Исследование углеводородных систем в объёме и граничных слоях на минеральной поверхности

• Автор: Шеляго, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 180 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Состояние жидкости в объёме и граничных слоях на минеральной поверхности

1.1. Граничные слои воды

1.1.1. Температура плавления

1.1.2. Плотность

1.1.3. Диэлектрическая проницаемость

1.1.4. Вязкость

1.1.5. Подвижность молекул

1.2. Граничные слои неполярных соединений

1.3. Граничные слои нефти

1.3.1. Зависимость толщины остаточной части граничного слоя нефти от градиента давления вытеснения
1.3.2. Зависимость толщины эффективного граничного слоя нефти от радиуса капилляров
1.3.3. Зависимость толщины граничного слоя нефти от характеристики твёрдой подложки
1.3.4. Структурно-механические свойства граничного слоя
1.4. Граничные слои н-алканов
1.4.1. Поверхностное замерзание индивидуальных н-алканов на границе раздела «н-алкан - воздух»
1.4.2. Поверхностное замерзание бинарных смесей н-алканов
1.4.3. Поверхностное замерзание индивидуальных н-алканов на твёрдой поверхности
1.4.4. Ориентация молекул н-алканов в граничном слое на твёрдой поверхности
1.5. Влияние характера смачиваемости горных пород на их фильтрационные характеристики
1.6. Образование твёрдой фазы в углеводородах
1.6.1 .Кристаллизация
1.6.2. Стеклование
1.6.3. Структурные свойства нефтей
Выводы из обзорной главы, постановка цели и задач исследований
Глава 2..Объект и метод исследования
2.1. Объект исследования
2.1.1. Состав и свойства модельных углеводородных систем и нефтей..
2.1.2. Насыпные модели горных пород
2.1.3. Естественные образцы горных пород
2.2! Методы изучения объёмных свойств жидкости
2.2.1.Метод определения низкотемпературных свойств жидкостей
2.2.1. Метод определения вязкости
2.2.3. Метод определения поверхностного натяжения и плотности жидкости

2.2.4. Метод определения состава нефти
2.3. Методы изучения твёрдой фазы пористых и дисперсных сред-
2.3.1. Метод определения проницаемости образцов горных пород
2.3.2. Метод определения капиллярных характеристик горных пород
2.3.3. Метод определения гранулометрического состава горных пород.
2.4. Метод изучения граничного слоя углеводородов
2.5. Методика проведения эксперимента
2.5.1. Подготовка насыпных образцов
2.5.2. Методика ЯМР-измерений
Глава 3. Образование твёрдой фазы в объёме углеводородных систем
3.1. Кристаллизация индивидуальных н-алканов!
3.2. Кристаллизация бинарных смесей н-алканов
3.3. Определение температуры образования твёрдой фазы в нефтях
Глава 4. Изучение граничных слоёв углеводородных систем
4.1. Разработка методики определения граничного слоя углеводородов в пористых средах. Изучение граничного слоя углеводородных систем в межчастичном пространстве насыпных моделей горных пород
4.2. Изучение граничного слоя в естественных образцах горных пород, его влияния на фильтрационные характеристики горных пород
4.3.Результаты измерений
4.4. Роль'граничного слоя в процессах фильтрации и замещения-углеводородов пластовой водой при разработке терригенных пород-коллекторов
4.4.1. Влияние состава углеводородной системы на её граничный слой
4.4.2. Влияние граничного слоя углеводородов на проницаемость горной породы по углеводородам
4.4.3. Влияние граничного слоя углеводородов на проницаемость горных пород по пластовой воде при замещении углеводородов
4.4.4. Влияние граничного слоя углеводородов на коэффициент замещения углеводородов пластовой водой
4.4.5.Влияние гидрофобизации и гидрофилизации порового пространства на фильтрационные характеристики горных пород
Основные результаты и выводы
Литература
Введение
При добыче нефти необходимо учитывать физико-химическое взаимодействие пластовых флюидов с поверхностью минералов, слагающих породу-коллектор. При взаимодействии жидкости с твёрдой поверхностью формируется граничный слой жидкости со свойствами, отличными от свойств, жидкости в объёме. В поровом пространстве продуктивного пласта толщина граничного слоя пластовых флюидов может быть соизмерима с радиусом поровых каналов, поэтому состояние граничного слоя во многом определяет значения проницаемости и коэффициента вытеснения. В связи с этим изучение особенностей формирования граничного слоя углеводородов в поровом пространстве пород-коллекторов является актуальной научной и практической задачей. Полученная информация даст представления о протекающих в пласте процессах, позволит выбрать оптимальный способ разработки нефтяного месторождения.
Молекулярные процессы, происходящие в продуктивном пласте, напрямую связаны с важнейшими параметрами продуктивного пласта: проницаемостью и коэффициентом вытеснения. При закачке различных веществ в продуктивный пласт меняются свойства граничного слоя на поверхности минералов и, как следствие, фильтрационные характеристики пласта. В настоящее время существуют различные химические реагенты, действие которых направленно на изменение свойств пластовых флюидов, гидрофобизацию или гидрофилизацию пласта. Их используют для направленного регулирования фильтрационных процессов, увеличения нефтеотдачи, интенсификации работы скважин. Проведено большое количество экспериментальных и теоретических исследований фильтрации углеводородов и воды; в пористых средах с различным характером смачивания. Несмотря на широкое применение модификаторов поверхности, влияние характера смачивания на фильтрационные процессы является дискуссионным вопросом.

1'.4Ш. Поверхностное замерзание индивидуальных н-алканов на
границе раздела «н-алкан — воздух»
Было установлено, что упорядоченный монослой формируется на поверхности жидкого алкана при температуре на 3 °С выше температуры плавления объёма Ту. Упорядоченная поверхностная фаза существует для углеродных цепочек от 16 до 50 включительно. Для широкого спектра длин молекул и. температур изучалась структура монослоя. Было установлено, что молекулы в слое упакованы, гексагонально и могут находиться в, трёх различных фазах: двух ротаторных, с молекулами; ориентированными вертикально (16<=п<=30) и наклонно (30<п<44), и одной кристаллической с молекулами; наклонёнными через одну (п>=44).
Известно, что кроме жидкой и; кристаллической фаз, н-алканы в объёме проходят ряд промежуточных фаз, именуемых ротаторными [46, 47]. Ротаторные, фазы,- кристаллы,с трёхмерным дальнимшорядком центров масс молекул, но отсутствующим дальним порядком; вращательных . степеней свободы. Ближний порядок возрастает с понижением- температуры. Для: объёмных н-алканов; существует 5 ротаторных фаз [48]. Ротаторные фазы, интересные для настоящей, работы, имеют место при температуре сразу ниже Ту. Ротаторная, фаза с наибольшей симметрией - Ш1, в которой молекулы направлены нормально к слою и упакованы гексагонально. При более низких температурах образуется орторомбическая, ротаторная! фаза Ш. Для п<22 н-
алканы плавятся сразу из фазы Ш без образования фазы НИ, но фаза Ш

легко возникает в бинарных смесях с более короткими п [49]. Для п>=26 появляется; ротаторная фаза ШУ, когда молекулы наклонены через одну на определённый угол в. Величина наклона молекул возрастает с ростом длины цепочки выше п=26. Установлено; что поверхностные монослои н-алканов для п<=30 наследуют структуру, сходную с объёмной Ш1 фазой, для п>30 они имеют сходство с наклонными объёмными фазами Ю и ШУ. На рис.1.12 показаны.вамёрзшие и жидкие поверхностные слои.