Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 [ 66 ] 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

§ 2, ЗАВИСИМОСТЬ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ПЛАСТОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ ОТ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ

По поверхностному натяжению пластовых жидкостей на различных поверхностях раздела можно судить о свойствах соприкасающихся фаз, о закономерностях взаимодействия жидких и твердых тел, о процессах адсорбции, о количественном и качественном составе полярных компонентов в жидкости, об интенсивности проявления капиллярных сил и т. д. Влияние температуры и давления на поверхностное натяжение жидкостей можно установить исходя нз молекулярного механизма возникно-

вения свободной поверхностной энергии и энергетической сущности поверхностного натяжения.

5 to 15 20 25 Давление р.мпа

Рис. VI.1. Зависимость поверхностного натяжения небитдагской нефти от давления.

1 - на границе с метаном (при <= 20° С);

2 - на границе с метаном (при < = 60° С);

3 - на границе с этан-пропановой смесью.

5 10 15 20 25 р. МПа

Рис. VI.2. Поверхностное натяжение туймазинской нефти на границе с водой при различных давлениях и t = 20° С.

С повышением температуры уменьшается поверхностное натяжение чистой жидкости на границе с паром, что связано с ослаблением межмолекулярных сил с ростом температуры. Эта зависимость определяется следующей формулой:

(VI.l)

где Of и а о - поверхностные натяжения системы (мН/м) при температурах t и 0°; у - температурный коэффициент поверхностного натяжения, сохраняющий свойства константы при температурах вдали от критической точки, в град; t - температура в °С. В табл. VI. 1 приведены температурные коэффициенты некоторых жидкостей.

С увеличением давления поверхностное натяжение жидкости на границе с газом понижается. Это связано с уменьшением свободной поверхностной энергии вследствие сжатия газа и его растворения в жидкости. В табл. VI.2 приведены результаты измерений поверхностного натяжения воды при различных температурах и давлениях.

Таблица VI.1 Температурные коэффициенты некоторых жидкостей

Еще более сложная зависимость поверхностного натяжения нефти от давления на границе с газом. Хотя ее общий характер остается таким же, как и для воды, количественные изменения а на границе с газом для нефти с увеличением давления зависят от многих дополнительных факторов - химического состава нефти, количества растворенного газа и его состава, природы полярных компонентов и их количества и т. д. На рис. VI. 1 приводятся результаты измерений поверхностного натяжения нефтей на границе с газом при различных давлениях, полученные М. М. Кусаковым, Н. М. Лубман и А. Ю. Кошевник. Оказалось, что чем выше растворимость газа, тем интенсивнее уменьшается поверхностное натяжение нефти с повышением давления.

Таб л ица VI.2

Поверхностное натяжение воды на границе с газом при различных температурах и давлениях

Поверхностное натяжение дегазированной малополярной нефти на границе с водой в пределах давлений, встречающихся в промысловой практике, мало зависит от давления и температуры (рис. VI.2). Это объясняется относительно небольшим и примерно одинаковым изменением межмолекулярных сил каждой из жидкостей с увеличением давления и температуры, так что соотношение их остается постоянным.

При наличии в нефти воднорастворимых полярных компонентов поверхностное натяжение ее на границе с водой может увеличи-

ваться с ростом давления и температуры вследствие растворения этих компонентов в воде.

Сложный характер имеет зависимость поверхностного натяжения нефти на границе с водой от давления и температуры в условиях насыщения нефти газом (рис. VI.3). Это обусловлено изменением концентрации полярных компонентов в поверхностном слое нефти при растворении в ней газа.

В связи со значительно большей растворимостью газа в нефти поверхностное натяжение нефти на границе с газом с увеличением

о 5 т 15 20 25 30 Давление р,МПа Рис. VI .3. Зависимость поверхностного натяжения небитдагской нефти на границе с водой от давления при температуре 20° С.

1 - при насыщении обеих фаз метаном;

2 - при насыщении обеих фаз этан-про-

пановой смесью.

давления насыщения (прп постоянной температуре) будет уменьшаться интенсивнее, чем для воды. Это значит, что с ростом давления увеличивается и разница поверхиостных натяжений нефти и воды на границе с газом, а, следовательно, и межфазное натяжение между ними.

По результатам измерения поверхностного натяжения нефти на границе с водой в зависимости от давления насыщения нефти газом по ряду месторождений видим, что рост поверхностного натяжения при этом может составлять значительную величину (3-6 мН/м и более) при изменении давления в пределах от О до 26,5 МПа.

Повышение температуры сопровождается ухудшением растворимости газа и увеличением коэффициента сжимаемости нефти. Поэтому поверхностное натяжение ее на границе с водой с повышением температуры должно уменьшаться. Следовательно, рост давления и температуры действует в противоположных направлениях и в результате в отдельных случаях возможно, что изменения поверх-постного натяжения не будет.

Исходя из энергетической сущности поверхностного натяжения, используя правило Антонова и учитывая другие соображения, можно высказать соответствующие предноложения о зависимости поверхностного натяжения нефти на границе с водой от давления и температуры в области выше давления насыщения. Однако эти вопросы исследованы еще недостаточно, и поэтому пока можно строить лишь более или менее правдоподобные качественные предположения.

1 Согласно правилу Антонова межфазное натяжение двух жидкостей og (если известно поверхностное натяжение и Од их насыщенных растворов на границе с воздухом) определяется соотношением