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.

Р_кап= ф-ла Лапласа



- коэ-нт поверхн0го натяжения, мн/м

- угол смачивания, град^-1

R- рад.порового канала, м

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.

	,мн/м
Вещество	На границе с воздухом	На границе с водой
1. Вода 2. Нефть Ухтинского месторождения 3. Нефть Туймазинского месторождения 4. Нефть Орланского месторождения 5. Ртуть	72,75 31,1 2,2 28,4 465	33,3 30,2 31,4 375

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  _ gt

_t и _соответственно поверхностные натяжения при t⁰C и 0⁰С, [мн/м]

g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

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