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 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

Все эти данные подтверждают идею, что мерзлые грунты обладают обычными свойствами хрупкой дилатансии.

4.2.5. ПРОЧНОСТЬ И ДИЛАТАНСИЯ ЛЬДА

В.П.Епифанов [46] показал, что поликристаллический лед также обладает дилатансионными чертами в ходе необратимого деформирования. Эти данные исключительно важны, причем они открывают возможность изучить и температурный эффект [26]. Например, рост температуры приводит к более пластическому варианту деформирования, как это видно на рис. 4.15. Кроме того, можно увидеть, что объемные деформации пропорциональны абсолютному значению сдвига (рис. 4.16), а это типичное дилатансионное свойство. При медленном приложении нагрузки поликристаллическгп"! лед четко проявляет черты ползучести. Реология льда при его стационарной ползучести соответствуют нелинейно-вязкому закону течения.

4.3. Электрокинетические эффекты

4.3.1. ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛОЙ

Этот эффект проявляется в поле электрического потенциала пористой среды при распространении сейсмических волн. Соответствующая теория была развита Я. И.Френкелем [130].

Электрокинетические явления определены взаимодействием электрического поля и относительных движений фаз, если одной из фаз служит электролит.

Рассмотрим случай пористой среды, насыщенной, например, раствором соли в воде [97]. Относительное течение электролита возникает под действием внешнего электрического поля. (Обратно, относительное течение электролита должно генерировать электрическое поле.) Относительное течение электролита в электрическом поле называют элекгроосмосом. Электрическое поле, созданное течением электролита через пористую среду, именуют потенциадом течения.

Механика электрокинетического явления объясняется возникновением двойного электрического слоя на межфазовой границе. Знаки заряда тве))дой и жидкой фаз различны и

зависят от их природы; однако чаще всего твердая фаза заряжена отрицательно.

Та сторона двойного электрического слоя, которая принадлежит жидкости, имеет диффузную структуру с постепенным спадом концентрации ионов на очень малом удалении от границы с твердым материалом. Это связано со взаимодействием электрических сил и молекулярного теплового движения внутри раствора электролита.

Ионы слоя адсорбции, который непосредственно прилегает к твердой поверхности, неподвижны при электрокинетических процессах, поскольку электростатические силы весьма велики. Только внешняя рыхлоупакованная часть диффузного слоя может быть смещена.

Рассмотрим явление электроосмоса. Если капилляр заполнен электролитом и приложено внешнее электрическое поле, то ионы одного знака, принадлежащие внешней части диффузного слоя, начинают двигаться к полюсу другого знака. Так возникает направленное течение ионов диффузного слоя.

Из-за вязкого трения этот поток вовлекает в движение внешние массы жидкости. В результате возникает разность давлений, а потому может появиться и вторичное возвратное течение.

Разность давлений будет возрастать, пока не будет достигнуто равновесное стационарное состояние (прямой и возвратный потоки станут равными друг другу).

Обратно, если приложить разность давлений, начнется ламинарное течение жидкости. Тогда ионы внешней части диффузного слоя смещаются в сторону наведенного течения, что эквивалентно конвеьсгивному поверхностному электротоку, который создает разность потенциалов на концах капилляра.

Эта разность потенциалов создает объемный ток в обратном направлении, пока снова не будет достигнуто некоторое равновесное состояние.

4.3.2. СТАЦИОНАРНАЯ ЭЛЕКТРОКИНЕТИКА

Перейдем теперь к количественному описанию электрокинетических эффектов, для чего введем электрический потенциал Ф. При этом правило Онзагера (1.59) приведет к используемым далее связям скорости фильтрации Wk и

плотности электрического тока приходящейся на единицу поперечного сечения изотропной пористой среды :

= - Lw + Ul -г- \ (4.58)

ОХк ОХк

др дФ h= Lii-. (4.59)

oxk дхк

Кроме того, перекрестные кинетические коэффициенты должны быть равны друг другу:

и= и- (4.60)

Первый член выр:1жения для скорости фильтрации обычен (L - к I ), а второй член соответствует электроосмосу.

Для пористой среды коэффициент элсктроосмоса Се может быть выражен как

Се ~ Lwi---Z-> (4.61)

47rjU

где De - диэлектрическая константа насыщающей жидкости; -электрокинетический потенциал; т - обычная пористость.

Первый член для плотности тока соответствует поверхностной конвеьсгивной компоненте, создаваемой градиентом порового давления. Второй - это объемный ток, а потому

= та, (4.62)

где сг - удельная электропроводность жидкости.

Отмеченное выше равновесное состояние означает, что потока нет;

WA = О (4.63)

и что градиенты давления и электрического потенцима компенсируют друг друга;