Лаб.Практ.(н) В (1). Оразовательное учреждение высшего образования уфимский государственный нефтяной технический университет
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
4.5. Обработка результатов измерений По формуле (4.2) определяют µкp для углов наклона вискозиметра 15°, 30° и 45°. Проводят по три повторных замера времени качения шарика при всех рабочих углах наклона. Рассчитывают динамическую вязкость нефти по формуле (4.1). Для используемого в лабораторной работе вискозиметра ВВДУ-1 постоянная вискозиметра Кᶦ для различных углов наклона составляет: для 15° - 0,00220; для 30° - 0,00368; для 45° - 0,00532. Результаты расчетов заносят в табл. 4.1. Строят график зависимости µср =f(φ) и делают выводы по работе. 4.6. Вопросы для самоподготовки Дать определение вязкости жидкости. Единицы измерения динамической и кинематической вязкости жидкости. Порядок перехода от внесистемных единиц измерения вязкости в систему СИ. Перечислить методы определения вязкости жидкости. От каких параметров зависит вязкость пластовой нефти и вид этих зависимостей. Пределы изменения вязкости реальных пластовых нефтей. Принцип работы вискозиметра ВВДУ-1. Последовательность операций по определению вязкости пластовых нефтей на вискозиметре ВВДУ-1. Формула для определения вязкости жидкости на вискозиметре ВВДУ-1. Что учитывает постоянная вискозиметра К и способы ее определения? Факторы, влияющие на величину вязкости нефти. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА “НЕФТЬ-ВОДА” 5.1. Общие положения Насыщенная нефтью, водой, газом пористая среда представляет собой многофазную гетерогенную (неоднородную) систему, отдельные компоненты которой (минеральный скелет пористой среды, нефть, вода, газ) называются фазами. Значительное различие физико-химических свойств фаз служит причиной возникновения на границах их контакта специфических поверхностных явлений. В связи с тем, что площадь поверхностей контакта фаз очень велика (например, только суммарная площадь поверхности пор в 1 м3 породы коллектора может составлять 104 -106 м2), влияние поверхностных явлений на движение жидкостей и газов в пористых средах оказывается сильным. Поверхностные явления во многом определяют количество и распределение в поровом пространстве связанных и остаточных нефти и воды, форму кривых фазовых проницаемостей, эффективность многих методов повышения нефтеотдачи пластов. Они играют большую роль при образовании и разрушении эмульсий и пен в процессах, связанных с движением и взаимодействием систем в пласте, скважинах и поверхностных сооружениях. Среди многообразных поверхностных явлений, протекающих на границах раздела фаз, особое влияние на эффективность разработки нефтяных и газовых залежей оказывает поверхностное натяжение. При рассмотрении системы “вода – нефть” на их границе раздела всегда существует поверхностное натяжение. Молекула воды, удаленная от поверхности раздела, со всех сторон окружена другими молекулами воды. Поэтому результирующая сила взаимодействия этой молекулы с другими молекулами равна нулю. Молекула, расположенная на поверхности раздела, подвержена действию, с одной стороны, молекул нефти, расположенных выше границы раздела, а с другой стороны - молекул воды, лежащих ниже этой границы. Результирующая сила взаимодействия этой молекулы не равна нулю. Вследствие этого возникают силы поверхностного натяжения и образуется поверхностный слой типа упругой мембраны. Слой, толщина которого равна радиусу действия сил межмолекулярного взаимодействия, называется поверхностным. Так как в этом слое существует молекулярное давление, то для перемещения в него молекулы из жидкости для образования новой поверхности требуется затрата определенной работы. Работа, отнесенная к единице площади вновь образованной поверхности, называется удельной свободной поверхностной энергией, или поверхностным натяжением:  , (5.1)где R – работа, Дж; S – вновь образованная поверхность, м2. Величина поверхностного натяжения в системе СИ измеряется в Дж/м2или Н/м. Она зависит от природы и состава контактирующих фаз, давления и температуры. В нефтяном пласте поверхностные явления могут быть на следующих границах раздела: нефть - вода (  ); нефть - газ ( ); вода - газ ( ); нефть - порода ( ), вода - порода ( ), газ - порода ( .Величина поверхностного натяжения разных тел на границе раздела различных соприкасающихся фаз не одинакова и является для них физической характеристикой. Приборы для определения поверхностного натяжения основываются на измерении усилия, необходимого для разрыва поверхности межфазного раздела по периметру определенной длины. Наибольшее распространение получил метод отрыва (взвешивания) капель, отрыва кольца, отрыва пластины. В настоящей работе предлагается определение поверхностного натяжения методом отрыва капель на сталагмометре. 5.2. Цель лабораторной работы Целью лабораторной работы является: изучение, тарировка прибора и определение поверхностного натяжения на границе раздела “нефть – вода” с использованием сталагмометра. 5.3. Описание лабораторной установки Лабораторная установка по определению коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела фаз “жидкость-жидкость” представлена на рисунке 5.1. Главным элементом установки является прибор сталагмометр. Основной частью прибора является микрометр 1, обеспечивающий фиксированное перемещение поршня 3 в цилиндрическом корпусе медицинского шприца 4. Шток поршня 3 соединен с пружиной 2, благодаря чему исключается его самопроизвольное перемещение. Микрометр со шприцом укреплены с помощью скобы 14 и втулки 13, которая может свободно передвигаться по стойке штатива 11 и фиксироваться на любой ее высоте винтом 12. На наконечник шприца надет переводник 10, куда плотно входит в капилляр 9. При вращении микровинта 1, пружина 2, сжимаясь, давит на шток поршня 3, который, перемещаясь в корпусе шприца, заполненного исследуемой жидкостью, выдавливает ее из кончика капилляра 9 в виде капли 6 в другую жидкость 8. При достижении критического объема капли отрываются, всплывают и образуют слой 5.  1  . Микрометр2. Пружина 3. Поршень 4. Шприц 5. Слой нефти 6. Капля нефти 7. Прозрачная емкость 8. Вода 9. Капилляр 10. Переводник 11. Стойка штатива 12. Винт 13. Втулка 14. Скоба Рис. 5.1 – Установка для определения коэффициента поверхностного натяжения на границе “жидкость-жидкость” 5.4. Порядок проведения лабораторной работы При определении величины межфазного натяжения двух соприкасающихся жидкостей на сталагмометре необходимо произвести тарировку прибора, т.е. установить постоянную капилляра К. Для этого шприц заполняется октаном и закрепляется с помощью скобы 14 на штативе. В стаканчик 7 до метки наливается дистиллированная вода и в нее помещается загнутый капилляр, который с помощью медицинской иглы 10 надевается на шприц 4. При выполнении работы следует бережно обращаться с капилляром и медицинским шприцом. Поверхность капилляра должна быть обезжирена хромовой смесью (концентрированная серная кислота + двухромовокислый калий). Пользуясь хромовой смесью, избегать попадания ее на кожу и одежду (при ожогах хромовой смесью необходимо пострадавшее место обильно промыть проточной водой, а затем раствором питьевой соды). Записывается число делений лимба микровинта 1 и включается в сеть электродвигатель, который приводит во вращение микровинт, сообщающий поршню шприца поступательное движение. К прибору подведен электрический ток. Для предотвращения поражения электрическим током при нарушении изоляции проводов прибор должен быть заземлен. Поршень начинает медленно перемещаться, вытесняя октан из капилляра и образуя при этом на кончике капилляра каплю, которая при достижении критического объема отрывается и всплывает на поверхность воды. В момент отрыва капли необходимо отключить электродвигатель от электросети и записать число делений лимба микрометра. Определяется объем выдавленной капли в делениях лимба микрометра. Проводится 10 подобных замеров, и берется среднее значение объема капли V. Затем определяется плотность октана пикнометрическим методом. Для этого на аналитических весах взвешивается пустой пикнометр, а затем с дистиллированной водой и октаном. После определения постоянной капилляра шприц 4 заполняется нефтью и определяется объем выдавливаемой капли нефти в дистиллированную воду и водный раствор ПАВ. По известным значениям постоянной капилляра К, объему выдавленной капли V, плотности воды, раствора ПАВ и нефти (  ) рассчитывается значение поверхностного натяжения на границе “нефть - дистиллированная вода”, “нефть - водный раствор ПАВ”.5.5. Обработка результатов измерений Плотность октана рассчитывается по формуле  , (5.2)где  – плотность октана, г/см3; – масса пустого пикнометра, г; – масса пикнометра с октаном, г;  – объем октана, см3Постоянная капилляра К определяется по формуле  , (5.3)где К – постоянная капилляра, мН/(м*кг); 50,98 – значение поверхностного натяжения на границе октан- дистиллированная вода, мН/м; V – объем всплывшей капли октана в делениях шкалы;  – плотность воды, кг/м3;  – плотность октана, кг/м3.Поверхностное натяжение на границе нефть - дистиллированная вода, нефть - раствор ПАВ рассчитывается по формуле  , (5.4)где  – поверхностное натяжение, мН/м;К – постоянная капилляра, мН/(м*кг); V – объем всплывшей капли нефти в делениях шкалы; ,  ,  – плотность воды, раствора ПАВ и нефти соответственно, кг/м3 ( = 1000 кг/м3, = 1010 кг/м3, =870 кг/м3).По полученным значениям коэффициентов поверхностного натяжения ( ,  ) по формуле Лапласа вычисляют значения капиллярных давлений по исходным данным табл. 5.l. Результаты необходимо сопоставляют и делают выводы.Таблица 5.1 Таблица исходных данных
Вопросы для самоподготовки Какие в пласте существуют виды поверхности раздела? Чем объяснить наличие свободной поверхностной энергии на границе двух несмешивающихся фаз? Дайте определение коэффициенту поверхностного натяжения. Его размерность. Какие факторы влияют на коэффициент поверхностного натяжения? Перечислить методы определения величины поверхностного натяжения на границе раздела “жидкость – жидкость”, “жидкость – газ”. Назначение, устройство и принцип работы сталагмометра? ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6. ИЗУЧЕНИЕ КАПИЛЛЯРНОГО ВПИТЫВАНИЯ ЖИДКОСТИ ПОРИСТЫМИ СРЕДАМИ 6.1. Общие положения Капиллярность – это самопроизвольное изменение высоты уровня жидкости в узких капиллярных (capillus – лат.волос) трубках. Высота подъема (или опускания) жидкости в капилляре (h) определяется по формуле Жюрена [1]:  , (6.1)где 𝜎–коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз, Н/м; 𝜃 – краевой угол смачивания на границе “жидкость - твердое тело”, град; r – радиус капилляра, м; ρ – плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения тела, м/с2. Из формулы (6.1) видно, что высота подъёма (опускания) жидкости в капилляре прямо пропорциональна величине поверхностного натяжения жидкости, косинусу угла смачивания и обратно пропорциональна радиусу капилляра и плотности жидкости. Если жидкость смачивает материал капилляра (  <900), то происходит поднятие жидкости в капилляре на высоту h, если жидкость не смачивает материал капилляра ( >900), то уровень жидкости в трубке располагается ниже, чем в сосуде с жидкостью.Явления капиллярности играют большую роль в процессе вытеснения нефти водой. 6.2. Цель лабораторной работы Целью лабораторной работы является: ознакомление с понятием капиллярного впитывания жидкости пористыми средами; изучение правил и практических приемов определения капиллярно впитываемой жидкости; установление зависимости объема капиллярно впитываемой жидкости от проницаемости образца породы. 6.3. Описание лабораторной установки Принципиальная схема лабораторной установки для изучения капиллярного впитывания жидкости пористым телом приведена на рис. 6.1.  1. Воронка Шотта 2. Образец пористой среды 3. Краник 4. Подводящая трубка 5. Микробюретка 6. Нулевой уровень 7. Жидкость 8. Штатив с зубчатой дорожкой 9. Кремальера 10. Держатель Рис. 6.1. Установка для изучения капиллярного впитывания жидкости пористым телом 6.4. Порядок проведения лабораторной работы Методика опытов заключается в следующем. Образец пористой среды 2 устанавливают в воронку Шотта 1, куда с помощью краника 3 и подводящей трубки 4 подается жидкость 7 из микробюретки 5. Нулевой уровень 6 и место контакта образца 2 и пористого фильтра в воронке Шотта совпадают. В момент соприкосновения жидкости 7 с пористым телом фильтра включается секундомер и измеряется объем жидкости, впитавшейся в пористый образец 2. По мере впитывания жидкости в пористую среду происходит ее убыль из бюретки 5, что визуально определяется понижением мениска столба жидкости относительно оси 0-0. Поворотом кремальеры 9 держатель 10 поднимает по зубчатой дорожке 8 бюретку 5 до исходного состояния, т. е. до оси 0-0. При этом фиксируются время и объем капиллярно впитываемой жидкости. Процесс продолжается до полного прекращения капиллярного впитывания жидкости в образец породы. Результаты опытов записываются в табл. 6.1. Таблица 6.1 Результаты опытов
По полученным данным строится зависимость объема впитанной воды в пористую среду от времени эксперимента. Примерный характер зависимости объема впитанной воды в пористую среду от времени эксперимента и проницаемости среды показан на рис. 6.2. | |||||||||||||||||||||||||||||||||
, на границе, град.: