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

зависит в случае линейного одноразмерного течения от безразмерного параметра

а = Цр, (VII.7)

где kj - воздухопроницаемость; I - длина пористой среды; Тд - предельное напряжение сдвига.

По экспериментальным данным Б. И. Султанова а = = (162-180) 10-*.

Опыт показывает, что в пористой среде структурные свойства проявляются не только у нефти, но и у воды . Предполагается, что это связано с образованием в воде квазикристаллической решетки коллоидных частиц, которые фиксируются у стенок пористой среды на сравнительно далеких расстояниях поверхностными силами и за счет дипольного момента.

Однако установлено, что сдвиговая прочность наблюдается также и у чистых жидкостей при течении их через стеклянные капилляры, когда структурные свойства не могут быть связаны с возникновением квазикристаллической решетки коллоидных частиц. Сдвиговая прочность чистых жидкостей, вероятно, связана с их способностью к образованию молекулярных пространственных структур за счет связей различной природы. Установлено, например, что вода, спирты, фенолы и другие вещества способны образовывать ассоциации, характеризующиеся цепочечным строением квазиполимерной молекулы за счет водородной связи с возникновением пространственных сеток.

Следует учитывать, что электрокинетические явления, происходящие в пористой среде при фильтрации воды, также могут быть причиной кажущегося роста их вязкости в порах пласта (электровязкость).

§ 3. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ

Эти явления связаны с на.чичием ионно-электростатических полей у границ поверхностей в растворах электролитов (двойной электрический слой). Распределение ионов в электролите у заряженной поверхности пористой среды имеет диффузный характер, т. е. проти-воионы не лежат в каком-то одном слое, за пределами которого электрическое поле отсутствует, а находятся у поверхности в виде «ионной атмосферы», возникающей вследствие теплового движения ионов и молекул жидкости. Концентрация ионов, наибольшая вблизи адсорбированного слоя, убывает с расстоянием от твердой поверхности до тех пор, пока не сравняется со средней их концентрацией в растворе.

Бондаренко Н. Ф., Нерпин СВ. Сдвиговая прочность жидкостей и ее учет при исследовании поверхностных явлений. Исследования в области поверхностных сил. Сб. докладов III конференции по поверхностным силам. М., изд-во «Наука», 1967.

Область между диффузной частью двойного слоя и поверхностью твердого тела называют плотной частью двойного электрического слоя (слой Гельмгольца). На рис. УП.З схематически показана распределение потенциала в двойном электрическом слое (при отсутствии специфической, т. е. неэлектростатической адсорбции). Толщина плотной части d двойного электрического слоя приблизительно равна радиусу ионов, составляющих слой. Толщина диффузной части л двойного слоя в очень разбавленных растворах составляет несколько тысяч ангстрем.

При относительном движении твердой и жидких фаз скольжение происходит не у самой твердой поверхности, а на некотором расстоянии, имеющем размеры, близкие к молекулярным. Интенсивность электрокинетических процессов характеризуется не всей величиной скачка и потенциала между твердой фазой и жидкостью, а скачком между частью жидкости, неразрывно связанной с твердой фазой и остальным раствором (электрокинетический потенциал или -потенциал).

Наличие двойного электрического слоя на границах разделов способствует

возникновению электрокинетических явлений (электроосмоса, электрофореза, потенциала протекания и др.). Все они имеют общий механизм возникновения, связанный с относительным движением твердой и жидкой фаз. При течении электролита в пористой среде возникает электрическое поле (потенциал протекания). Если же к пористой среде приложить электрическое поле, то под влиянием ионов приходит в движение раствор электролита в связи с тем, что нанравленнЕГй поток избыточных ионов диффузного слоя увлекает за собой массу жидкости в пористой среде под действием трения и молекулярного сцепления. Это явление носит название электроосмоса. С наложением электрического поля на взвесь дисперсных частиц возникает движение дисперсной фазы, получившее название электрофореза. При этом частицы раздробленной твердой или жидкой фазы переносятся к катоду или аноду в массе неподвижной дисперсной среды. По природе электрофорез является зеркальным отображением электроосмоса и поэтому эти явления описываются уравнениями, имеющими одинаковую структуру. Количественно зависимость скорости электроосмоса от параметров электрического

Расстояние

Рис. VII.3. Распределение потенциала в двойном электрическом слое.

Ф - потенциал между поверхностью твердого тела и электролитом (термодинамический потенциал); с - потенциал диффузной части двойного слоя (электрокинетический потенциал).

ПОЛЯ и свойств пористой среды и жидкостей описывается формулой Гельмгольца - Смол ухо вского:

где V - расход жидкости под действием электроосмоса;

S - суммарная площадь поперечного сечения капиллярных

каналов пористой среды; - падение потенциала в подвижной части двойного слоя

(-потенциал); D - диэлектрическая проницаемость; i. Е

л = --градиент потенциала;

Е - потенциал, приложенный к пористой среде длиной Ь\ р, - вязкость жидкости. Учитывая, что сопротивление жидкости

о 1 L

E = IR = -, h = 4- = -

где X - удельная электропроводность жидкости;

/ - сила тока, можно написать

v = --. (VII.9)

Формулу (VI 1.8) можно представить по форме, аналогичной закону Дарси:

FmlDEJE (VII.10)

Здесь т - пористость образца;

- электроосмотический коэффициент проницаемости; F - площадь образца. По закону Дарси расход жидкости

При совпадении направления фильтрации с результатом проявления электроосмоса суммарный расход жидкости

Ql,JVk,I-\-k (VII.11)

1 Поливанов К. М., Нетушин А. В., Бурдак Н. М., Кузьме н к о Л. В. Приложение электроосмотического воздействия в гидротехнических сооружениях. «Электричество», 1951, № 8.