Роль поверхностных явлений в фильтрации

Нефтяной пласт представляет собой залежь осадочных пород в виде тела с огромным скоплением капиллярных каналов и трещин, по­верхность которых очень велика. Поверхность поровых каналов в 1 м³ породы может составлять несколько гектаров.

Природа поверхности поровых каналовгорных породимеет главенствующее значение в поверхностных и капиллярных процес­сах и явлениях, которые происходят в залежи.

Под природой поверхности понимают свойства горных пород:

· гидрофильность – способность смачиваться водой;

· гидрофобность – способность не смачиваться водой.

На формирование залежей углеводородов оказывает влияние ко­ли­чество остаточной воды (остаточная водонасыщенность, S_{ост. в}) в залежи которая, зависит от свойств пород, воды и углеводоро­дов.

Закономерности движения нефти в пласте и её вытесне­ния из по­ристых сред также зависят от поверхностных явлений, от свойств пограничных слоёв соприкасающихся фаз и процессов, происходящих на поверхности кон­такта нефти, газа и воды с породой.

С поверхностными явлениями связаны процессы промысловой подготовки нефти: сепарация, обезвоживания и другие, осложняющие процессы отложения парафинов, коррозии, выпадения солей и другие.

Физика поверхностных явлений определяется полярно­стью систем (μ = f(Р, Д_п/гр, R), процессами ассоциации, комплексообра­зования, сольватации и наличием поверхностно-активных веществ(ПАВ).

Молекулы органического вещества схематично изображают в виде полярной части (О), в которой сосредоточен электрический момент (Р) и неполярной части молекулы (—), в которой электрический момент отсутствует или близок к нулю.

полярная часть неполярная часть

Если к поверхности ориентирована неполярная часть молекулы органического вещества "П —О − В", а полярная группировка имеет гидрофильные радикалы (−ОН, −СООН, −СО, −СОН, −NH₂ и другие), то поверхностный сольватный слой будет способствовать смачиванию поверхности водой. При обратной ориентации "П − О—" поверхность гидрофобизуется.

Интересно отметить, что органические соединения способны ориентироваться и изменять конфигурацию (стереоформы) в зависимо­сти от природы и свойств окружающих их фаз. При этом, они способны сохранять эту ориентировку при быстром переходе из жидкой фазы в твёрдую.

Проводились интересные опыты (Devo): расплавленные воск и парафин при охла­ждении на воздухе давали гидрофобную поверхность, а на границе с водой − гидрофильную.

Аналогично, поверхность стеариновой кислоты, полученная на границе с водой и стеклом (—СООН) − гидрофильна, а на границе с воздухом (О—СН₃) − гидрофобна.

Поверхностные явления происходят на границе раздела двух фаз и характеризуются избытком поверхностной энергии и увеличением концентрации ПАВ в пограничном слое: Е↑ Þ С_ПАВ↑ Þ Е↓.

Физико-химические свойства поверхностей раздела фаз, и законо­мерности их взаимодействия характеризуются рядом показателей – по­верхностным натяжением на границе раздела фаз, явлениями смачивае­мости и растекания, работой адгезии и когезии, теплотой смачивания.