объемная сорбция. Для нефтепромысловой практики характерны все сорбционные процессы, но большее значение имеет адсорбция. Так при промывке и цементировании скважин твердая фаза буровых растворов и тампонирующих растворов является хорошим адсорбентом, адсорбтивами выступают реагенты, вводимые в состав буровых и тампонирующих растворов для регулирования их технологических свойств.

Для адсорбции характерно:

• термодинамическая обратимость, т.е. динамическое равновесие противоположных процессов (адсорбция↔десорбция ^[1]);

• экзотермичность процесса в следствии самопроизвольного взаимодействия между частицами адсорбента и адсорбтива;

• малая энергия активация, а значит большая скорость протекания адсорбции.

Количественно величина адсорбции Г определяется избытком адсорбтива в поверхностном слое по сравнению с его количеством в объеме фазы, отнесенным к единице площади поверхностности адсорбента:

При выводе закона смачивания поверхность твердого тела считается идеально гладкой. На самом деле реальные поверхности имеют достаточно сложный микрорельеф с выступами и впадинами различной формы и размера. Шероховатость влияет на кравевые углы по двум причинам. Одна из них - термодинамическая. Неровности увеличивают реальную поверхность по сравнению с идеально гладкой. Отношение этих площадей называется коэффициентом шероховатости К (К>1). Вторая причина - кинетическая.

44 Методы определения зависимости капиллярного давления от насыщенности.

Измерение капиллярного давления в кернах в лабораторных условиях проводится методами:

• 1) полупроницаемой мембраны (дренирование и вытеснение),

• 2) центробежным (применение специальной центрифуги со стробоскопом),

• 3) нагнетанием ртути (под вакуумом),

• 4) динамическим (по замеру разности давления двух фаз при установившемся течении);

• 5) выпаривания.

По данным исследованиям для соотношения капиллярное давление-насыщенность установлены зависимости от: 1) размера пор и их распределения; 2) свойств насыщающих фаз и природы поверхности твердого тела, участвующих в процессе; 3) порядка насыщения. Данные факторы следует учитывать при использовании данных о капиллярном давлении в промысловых расчетах.

45 Эффект Жамена. Силы, действующие в залежи.

Жамена, эффект - Сопротивление давлению, которое возникает в капиллярных трубках, наполненных жидкостью и газом, вследствие того, что пузырьки газа перемежаются с жидкостью. Эффект жамена зависит от количества пузырьков газа и степени закупорки пор. Имеет существенное значение для перемещения нефти в песке.

Запасы пластовой энергии расходуются на преодоление сил вязкого трения при перемещении жидкостей и газов сквозь породу к забоям скважин, на преодоление капиллярных и адгезионных сил.

Капиллярно-поверхностные силы особенно существенны в пористых средах с большой удельной поверхностью, способствуют, а чаще тормозят фильтрацию пластовой жидкости и поэтому в совокупности с перечисленными факторами определяют интенсивность притока жидкости к забоям скважин.

Сопротивления во время движения жидкости в пористой среде пропорциональны скорости потока и вязкости жидкостей. Эти сопротивления аналогичны сопротивлению трения при движении жидкости в трубах. Но в отличие от движения жидкости в трубах характер ее течения в микронеоднородной пористой среде имеет свои особенности. По результатам наблюдений за движением воды и нефти в пористой среде установлено, что в области водонефтяного контакта вместо раздельного фронтового движения фаз перемещается смесь воды и нефти. Жидкости в капиллярных каналах разбиваются на столбики и шарики, которые на время закупоривают поры пласта вследствие проявления капиллярных сил. Подобное образование смеси наблюдалось и в единичных капиллярах 

46 Источники пластовой энергии. Режимы нефтяных и газовых залежей.