Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

Интегрирование (4.5) дает

[1 + (т)Т"-т(й-)+С. (4.6)

Для определения постоянной С используем согласно рис. 38 условия

--=ctg0, z = 0 при а; = 0. (4.7)

Угол в является краевым углом смачивания. Имеем С = sin в. Для определения zo используем квадратное уравнение

-f-2o+l-sinG = 0. (4.8)

Решая уравнение (4.6), получаем

где Ci - постоянная интегрирования.

Рассмотрим предельный случай, когда А/>о »pgzo. Получаем

Ара Ра ~Ро. Из (4,8) имеем = 1-sin в и из (4.9)

Используя условие z = О при а: = и z = zo при а; = О, получаем формулу для разности давлений в жидкости В и газе А:

д 2а cos в лл\

Рл-Ра Ро--• (4.11)

Такой же вид имеет известная формула для перепада давлений в капилляре круглого сечения радиусом г:

д 2а (4.12)

Разность давлений между несмешивающимися фазами, насыщающими пористые среды, определяется комплексом а cos в/7 (7 - средний радиус пор, занятых соответствующей фазой). Чем меньше 7, тем больше капиллярное давление. Эксперименты показывают что в гидрофильной пористой среде, содержащей две фазы - нефть и воду, разность между давлениями в воде и в нефти (капиллярное давление) увеличивается с уменьшением насыщенности пористой среды водой. Это объясняется тем, что вода вначале проникает в мелкие поры, так что при малой водонасыщенности пористой среды г мало. По мере увеличения водонасыщенности г увеличивается,

и капиллярное давление уменьшается. Зависимость капиллярного давления от насыщенности является одной из важных интегральных характеристик капиллярных явлений в пористых средах.

Если гидрофильная пористая среда, насыщенная нефтью, будет находиться в контакте с водой, то под действием капиллярного давления вода начнет впитываться в пористую среду, вытесняя из нее нефть. Это явление называется капиллярной пропиткой. Скорость капиллярной пропитки, которую можно считать зависящей от водонасыщенности пористой среды, также является важной интегральной капиллярной характеристикой пористой среды.

Поверхностное натяжение и краевой угол смачивания могут существенно измениться, если в контактирующих фазах появятся вещества, молекулы которых имеют такое строение, что одна часть молекулы притягивается к одной, а другая часть - к другой фазе. Такие вещества адсорбируются на поверхности раздела фаз и существенно снижают поверхностное натяжение на границе фаз. Эти вещества называются поверхностно-активными (ПАВ). Так, если в нефти, контактирующей со щелочной водой, имеются нафтеновые кислоты, которые, вступая в реакцию со щелочами вод, образуют ПАВ, то поверхностное натяжение воды на границе с нефтью может снизиться с десятков дин/см до единиц или долей единицы дин/см [114]. При введении в воду или в нефть ПАВ поверхностное натяжение на границе фаз также может существенно измениться.

Следует отметить, что ПАВ, уменьшая поверхностное натяжение на границе несмешивающихся фаз, непременно должны адсорбироваться на поверхности раздела фаз или на поверхности раздела фаз с твердым телом и таким образом содержание их в растворе должно уменьшаться. Следовательно, поверхностное действие ПАВ и их адсорбция представляют собой взаимосвязанные и не отделимые друг от друга явления.

ГЛАВА III

ПОДЗЕМНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

§ 1. ОСНОВНОЙ ЗАКОН КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ФИЛЬТРАЦИИ

Характер подземного движения жидкостей и газов определяется их свойствами, состоянием и скоростью, а также свойствами и состоянием горных пород, в пустотах которых перемещаются жидкости и газы. Если вмещающее пространство пород представляет собой поры, заключенные между зернами пород и связующим зерна материалом, то движение в них жидкостей и газов называется фильтрацией.

Помимо фильтрационного движения, жидкости и газы могут перемещаться под землей по трещинам в горных породах, кавернам, течь по карстовым каналам и т. д.

Фильтрацию вязкой жидкости вообще можно рассматривать как один из случаев движения вязкой жидкости, описываемого уравнениями Навье - Стокса. Фильтрацию газа также можно считать одним из частных случаев движения сжимаемой жидкости. Однако сложность структур реальных пористых сред и вытекающая отсюда сложность гидромеханических задач делают изучение фильтрации на основе общей гидромеханики практически невозможным. Вместе с тем в подавляющем большинстве инженерных приложений и не требуется знать истинное поле скоростей веществ и поле давлений в поровом пространстве. На практике чаще всего нужно знать связь между общим количеством вещества, протекающего через единицу поверхности пористой среды в единицу времени (расходом вещества), и градиентом давления в пористой среде. Эта связь впервые была получена французским инженером Анри Дарси в 1856 г.

Лишь впоследствии, в связи с изучением конвективной внутри-поровой диффузии [122], появилась необходимость рассмотрения истинных скоростей жидкости в пористой среде.

Рассматривая движение воды в фильтрах водоочистных сооружений, Дарси нашел зависимость между расходом воды q, протекающей через вертикально расположенную трубу, набитую песком, и . гидростатическим напором р = pgh (р - плотность воды; g - ускоре-