Исследование электроосмотических явлений в водонефтяных составах

Раздел: Естественные науки

Исследование электроосмотических явлений в водонефтяных

составах

, (сотрудник ФГБОУ ВО УГТУ, студент), Ухта

(д. ф.-м. н., профессор), Ухта

В данном проекте ставится задача рассмотреть эффект электроосмотических явлений с помощью различных моделей. В результате анализа работы, можно сделать вывод об эффективности применения подобного явления в нефтедобывающей сфере.

Основную роль в возникновении электрокинетических явлений играет двойной электрический слой (ДЭС), формирующийся у поверхности раздела фаз. Внешнее электрическое поле, направленное вдоль границы раздела фаз, вызывает смещение одного из ионных слоев, образующих ДЭС, по отношению к другому, что приводит к относительному перемещению фаз, т. е. к электроосмосу. [1].

Электроосмос был открыт в 1809, который наблюдал вызванное внешним электрическим полем перемещение жидкости в U-образной трубке, перегороженной в нижней части мембраной из кварцевого песка, и движение глинистых частиц в покоящейся жидкости при наложении электрического поля. Г. Видеман установил (1852), что скорость электроосмотического течения пропорциональна силе тока и отношение не зависит от площади сечения и толщины мембраны. [1].

В настоящее время явление электроосмоса используют при осушке стен зданий, сыпучих материалов, а также для пропитки материалов, также применяют электроосмотическое фильтрование в медицинской и других сферах деятельности. В нефтегазовой промышленности электрический осмос не нашел своего применения, что подчеркивает актуальность и целесообразность исследований по использованию явления в нефтегазовом деле.

Основной целью является исследование явления электроосмоса на конкретных моделях.

В соответствии с целью исследований в работе поставлены следующие задачи:

1. Подготовка и сборка установки для лабораторных экспериментов;

2.Моделирование процесса с различными заданными параметрами;

3.Физическое обоснование явлений.

Методика исследований

1.На неподвижно закрепленный штатив подвешивалась пробирка U-образной формы, в которую помещалась глина, после установления одинакового уровня в обеих частях пробирки, налили солевой раствор (с минерализацией с=116,9 г/л). Отметили уровни глины и воды красным маркером. В силиконовые пробки для пробирки были вмонтированы медные электроды.

После размещения электродов в пробирке и подключении их к аккумуляторной батарее началось интенсивное выделение пузырьков газа, это явление сопровождалось на протяжении всего эксперимента. По истечении 30 минут, у отрицательного электрода (анода) мелкие частички глины стали во взвешенном состоянии кружиться вокруг электрода, так и не оседая.

Спустя сутки наблюдалось следующее: у отрицательного электрода четкое разделение границы между глиной и прозрачной водой, а у положительного - размытая граница между глиной и мутно-зеленой жидкостью с белым осадком. У положительного электрода было отмечено повышение уровня мутно-зеленой жидкости на 4 мм.

После того, как были полностью открыты силиконовые пробки, и электроды были извлечены из пробирки, удалось отметить тот факт, что положительный электрод полностью окислился, в осадок выпала соль (NaCl) и предположительно образовалась хлорная медь(CuCl2).

После того, как извлекли жидкости, провели замеры их плотности. С помощью плотномера было установлено, что жидкость с отрицательного электрода составляет 0,061 г/см3, а плотность раствора с положительного электрода(анод) (мутно-зеленая) составила 1,21 г/см3. Отметим, что первоначально плотность раствора составляла 1,072 г/см3.

2.Следующий этап эксперимента состоит в том, что в пробирку добавлена нефть с известной плотностью. Таким образом, образуется три слоя в пробирке: глина, солевой раствор (с=116,9 г/л), нефть. Уровни также отмечены красным маркером.

Началось выделение больших пузырьков газа, спустя 1 час после подключения электродов к АКБ, раствор у отрицательного электрода стал мутным, а у положительного - прозрачным. Также на отрицательном электроде в глинах образовалось некоторое расслоение.

На следующий день наблюдалось следующее:

Количество нефти у отрицательного электрода (катод) увеличилось по сравнению с первоначальным уровнем на 5 мм, у глин появились трещинки, у положительного электрода (анод) между уровнями нефти и глины образовался слой в виде мутно-зеленого осадка, предположительно хлорная медь(CuCl2), в осадке соль (NaCl), уровень нефти понизился приблизительно на 5 мм.

3.Следующая модель показалась наиболее интересной. Нижний слой пробирки мы наполнили глинистым песчаником, в  одну из частей пробирок налили нефть с известной плотностью. Ту часть пробирки, где содержится нефть подключили к положительному полюсу, соответственно другую часть – к отрицательному, с помощью медных электродов.

Спустя 40 минут началось движение нефти от + к –, и тем самым флюид стал пробиваться сквозь глину. Через 12 часов изменений не обнаружено, только тот факт, что силиконовая пробка у отрицательного электрода поднялась вверх (выходило много пузырьков газа)

Спустя сутки после третьего опыта, мы достали электроды и заметили, что отрицательный электрод стал черным и имеет запах нефти, глина в пробирке потемнела.

Но полностью нефть не фильтровалась от плюса к минусу, возможно из-за того, что глина слишком уплотненная.

Далее мы создали в двух идентичных пробирках абсолютно равные условия, НО в правую пробирку U - образной формы подключили электрической ток, также в часть с нефтью подключили + с помощью медных электродов, а без нефти -. А левую пробирку оставили без подключения внешнего тока.

И спустя 3 недели был получен следующий результат: в пробирке с подключенным электрическим током нефть, двигаясь от + к -, уравновесила сосуд. А в пробирке без тока – никаких изменений за 21 день получено не было.

И спустя ровно 1 месяц был получен следующий результат: в пробирке с подключенным внешним током по прежнему уровень на катоде и аноде был одинаков.

А в другои пробирке (без тока) нефть начала движение, пробиваясь через породу, но так и не появилась в другой части пробирки.

После проведения экспериментов можно сделать следующие выводы:

1.        Явление электроосмоса с водонефтяными составами возможно воспроизвести в лабораторных условиях, что позволяет моделировать различные условия проведения опытов.

2.        В опытах № 3 и 4, наблюдалось насыщение нефтью по всей длине мембраны и ее фильтрация сквозь низкопроницаемую среду от анода к катоду, то есть фильтрация нефти произошла на капиллярном уровне.

3.        Электрический осмос возможно использовать в нефтедобывающей сфере как поисковый признак при геологосъемочных работах на нефть в низкопроницаемых коллекторах.

4.        Экспериментальная часть работы показала эффективность применения данного метода в нефтедобывающей сфере.

5.        В эксперименте под номером 5 удалось выявить определенную закономерность: в пробирке без подключения электрического тока нефть не способна отфильтроваться из одной части U – образной пробирки в другую, а в пробирке с подключенными катодом и анодом произошло уравновешивание обеих частей пробирки, таким образом можно сделать вывод о том, что под действием электрического тока нефть может осуществлять фильтрацию на уровне сил, которые не превышают гравитационные, которые заложены в основу сообщающихся сосудов.

Библиографический список

  Физическая и коллоидная химия / , – М.: Издательский центр «Ака демия», 2005. – 288 с.