Диссертация (1173035), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Для реализации данногометода в процедуру испытаний USBM добавляется ступени предварительногоспонтанного вытеснения (дренирования), вследствие которых кривые капиллярного давления сдвигаются друг относительно друга [151] (Рисунок 1.8).Показатель USBM является мерой работы, совершаемой при вытеснении, апоказатель Амотта-Харви основан на относительном изменении насыщенности,следовательно, эти две величины связаны между собой, но независимы, что даетмощный инструмент для исследования смачиваемости горных пород. Ограничением метода является необходимость использования образцов правильной цилиндрической формы.28Рисунок 1.8 – Кривые капиллярного давления при испытаниикомбинированным методом Амотт-USBM2 [по 135].1.2.4.
Методы адсорбции, изотермической сушки, микрокалориметрииИдея адсорбционного метода заключается в адсорбции паров воды поверхностью породы при фиксированном давлении насыщенного пара. Метод особенноудобен тем, что позволяет исследовать одновременно большое количество образцов при малых трудозатратах, используя большие эксикаторы с фаянсовыми подставками, на которые устанавливаются открытые бюксы с навесками породы.Образцы пород массой 20 ~ 22 г измельчаются до фракции 3 ~ 5 мм и делятсяна две равные части. Одна навеска отмывается методом горячей экстракции в аппаратах Сокслета, вторая – остается неэстрагированной. Навески контролируемовысушиваются до постоянной массы в заранее откалиброванных по массе бюксахНа рисунке используются следующие обозначения: – коэффициент остаточной (неснижаемой) водонасыщенности, – коэффициент остаточной нефтенасыщенности, ∆ , ∆ – изменения насыщенности при спонтанном вытеснении нефти водой и воды нефтью соответственно.229и помещаются в термостатированные при 25ºС эксикаторы с насыщенными растворами солей, поддерживающими определенное значение плотности насыщенного водяного пара (Таблица 1.4).
Контроль изменения массы образцов в процессеопыта достаточно производить 1-2 раза в неделю. Постепенное нарастание массыобразца, на котором происходит адсорбция воды, свидетельствует о нормальномтечении процесса. Пересчет массы адсорбированной воды в количество осуществляется из соотношения [32]:=(ад − с )∙ 103 ,18 ∙ с(1.8)где с – масса сухой навески породы; ад – масса навески с адсорбированнойводой при данном значении относительной влажности.1Таблица 1.4 – Соли для приготовления насыщенных растворов [32]Относительное давление насыХимическаяНазваниещенного водяного пара над расформулатвором при 25ºСнатрия гидроксидNaOH0,072лития хлоридLiCl0,113магния хлоридMgCl20,334калия карбонатК2СО30,435натрия бромидNaBr0,586стронция хлоридSrCl20,717калия бромидKBr0,818бария хлоридВаСl20,909калия бихроматК2Сr2O70,98№п/пДля пары образцов строится дифференциальная кривая адсорбции, перваяточка перегиба которой свидетельствует о заполнении условного монослоя молекул воды (Рисунок 1.9).
По данным [17] этот процесс завершается при плотностинасыщенного водяного пара равной 0.33, создаваемого насыщенным раствороммагния хлорида MgCl2.30Рисунок 1.9 – Изотермы адсорбции воды для: (1) – экстрагированногообразца, (2) – неэкстрагированного, (3) – дифференциальная криваяадсорбции [32]Характеристикой смачиваемости являются коэффициенты гидрофобизации(фб ) минеральной поверхности, принимающие значения от фб = 0 в случае гидрофильной поверхности до фб = 1 в случае гидрофобной и рассчитывающиесякак [32]:фб =э − нэ,э(1.9)где э и нэ – количества адсорбированной воды на экстрагированной и неэкстрагированной поверхности соответственно, ммоль/г.Также следует упомянуть метод изотермической сушки, являющийся противоположным адсорбционному.
Неэкстрагированные образцы породы насыщаются дистиллированной водой и помещаются в термостатированный при 25ºС эксикатор над насыщенным раствором MgCl2, образцы периодически взвешиваются, в результате чего строится кривая сушки гидрофобизированного образца.Далее образцы отмываются методом горячей экстракции в аппаратах Сокслета, ипроцедура повторяется для построения кривой сушки гидрофильного образца[1, 66] (Рисунок 1.10). При наличии информации о структуре пустотного пространства возможны наблюдения адсорбции на микроуровне [56, 64].31Рисунок 1.10 – Кривые изотермической сушки: неэкстрагированногообразца (I) и того же образца после экстракции (II) [66]Степень гидрофобизации определяется по формуле [1]:н =2 − 1,2(1.10)где 1 и 2 – количества воды, испарившейся до момента изменения скорости испарения из неэкстрагированного и экстрагированного образца соответственно.Существует разновидность адсорбционного метода, основанная на различиях в характере адсорбции метиленового голубого (C16H18ClN3S·H2O) на экстрагированной и неэкстрагированной поверхности: осаждение красителя на гидрофильной поверхности происходит с большей интенсивностью, чем на гидрофобной [90].Интересным является способ определения степени гидрофобизации по измеренному количеству незамерзшей воды в образце до и после гидрофобизации.Сущность метода заключается в том, что «плавление воды в порах начинается отповерхности твердой фазы, причем толщина полимолекулярной пленки воды, не-32замерзшей ниже 260 К, не зависит от состава и структуры гидрофильной поверхности твердого тела»3.
Неэкстрагированные образцы насыщаются дистиллированной водой, быстро (в течение 1 мин) охлаждаются в жидком азоте, нагреваются дорабочей температуры в интервале 220 ~ 260 К и термостатируются в течение 60мин. Далее любым методом (например, ЯМР) измеряется количество незамерзшейводы. После этого те же манипуляции производятся с экстрагированным образцом. Расчет степени гидрофобизации осуществляется как [3]:=нз2 − нз1,нз2(1.11)где нз1 и нз2 – количества незамерзшей воды для неэкстрагированного и экстрагированного образца соответственно.Сущность микрокалориметрического метода заключается в измерении теплоты смачивания, вызванной адгезионным взаимодействием на межфазной границе «твердое тело – жидкость» [89].
Расчет коэффициента гидрофобности предводполагается из соотношения теплоты смачивания поверхности водой смач инефнефтью смач :=водсмачнефсмач,(1.12)При > 1 – поверхность признается гидрофильной, при < 1 – гидрофобной.Метод микрокалориметрии часто применяется для изучения и сопоставления гидрофобных и гидрофильных абсорбентов и модификаторов смачиваемости[82, 83].3Цитируется по [3]331.2.5. Метод спонтанного вытесненияМетод спонтанного вытеснения или капиллярной пропитки часто встречается в лабораторной практике [26].
Для реализации метода образец со смоделированной остаточной (неснижаемой) водонасыщенностью донасыщается нефтью ипомещается в стакан с моделью пластовой воды на специальной подложке, обеспечивающей беспрепятственный доступ воды к нижнему торцу. Образец сверхунакрывается перевернутой градуированной воронкой и термостатируется при пластовой температуре в течение 10 и более суток. При этом периодически фиксируются объемы вытесненной из образца нефти и скорость спонтанной пропитки. Вслучае гидрофильного образца процесс вытеснения начинается почти сразу посленачала эксперимента и уже в первые часы регистрируется почти максимальныйобъем выделившейся нефти.
Низкая скорость пропитывания свидетельствует онейтральной смачиваемости. При отсутствии выделившейся нефти образец считается гидрофобным. Также производится контроль весовым методом. После окончания этапа спонтанного вытеснения может проводиться этап динамического илипринудительного вытеснения. Для этого образец помещается в кернодержательфильтрационной установки и промывается моделью пластовой воды при нескольких расходах жидкости до достижения неснижаемого нефтенасыщения.
В случае,если исследуемый образец признается гидрофобным, может проводиться обратный процесс: водонасыщенный образец с остаточной нефтенасщенностью помещается в нефть, но уже над градуированной воронкой и также термостатируетсяпри пластовой температуре. При обильном вытеснении воды нефтью керн окончательно признается гидрофобным [30, 41, 136, 164].
Угол смачивания можно рассчитать по двойному опыту при пропитывании экстрагированного образца чистыми УВ, а затем водой [27, 28, 31, 57]. Динамическое вытеснение можно реализовать также, вращая образец в роторе центрифуги.Недостатков метода достаточно: от относительной длительности проведения эксперимента до влияния на результат проницаемости, вязкости и морфоло-34гии пустотного пространства [32]. Достоинством же является возможность прямого наблюдения за процессом естественного заводнения, поэтому данный методчасто применяется при определении коэффициентов вытеснения.1.2.6.
Метод ЯМРРезультатом ЯМР-исследования является кривая релаксации, имеющая двеважные характеристики: амплитуда и форма кривой релаксационного спада. Амплитуда определяется количеством насыщающего флюида, а корректно измеренная кривая релаксации может быть пересчитана в парциальный (инкрементный)спектр, анализ которого дает множество дополнительной информации. Вопросыизучения спектров будут рассмотрены далее (разд. 1.3.1, 1.3.2), сейчас же ограничимся только информацией, предоставляющей данные о насыщенности. В этомслучае метод ЯМР может использоваться как достаточно точный объемный методрегистрации насыщенности образцов в экспериментах, связанных с ее изменением, например при построении кривых капиллярного давления (Рисунок 1.11)или самопроизвольной пропитки [22, 38, 39, 139].
Далее, расчет коэффициентовсмачиваемости производится стандартными методами.Данный случай является примером простой системы, где насыщенность образца представлена жидкой и газообразной фазами. Для образца, содержащего двенесмешивающиеся жидкие фазы (вода и нефть, вода и керосин и т. д.) в тестахАмотта, USBM и других, остро встает проблема разделения фаз. Без привлеченияинформации о форме спектра такое разделение можно выполнить с помощью использования в эксперименте флюидов, не регистрирующихся при частоте, на которую настроен релаксометр:1.В качестве углеводородной фазы использовать фторорганические соединения (перфтордекалин, перфторкеросин, и т.
д.).2.В качестве водной фазы использовать оксид дейтерия – «тяжелую воду».Также разделение флюидов можно получить, если в водную фазу добавитьнекоторое количество парамагнитной соли [22] (медный купорос, хлористый марганец и т. д.) в концентрации, достаточной для уменьшения объемного времени35релаксации ниже порога чувствительности прибора. Данный вариант также реализуется при использовании пластовых вод, например, многих месторожденийВосточной Сибири [54].12(а)Капиллярное давление, 0.1 МПаКапиллярное давление, 0.1 МПа12963060708090100(б)963060708090100Водонасыщенность, %Водонасыщенность, %Парциальная пористость, %(в)Капиллярноедавление, МПа:20.0100.0250.050.10.20.30.50.81.2100.1110100Время релаксации Т2, мсРисунок 1.11 – Кривые капиллярного давления построенные (а) весовымметодом, (б) по данным ЯМР.
Серия парциальных спектров (в),соответствующих ступеням процесса [22]Применение фторорганики имеет несколько существенных недостатков: высокая плотность, невозможность создать системы в широком диапазоне вязкостей,высокая цена. Тяжелая вода (оксид дейтерия) обладает сходными физико-химическими свойствами с дистиллированной водой и может использоваться для приготовления моделей пластовой воды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
