Раздел: Естественные науки Исследование

Раздел: Естественные науки
Исследование электроосмотических явлений в водонефтяных
составах
Печерин В. Н., Еремеев Н. С. (сотрудник ФГБОУ ВО УГТУ, студент),
Ухта
Кобрунов А. И. (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 Ф. Ф. Рейссом 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 Uобразной 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 мутнозеленой 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 электро-
да(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 изза 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
1. Белик В. В. Физическая и коллоидная химия / Белик В. В., Киенская К.
И. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 288 с.