ФИЗИКА НЕФТЯНОГО И ГАЗОВОГО ПЛАСТА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

рассматриваемого газа больше или меньше массы сухого воздуха, заключенного в один и тот же объём при стандартных условияху. (20 0С; 0,1

МПа.)

г в

Чем больше молекулярная масса газа, тем больше его плотность. Значение относительных плотностей для некоторях газов.

Плотность газов измеряют специальными газовыми пикнометрами или эффузивным способом, основанным на измерении скорости истечения газов из калиброванных отверстий , при этом отмечается следующее равенство

Плотность газов зависит от t-ры и давления. С увеличением t-ры

плотность газов уменьшится, с ростом Р и молекулярной массы плотность увеличивается.

Сведения о плотности газов использ. для опред-ия массы газа по объему и

наоборот.

Вязкость УВ газов

- характеризует силу внутреннего трения. Различают динамическую и

кинематическую вязкость, кот. связаны м/у собой следующим отношением:

(1)

- [м2/с]-кинематическая вязкость

-[Па*с]- динамическая вязкость

Вязкость газа зависит от t, P и природы самого газа.

Закономерности изменения в. газов от указанных параметров можно объяснить исходя из некот. положений кинетич. теории газов. Так известно, что вязкость

V (2)

3

-плотность газа

V - ср. скорость движения молекул газаср. длина свободного пробела молекул-динамич. вязкость

50

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Согласно ф-ле (2) с повышением Р плотность газа увеличивается, но при

этом уменьшается средняя длина свободного пробега молекул, а средняя их скорость не изменяется , поэтому с увеличением Р динамич. вязкость газа в начале практически остается постоянной.

рис. 1

При высоких давлениях это нарушается, т.к. газ по своим св-ам приближается к жидкостям. Из формулы (2) видно, что с увеличением t-ры вязкость газа должна возрастать, т.к. ср. скорость движения молекул увелич-

ся, а плотность и ср.длина пробега остаются постоянными, при неизменном объеме газа . С повышением t-ры увеличивается скорость и количество

движения передаваемого из слоя в слой в ед. времени и следует, что больше будет вязкость.

рис. 2

Однако с повышением Р эти закономерности нарушается. При высоких Р с увеличением t вязкость газов изменяется аналогично изменению вязкости ж-ти, т.е. вязкость снижается.

В сжатом газе перелет молекул в движущиеся др. относительно др. слои затруднен и передача кол-ва движения из слоя в слой происходит в основном как у ж-тей, за счет временного объединения молекул на границе слоев. При увеличении t ухудшаются усл-ия для объед-я молекул. В

51

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

следствии увеличения скоростей их движ-и и поэтому вязкость сильно сжатых газов уменьшается с ростом t-ры. (см. рис.2; лин.2 )

С увеличением молекулярной массы газа вязкость его возрастает. Для определения вязкости газов используются следующие методы:

1.капиллярный

2.м-д измерения ск-ти падения шарика в исследован.газе.

3.м-ды, основан. на измерении ск-ти вращения цил-ров и затухания вращ-ых

колебаний дисков

4.рассчетные м-ды

Молекулярно-поверхностные явления на границе раздела фаз

Поверхностные натяжения на границе раздела фаз

Нефтяные и газовые пласты представл. огромное скопление капиллярных каналов и трещин с громадной удельной поверхностью. В следствии этого поверхностные натяжения в залежах играют огромную роль в процессах взаимного вытеснения нефти, воды и газа. В частности нефтеотдача пластов, фазовые прониц-ти во многом обусловлены поверхностными явлениями на границе ж--п , ж-ж, ж-г.

Ркап= 2 cos ф-ла Лапласа

R

- коэ-нт поверхн0го натяжения, мн/м- угол смачивания, град-1

R- рад.порового канала, м

52

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Слой, толщина кот. равна радиусу действия сил межмолекулярного взаимодействия наз. поверхностью, т.к.в этом слое сущ-ет молекулярное

давление, то перемещения молекул из жидкости, для образования новой поверхности требует затраты определенной работы, переходящей в энергию поверхностного слоя- поверхностную энергию. Работа, отнесенная к единице

площади вновь образованной поверхности наз. удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением либо коэффициентом поверхностного натяжения.

= R/S

R – работа, Дж

S – площадь, м2

- коэф. поверхн. натяжения,Дж/ м2

С др. стороны поверхностное натяжение – это сила на единицу длины, необходимая для образ-я новой поверхности и в этом случае

= F / l

Н/м

F – Н (сила)

l – м (длина периметра)

В нефтяном пласте поверхностные явления м.б. на следующих границах раздела: нефть-вода, нефть- газ, вода-газ, нефть порода, вода- порода, газ-порода.

Лекция №15

-экспериментально можно определить между жидкостями и на границе жидкость-газ. Примеры поверхностных натяжений некоторых

веществ.

53

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Влияние температуры, давления и состава контактирующих фаз на поверхностное натяжение.

Величина σ чистой жидкости на границе с паром в дали от ее критической точки зависит от температуры. Рост температуры вызывает уменьшение коэффициента поверхностного натяжения из-за уменьшения

межмолекулярных сил.

t t

t и соответственно поверхностные натяжения при t0C и 00С, [мн/м]температурный коэффициент поверхностного натяжения

t-текущая t-ра системы.

С увеличением давления поверхностное натяжение жидкости на границе с газом уменьшается, так как с увеличивается давления возрастает взаимная растворимость газа в жидкости и происходит уменьшение свободной поверхностной энергии.

Для нефти эта зависимость гораздо сложнее и количественно изменение зависит от состава нефти, количества и состава растворенного в нефти газа, природы полярных компонентов нефти и газа и т.д. Чем больше растворимость газов в нефти, тем интенсивнее уменьшение с возрастанием

давления. Графически это выглядит следующим образом:

Нефт. Небит-Дагского месторождения

рис. 1

1-на границе с CH4 при темп-ре 200

2-на границе с этан - пропановой смесью при темп-ре 200 3-на границе с СН2 при темп-ре 600

54

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Поверхностное натяжение дегазационной малополярной нефти на границе с водой в пределах давлений, встречается в промысловой практике мало зависят от давлений (рис.2)

рис 2

Объясняется относительно небольшим примерно одинаковым изменением межмолекулярных сил каждой из жидкостей с увеличением давления, так что соотношение их остается постоянным и не приводит к существенным изменениям коэффициента поверхностного натяжения. Межфазное натяжение в системе нефть-вода так же как и на границе с азотом

уменьшается при росте температуры и эта зависимость носит следующий характер.

С увеличением температуры понижается поверхностное натяжение

Зависимость от состава нефтей

Макасин занимался этими вопросами. Их вывод: не зависит от

количества содержания в нефти асфальтенов. Но когда изучили состав асфальтенов , то выявили эту зависимость (металлпорфириновые комплексы).

Изучение влияния состава нефти, в частности влияние асфальтенов на

позволило получить следующие выводы.

1.большой и четко выраженной зависимости на границе нефть-вода

не наблюдается (от содержания асфальтенов)

2.зависит от определенной группы соединений, входящей в состав асфальтенов, а именно от количества металлпорфириновых комплексов.

55

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Приведем изотермы на границе нефти в растворе реагентов наиболее

часто используемых в промыслах.

Изменение на границе нефти – раств-ор. щелочи от концентрации

щелочи в водном растворе.

а) уменьшается с ростом концентрации щелочи.

б) на границе нефть - активные и нейтрализованные растворы кислот

(НСL,H2SO4,HF)

в) на границе с растворами ПАВ

56

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Методы определения коэффициента поверхностного натяжения

1. Метод отрыва кольца или пластинки из жидкости.

При этом сила, необходимая для отрыва кольца или пластинки пропорциональна межфазному натяжению на границе жидкость-газ.

F = k*

F-сила, [H] н/м

к - постоянная прибора

2. Метод измерения высоты подъема жидкости в капилляре (за

счет капиллярного давления).

Ркап = gh

Pкап = 2 cos r (по ф-ле Лапласа)угол смачивания; r-радиус капилляра.

h gr / 2cos

3 . Метод счета капель

Отрыв капли произойдет когда вес капли станет равным силе поверхностного натяжения , удерживающей её. Перед отрывом капли образуется шейка, радиус kf несколько меньше радиуса капиляра.

Вдоль окружности этой шейки и действующая сила поверхностного натяжения.

P = r

57

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р- вес капли, [Н]; -[H/м]; r-радиус шейки[м]

4. Определение с помощью сталогмометра. УФНИИ

V( b

к- постоянная приборакоэф. поверхн. натяжения

V-объем, вышедший из кап-ра капли

b, плотности воды и нефти соотв-но

Смачиваемость твердой поверхности и методы её определения

При разработке нефтяных месторождений наблюдаются случаи значительного проявления капиллярных сил. Например, случай самопроизвольного впитывания в пластовые воды, либо вытеснение из пласта нефти.

Действие капиллярных сил обусловлены в частности, поверхностным натяжением и наличием угла смачиваемости.

Смачивание - это поверхностное явление, заключающееся во

взаимодействии жидкости с твердым или др.жидким телом при наличии одновременного контакта 3-х несмешивающихся фаз.(п-да-нефть-вода; п-да- нефть-газ; п-да-вода-газ).

Лекция №16

58

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Степень смачиваемости породы той или иной жидкостью определяется краевым углом смачивания . Различают три положения на твердой

поверхности капель нефти в водной среде и капель воды в нефтяной среде.

Поверхность гидрофильная

0 , вода лучше смачив. поверхность породы, нежели нефть.

Поверхность, одинаковосмачивающаяся нефтью и водой.

Идеальный случай (такого почти не бывает).

Является п-дой с промежуточной смачиваемостью

Поверхность гидрофобная, когда вода не смачивает твердую

поверхность

59