Нефть как коллоидный раствор. Нефть как коллоидная система


Нефть как коллоидный раствор — КиберПедия

Как уже указывалось, коллоидные свойства нефти могут придавать парафи­ны и асфальтены.

Парафинами называют смесь метановых углеводородов, в молекулах кото­рых содержится более 16 атомов углерода, с молекулярной массой от 240 и вы­ше (в среднем 400-430). Выделенный из нефти парафин представляет собой бе­лое вещество плотностью 850-950 кг/м3. Температура плавления парафина в за­висимости от его состава может быть от 40 до 100 °С, но чаще близка к 50 °С.

Парафин в нефтях бывает в разных количествах - от долей массовых про­центов до 20% и даже больше - у нефтей месторождения Узень. Растворимость парафина в нефти зависит от содержания в нефти легких углеводородов, от тем­пературы и давления. С дегазацией нефти, по мере ухода из нее углеводородов от этана до пентана, растворимость парафина заметно уменьшается.

Сильно влияет на растворимость парафина в нефти температура. Со сниже­нием температуры растворимость парафина уменьшается и при достижении температуры насыщения или кристаллизации парафин выделяется из раствора в виде мельчайших частиц коллоидных размеров. Давление сравнительно слабо влияет на растворимость парафина. Снижение давления несколько улучшает растворимость парафина в нефти. С увеличением давления растворимость пара­фина в нефти несколько уменьшается.

В химическом отношении парафин весьма инертен, даже очень активные окислители, такие как серная (h3SO4) и азотная (HNO3) кислоты, при низкой температуре не действуют на него.

Состояние парафина в нефти зависит от условий -температуры, содержания и состава растворенных газов, давления и т.д.

Агрегативная неустойчивость парафиновых углеводородов с большим мо­лекулярным весом объясняется особенностями строения их молекул: они имеют цепную зигзагообразную форму.

На рис. 1.1 приведена схема строения молекул таких углеводородов и части ее с указанием расстояния между соседними атомами углерода и величины ва­лентного угла а между углеродными связями СН2-СН2. Три группы СН2 обра­зуют звено.

Расстояние между крайними атомами углерода в таком звене равно 2,54 А

(А-ангстрем, 1 А = 10"10м).

Расстояние А, между углеродными атомами, находящимися на концах моле­кулярной цепочки, зависит от величины проекций на ось молекулы расстояний между соседними атомами углерода и числа п этих атомов в молекуле:

 

Полная длина молекулы

где Xi и Х-2- радиусы действия ее конечных групп.

 

В данном случае конечными группами являются СН3, для которых ве­личины Xi и Х2близки к 1 а . Таким образом, длина молекулы парафиновых углеводородов с числом атомов углерода более семнадцати измеряются де­сятками ангстрем.

Рис. 1.1. Структура метиленовой цепи: а - деталь структуры метиленовой цепи; б - к определению понятия длина молекулы

 

В молекуле углеводорода сохраняется неизменным расстояние между связями, при которых обеспечивается минимум потенциальной энергии молекулы.

Молекула высокомолекулярного парафинового углеводорода похожа на зигзагообразную нить. При температуре выше температуры насыщения нефти парафином его молекулы похожи на закрученные в клубок нити. Эти клубки ни­тей очень слабо взаимодействуют. Но со снижением температуры "клубок" -молекула парафина постепенно раскручивается. Удлиненные молекулы сильнее взаимодействуют друг с другом. Дальнейшее понижение температуры приводит к слипанию отдельных молекул, к образованию пространственной сетки. Нефть, содержащая такие укрупненные молекулы парафина, становится структуриро­ванной коллоидной системой. Из-за теплового движения молекул нефти струк­тура разрушается, но тут же вновь восстанавливается. В целом при данной тем­пературе парафинистая нефть является структурированной системой с опреде­ленной степенью прочности структуры. Повышение температуры, наоборот, увеличивает степень разрушения структуры, уменьшает ее прочность.

Начальная пластовая температура нефтяных залежей, как правило, выше температуры кристаллизации парафина. Следовательно, парафин в нефти обра­зует истинные растворы, пока пластовая температура не понизится, например из-за закачки в пласт холодной воды для поддержания пластового давления.

В отличие от парафина асфальтены образуют коллоидные растворы в неф­ти при пластовой и даже более высокой температуре.

Как показали наблюдения с помощью электронного микроскопа, а также опыты по центрифугированию нефти, диспергированные в последней асфальте­ны представляют собой частицы размером от 4x10"6 мм и выше. Частицы ас-фальтенов окружены сольватными слоями, состоящими из молекул углеводо­родов. Сольватные слои препятствуют слипанию и укрупнению частиц асфаль-тенов. Следовательно, нефть представляет собой лиофильную коллоидную систему. (Лиофильность - означает хорошее (часто полное) смачивание, малое межфазноенатяжение, устойчивость поверхностей к взаимному слипанию.) Как и все коллоидные системы дисперсия асфальтенов нефти не является агрегатив-но устойчивой. Приизменении условий частицы асфальтенов могут слипаться, образуя болеекрупные агрегаты вплоть до полной коагуляции и выпадения в осадок. Толщина сольватного слоя вокруг частиц асфальтенов сильно зависит от состава дисперсионной среды. При большом содержании в нефти смол и ароматических углеводородов толщина слоя наибольшая. При добавлении в нефть предельных углеводородов толщина сольватного слоя быстро уменьша­ется и при некоторой концентрации в нефти таких предельных углеводородов асфальтены коагулируют и выпадают в осадок. Этим пользуются для выделения из нефти асфальтенов с целью определения содержания их в нефти. Для высаживания асфальтенов в нефть добавляют петролейный эфир, представляю­щий смесь пентана игексана. Замечено, что коагуляция асфальтенов начинается уже при добавлении внефть петролейного эфира в количестве 1:1.

Частицы асфальтенов не шарообразны, их форма неправильная. У частиц имеются ребра, острыеуглы. На ребрах и углах сольватный слой более тонок, а местами и полностьюотсутствует. Углами и ребрами частицы притягиваются друг к другу. Взаимноепритяжение частиц асфальтенов приводит к возникнове­нию пространственныхсеток, т.е. к возникновению объемной структуры. Когда говорят о возникновенииструктуры, имеют в виду суммарный, результирующий эффект взаимодействияребрами и углами частиц асфальтенов. Из-за теплового движения молекул дисперсионной среды частицы асфальтенов перемещаются в жидкости. Из-за своеймассы, большей, чем у молекул дисперсионной среды они значительное времянаходятся в положениях, когда между ними имеет место бо­лее сильное взаимодействие. Иными словами, структуры из частиц асфальтенов возникают, разрушаются и вновь возникают. В разных точках объема нефти структуры возникают, конечно, не одновременно. Но суммарный результат тот же - жидкость оказывается структурированной. Такие структуры в коллоид­ной химиии реологии называют коагуляционными.{Коагуляция - слипание коллоидных частиц при столкновении в процессе броуновского движения, пере­мешивания или направленного перемещения в силовом поле.)

Замечено, что если не происходит смешения слоев дисперсионной среды, то частицы во взаимосвязанном состоянии находятся большее время. К этому же приводит и уменьшение теплового движения молекул, например при охлажде­нии системы. При этом частицы постепенно занимают преимущественно такое положение, при котором наиболее полно насыщаются силовые поля ребер и уг

лов, свободные от сольватных слоев. При таком расположении частиц суммар­ная свободная энергия системы становится меньше* от чего при упомянутых условиях этот процесс будет идти самостоятельно.

Перемешивание жидкости, сдвиг ее слоев, естественно, нарушает наиболее энергетически выгодное расположение частиц дисперсной фазы, что приводит к ослаблению взаимодействия их и к уменьшению прочности структуры. Подоб­ные дисперсные системы принято называть тиксотропнообратимыми.

Таким образом, асфальтеносодержащая нефть - коагуляционная система.

Пластовая нефть содержит более или менее значительное количество рас­творенных попутных газов. Эти газы в основном состоят из метана и этана. Час­то в попутном газе содержится много азота. Эти газы, как показали исследова­ния, находясь в растворенном состоянии в пластовой нефти, вызывают десоль-ватацию частиц асфальтенов. Адсорбируясь, на частицах асфальтенов, этан, ме­тан и азот уменьшают толщину сольватного слоя. {Адсорбция - поглощение ве­щества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела - ад­сорбента. Абсорбция - поглощение вещества из газовой или жидкой среды всей массой другого вещества - абсорбента,) Наиболее сильное влияние на этот слой оказывает азот, по силе действия за ним стоят метан и этан. В пластовой нефти в присутствии азота, метана и этана десольватированные частицы асфальтенов сильно взаимодействуют и образуют пространственные структуры, прочность которых выше, чем у той же нефти, но частично или полностью дегазированной.

В пластовых условиях будут четко проявляться тиксотропные свойства ас-фальтеносодержащей нефти. До начала разработки нефть в пласте неподвижна. При этом структура в нефти оказывается наиболее упорядоченной и прочной. Но и при эксплуатации залежи скорость движения нефти в наибольшей части объема пор пласта, за исключением призабойных зон скважин, очень низкая. Она измеряется микронами и десятком микронов в секунду. Изменения режима работы эксплуатационных и нагнетательных скважин будут приводить на от­дельных участках пласта к значительному уменьшению и так незначительных скоростей движения нефти. Это приведет к тиксотропному упрочнению струк­туры.

 

cyberpedia.su

Нефть как коллоидный раствор

Коллоидные свойства нефти могут придавать парафины и асфальтены. Парафинами нефтяники называют смесь метановых углеводородов с молекулярной массой от 240 и выше. В зависимости от молекулярной массы меняется и температура плавления углеводородов. Выделенный из нефти парафин имеет температуру плавления близкую к 50ºС.

Парафин в нефтях бывает в разных количествах – от долей массовых процентов до 20 % и даже больше – у нефтей месторождения Узень. Растворимость парафина в нефти зависит от содержания в нефти легких углеводородов, от температуры и давления. С дегазацией нефти, по мере ухода из нее углеводородов от этана до пентана, растворимость парафина заметно уменьшается.

Сильно влияет на растворимость парафина в нефти температура. Со снижением температуры растворимость парафина уменьшается и при достижении температуры насыщения или кристаллизации парафин выделяется из раствора в виде мельчайших частиц коллоидных размеров. Давление сравнительно слабо влияет на растворимость парафина. Снижение давления несколько улучшает растворимость парафина в нефти. С увеличением давления растворимость парафина в нефти несколько уменьшается.

Молекула высокомолекулярного парафинового углеводорода похожа на зигзагообразную нить. При температуре выше температуры насыщения нефти парафином его молекулы похожи на закрученные в клубок нити. Эти клубки нитей очень слабо взаимодействуют. Но со снижением температуры «клубок» - молекула парафина постепенно раскручивается. Удлиненные молекулы сильнее взаимодействуют друг с другом. Дальнейшее понижение температуры приводит к слипанию отдельных молекул, к образованию пространственной сетки. Нефть, содержащая такие укрупненные молекулы парафина, становится структурированной коллоидной системой. Из-за теплового движения молекул нефти структура разрушается, но тут же вновь восстанавливается. В целом, при данной температуре парафинистая нефть является структурированной системой с определенной степенью прочности структуры. Снижение температуры приводит к упрочнению структуры. Повышение температуры, наоборот, увеличивает степень разрушения структуры, уменьшает ее прочность.

Начальная пластовая температура нефтяных залежей, как правило, выше температуры кристаллизации парафина. Следовательно, парафин в нефти образует истинные растворы, пока пластовая температура не понизится, например, из-за закачки в пласт холодной воды для поддержания пластового давления.

В отличие от парафина асфальтены образуют коллоидные растворы в нефти при пластовой и даже более высокой температуре.

Как показали наблюдения с помощью электронного микроскопа, а также опыты по центрифугированию нефти, диспергированные в последней асфальтены представляют собой частицы размером от 4·10-6 мм и выше. Частицы асфальтенов окружены сольватными слоями, состоящими из молекул углеводородов. Сольватные слои препятствуют слипанию и укрупнению частиц асфальтенов. Следовательно, нефть представляет собой лиофильную коллоидную систему. Как и все коллоидные системы, дисперсия асфальтенов нефти не является агрегативно устойчивой. При изменении условий частицы асфальтенов могут слипаться, образуя более крупные агрегаты вплоть до полной коагуляции и выпадения в осадок. Толщина сольватного слоя вокруг частиц асфальтенов сильно зависит от состава дисперсной среды. При большом содержании в нефти смол и ароматических углеводородов толщина слоя наибольшая. При добавлении в нефть предельных углеводородов толщина сольватного слоя быстро уменьшается и при некоторой концентрации в нефти таких предельных углеводородов асфальтены коагулируют и выпадают в осадок. Этим пользуются для выделения из нефти асфальтенов с целью определения содержания их в нефти. Для высаживания асфальтенов в нефть добавляют петролейный эфир, представляющий смесь пентана и гексана. Замечено, что коагуляция асфальтенов начинается уже при добавлении в нефть петролейного эфира в количестве 1:1.

Частицы асфальтенов не шарообразны, их форма неправильная. У частиц имеются ребра, острые углы. На ребрах и углах сольватный слой более тонок, а местами и полностью отсутствует. Углами и ребрами частицы притягиваются друг к другу. Взаимное притяжение частиц асфальтенов приводит к возникновению пространственных сеток, т.е. к возникновению объемной структуры. Когда говорят о возникновении структуры, имеют в виду суммарный, результирующий эффект взаимодействия ребрами и углами частиц асфальтенов. Из-за теплового движения молекул дисперсионной среды частицы асфальтенов перемещаются в жидкости, но из-за своей массы, большей, чем у молекул дисперсионной среды, они значительное время находятся в положениях, когда между ними имеет место более сильное взаимодействие. Иными словами, структуры из частиц асфальтенов возникают, разрушаются и вновь возникают. В разных точках объема нефти структуры возникают, конечно, неодновременно. Но суммарный результат тот же – жидкость оказывается структурированной. Такие структуры в коллоидной химии и реологии называют коагуляционными.

Замечено, что если не происходит смещения слоев дисперсионной среды, то частицы во взаимосвязанном состоянии находятся большее время. К этому же приводит и уменьшение теплового движения молекул, например, при охлаждении системы. При этом частицы постепенно занимают преимущественно такое положение, при котором наиболее полно насыщаются силовые поля ребер и углов, свободные от сольватных слоев. При таком расположении частиц суммарная свободная энергия системы становится меньше, отчего при упомянутых условиях этот процесс будет идти самостоятельно. Перемешивание жидкости, сдвиг ее слоев, естественно, нарушает наиболее энергетически выгодное расположение частиц дисперсной фазы, что приводит к ослаблению взаимодействия их и к уменьшению прочности структуры. Подобные дисперсные системы принято называть тиксотропнообратимыми.

Таким образом, асфальтеносодержащая нефть – коагуляционная система.

Пластовая нефть содержит более или менее значительное количество растворенных попутных газов. Эти газы в основном состоят из метана и этана. Часто в попутном газе содержится много азота. Эти газы, как показали исследования, находясь в растворенном состоянии в пластовой нефти, вызывают десольватацию частиц асфальтенов. Адсорбируясь на частицах асфальтенов, этан, метан и азот уменьшают толщину сольватного слоя. Наиболее сильное влияние на этот слой оказывает азот, по силе действия за ним стоят метан и этан. В пластовой нефти в присутствии азота, метана и этана десольватированные частицы асфальтенов сильно взаимодействуют и образуют пространственные структуры, прочность которых выше, чем у той же нефти, но частично или полностью дегазированной.

В пластовых условиях будут четко проявляться тиксотропные свойства асфальтеносодержащей нефти. До начала разработки нефть в пласт неподвижна. При этом структура в нефти оказывается наиболее упорядоченной и прочной. Но и при эксплуатации залежи скорость движения нефти в наибольшей части объема пор пласта, за исключением призабойных зон скважин, очень низкая. Она измеряется микронами и десятком микронов в секунду. Изменения режима работы эксплуатционных и нагнетательных скважин будут приводить на отдельных участках пласта к значительному уменьшению и так незначительных скоростей движения нефти. Это приведет к тиксотропному упрочнению структуры.

studfiles.net

Нефть как коллоидный раствор

Коллоидные свойства нефти могут придавать парафины и асфальтены. Парафинами нефтяники называют смесь метановых углеводородов с молекулярной массой от 240 и выше. В зависимости от молекулярной массы меняется и температура плавления углеводородов. Выделенный из нефти парафин имеет температуру плавления близкую к 50ºС.

Парафин в нефтях бывает в разных количествах – от долей массовых процентов до 20 % и даже больше – у нефтей месторождения Узень. Растворимость парафина в нефти зависит от содержания в нефти легких углеводородов, от температуры и давления. С дегазацией нефти, по мере ухода из нее углеводородов от этана до пентана, растворимость парафина заметно уменьшается.

Сильно влияет на растворимость парафина в нефти температура. Со снижением температуры растворимость парафина уменьшается и при достижении температуры насыщения или кристаллизации парафин выделяется из раствора в виде мельчайших частиц коллоидных размеров. Давление сравнительно слабо влияет на растворимость парафина. Снижение давления несколько улучшает растворимость парафина в нефти. С увеличением давления растворимость парафина в нефти несколько уменьшается.

Молекула высокомолекулярного парафинового углеводорода похожа на зигзагообразную нить. При температуре выше температуры насыщения нефти парафином его молекулы похожи на закрученные в клубок нити. Эти клубки нитей очень слабо взаимодействуют. Но со снижением температуры «клубок» - молекула парафина постепенно раскручивается. Удлиненные молекулы сильнее взаимодействуют друг с другом. Дальнейшее понижение температуры приводит к слипанию отдельных молекул, к образованию пространственной сетки. Нефть, содержащая такие укрупненные молекулы парафина, становится структурированной коллоидной системой. Из-за теплового движения молекул нефти структура разрушается, но тут же вновь восстанавливается. В целом, при данной температуре парафинистая нефть является структурированной системой с определенной степенью прочности структуры. Снижение температуры приводит к упрочнению структуры. Повышение температуры, наоборот, увеличивает степень разрушения структуры, уменьшает ее прочность.

Начальная пластовая температура нефтяных залежей, как правило, выше температуры кристаллизации парафина. Следовательно, парафин в нефти образует истинные растворы, пока пластовая температура не понизится, например, из-за закачки в пласт холодной воды для поддержания пластового давления.

В отличие от парафина асфальтены образуют коллоидные растворы в нефти при пластовой и даже более высокой температуре.

Как показали наблюдения с помощью электронного микроскопа, а также опыты по центрифугированию нефти, диспергированные в последней асфальтены представляют собой частицы размером от 4·10-6 мм и выше. Частицы асфальтенов окружены сольватными слоями, состоящими из молекул углеводородов. Сольватные слои препятствуют слипанию и укрупнению частиц асфальтенов. Следовательно, нефть представляет собой лиофильную коллоидную систему. Как и все коллоидные системы, дисперсия асфальтенов нефти не является агрегативно устойчивой. При изменении условий частицы асфальтенов могут слипаться, образуя более крупные агрегаты вплоть до полной коагуляции и выпадения в осадок. Толщина сольватного слоя вокруг частиц асфальтенов сильно зависит от состава дисперсной среды. При большом содержании в нефти смол и ароматических углеводородов толщина слоя наибольшая. При добавлении в нефть предельных углеводородов толщина сольватного слоя быстро уменьшается и при некоторой концентрации в нефти таких предельных углеводородов асфальтены коагулируют и выпадают в осадок. Этим пользуются для выделения из нефти асфальтенов с целью определения содержания их в нефти. Для высаживания асфальтенов в нефть добавляют петролейный эфир, представляющий смесь пентана и гексана. Замечено, что коагуляция асфальтенов начинается уже при добавлении в нефть петролейного эфира в количестве 1:1.

Частицы асфальтенов не шарообразны, их форма неправильная. У частиц имеются ребра, острые углы. На ребрах и углах сольватный слой более тонок, а местами и полностью отсутствует. Углами и ребрами частицы притягиваются друг к другу. Взаимное притяжение частиц асфальтенов приводит к возникновению пространственных сеток, т.е. к возникновению объемной структуры. Когда говорят о возникновении структуры, имеют в виду суммарный, результирующий эффект взаимодействия ребрами и углами частиц асфальтенов. Из-за теплового движения молекул дисперсионной среды частицы асфальтенов перемещаются в жидкости, но из-за своей массы, большей, чем у молекул дисперсионной среды, они значительное время находятся в положениях, когда между ними имеет место более сильное взаимодействие. Иными словами, структуры из частиц асфальтенов возникают, разрушаются и вновь возникают. В разных точках объема нефти структуры возникают, конечно, неодновременно. Но суммарный результат тот же – жидкость оказывается структурированной. Такие структуры в коллоидной химии и реологии называют коагуляционными.

Замечено, что если не происходит смещения слоев дисперсионной среды, то частицы во взаимосвязанном состоянии находятся большее время. К этому же приводит и уменьшение теплового движения молекул, например, при охлаждении системы. При этом частицы постепенно занимают преимущественно такое положение, при котором наиболее полно насыщаются силовые поля ребер и углов, свободные от сольватных слоев. При таком расположении частиц суммарная свободная энергия системы становится меньше, отчего при упомянутых условиях этот процесс будет идти самостоятельно. Перемешивание жидкости, сдвиг ее слоев, естественно, нарушает наиболее энергетически выгодное расположение частиц дисперсной фазы, что приводит к ослаблению взаимодействия их и к уменьшению прочности структуры. Подобные дисперсные системы принято называть тиксотропнообратимыми.

Таким образом, асфальтеносодержащая нефть – коагуляционная система.

Пластовая нефть содержит более или менее значительное количество растворенных попутных газов. Эти газы в основном состоят из метана и этана. Часто в попутном газе содержится много азота. Эти газы, как показали исследования, находясь в растворенном состоянии в пластовой нефти, вызывают десольватацию частиц асфальтенов. Адсорбируясь на частицах асфальтенов, этан, метан и азот уменьшают толщину сольватного слоя. Наиболее сильное влияние на этот слой оказывает азот, по силе действия за ним стоят метан и этан. В пластовой нефти в присутствии азота, метана и этана десольватированные частицы асфальтенов сильно взаимодействуют и образуют пространственные структуры, прочность которых выше, чем у той же нефти, но частично или полностью дегазированной.

В пластовых условиях будут четко проявляться тиксотропные свойства асфальтеносодержащей нефти. До начала разработки нефть в пласт неподвижна. При этом структура в нефти оказывается наиболее упорядоченной и прочной. Но и при эксплуатации залежи скорость движения нефти в наибольшей части объема пор пласта, за исключением призабойных зон скважин, очень низкая. Она измеряется микронами и десятком микронов в секунду. Изменения режима работы эксплуатционных и нагнетательных скважин будут приводить на отдельных участках пласта к значительному уменьшению и так незначительных скоростей движения нефти. Это приведет к тиксотропному упрочнению структуры.

studlib.info

Нефть как коллоидная система — реферат

Поверхностные явления при фильтрации нефти, газа и воды.

При движении жидкостей и газов в пористой сфере в силу причудливой формы поровых каналов граница раздела фаз имеет сложную поверхность с большой площадью. Это является причиной того, что на движение  и равновесие жидкостей, в пористой сфере определяющее влияние оказывает поверхностные явления и капиллярные силы.

При наличие границы, разделяя между двумя  фазами, например между жидкостью и газом, небольшая область вблизи поверхности раздела по своим свойствам отличается от основной части жидкости. Это отличие заключается в том,  что граничные области обладают избытком энергии по отношению к внутреннему объему. Такая энергия называется поверхностной  (свободной).

 Рассмотрим  молекулу, находящуюся в поверхностном  слое. Здесь силы, которые действуют  на неё со стороны других  молекул, направлены или вдоль  поверхности, или внутрь жидкости, так что равнодействующая сила  отлична от нуля и направлена  по нормали к поверхности внутрь  жидкости. Поэтому для перемещения  молекулы жидкости из объёма   к границе раздела требуется  затратить определённое количество  энергии.  Отношение этой энергии, называемой поверхностной, к единицы площади поверхности носит название коэффициента поверхностного натяжения. Эта величина положительна, так как в противном случае было бы невозможно раздельное существование контактирующих фаз.  Исходя  из определения можно записать , где dF и dS –изменения, соответственно поверхностной энергии и площади раздела; -   коэффициент поверхностного натяжения.

Предположим, что мы имеем два надутых воздушных шариков разных размеров, соединенных  между собой короткой трубкой. На первый взгляд  кажется, что малый шарик будет надуваться за счет большого, пока между ними не установится равновесие. Однако это не так, поскольку у меньшего шарика в соответствие с формулой Лапласа больше силы натяжения поверхности, равнодействующая которых направлена к центру.  Поэтому и давление внутри меньшего шара больше, чем внутри большого и, следовательно, воздух будет перетекать от маленького шара к большому.

       Поверхностное натяжение можно определить и как силу, действующую на единицу длины линии, ограничивающей поверхность соприкосновения двух фаз.

         Существование поверхностного натяжения  приводит к деформации поверхности  раздела так, что  её поверхность  оказывается минимальной Так, например, давление внутри капли выше, чем снаружи. Разность давлений  по обе части искривленной   поверхности раздела называется поверхностным давлением и вычисляется по формуле Лапласа

               Поскольку   поверхностное  натяжение  зависит от температуры  и концентрации поверхностно-активных веществ, то в этих условиях возникает градиент поверхностного натяжения.

       Эффективным  является следующий опыт.  На  горизонтальную стеклянную пластину  помещают две капли раствора  разной концентрации на небольшом  расстояние друг от друга, и капли начинают двигаться в одном направлении вдоль линии, соединяющей их центры.

       Это  явление, которое можно назвать  «погоней капель», наблюдается при  условии, что концентрации растворов  подобраны так, чтобы на одной  из капель происходила конденсация  растворителя из газовой фазы,  а на другой - испарение. Если капли  расположены достаточно близко, то исходное симметричное распределение  концентрации в каждой из них  будет нарушено.

       Иными  словами, возникает градиент концентрации, имеющий одинаковое направление  в обеих каплях, а, следовательно, и градиент поверхностного натяжения,   который заставляет капли двигаться  в ту или иную сторону в  зависимости от того, возрастает  или убывает поверхностное натяжение  с ростом концентрации.

Изменение молекулярного взаимодействия  на поверхности раздела двух фаз, приводящее к изменению поверхностного натяжения, может быть осуществляться за счет применения веществ со специальными свойствами.

          Эти свойства  заключаются в  способности преимущественной концентрации (адсорбции)  молекул этого вещества  на поверхности раздела фаз.

          Вещества, адсорбирующиеся на поверхности  раздела, называются поверхностно-активными (сокращенно ПАВ). Поскольку вблизи  поверхности раздела существует  электрическое поле, то полярные  молекулы поверхностно-активные  вещества ориентируются вблизи  границы.

Вследствие этого добавка ПАВ в воду снижает межфазное натяжение воды на границе с нефтью и уменьшает краевые углы избирательного смачивания, т.е. увеличивает  смачиваемость породы водой.  Это способствует улучшению отмыва нефти с поверхности породы.

По химическим свойствам ПАВ делятся на ионогенные, которые диссоцируются на ионы в водных растворах, и на неионогенные. Ионогенные ПАВ, в свою очередь, подразделяются на анионоактивные,  катионоактивные и амфотерные, в зависимости от того, какого знака ионы образуются в среднем в водной сфере. При диссоциации   анионоактивные ПАВ в водных растворах образуются поверхностно-активные анионы,состоящие из углеводородной части молекулы, и катоины, которые представляют собой неорганические оины. 

Катионоактивные ПАВ образуют в водных растворах поверхностно-активные катионы, состоящие из длинных цепей углеродных радикалов и анионов.

При заводнении  пластов в основном применяют неионогенные ПАВ. Высокая поверхностная активность и низкая адсорбируемость на поверхности пород отличает их от ионогенных ПАВ. Неиногенные ПАВ хорошо растворяютсяв пластовых (хлоркальциевых) водах и не дают осадка. Анионоактивные  ПАВ взаимодействуют с солями Са и Мg  и выпадают из раствора, образуя нерастворимые  осадки. Большинство катионоактивных ПАВ не растворяется в минерализованных пластовых водах.

Отмывающие свойства ПАВ используются в различных технологических процессах: для улучшения вытеснения нефти из пласта, обработки призабойной зоны и т.п.

 

yaneuch.ru