Посмотрите также другие разделы нашего сайта!!!

Литература
много книг по нефти и газу

Программы нефтегазового комплекса

Медиафайлы про нефть

Анекдоты про нефтяников

Знакомства для буровиков

Всё про нефть и газ / Литература(каталог книг)

ВНИМАНИЕ

В текстах книг представленных на сайте в интернет формате очень много ошибок, не читаются рисунки, графики разбиты, это связанно с некачественной перекодировкой конвекторов из PDF формата и HTML.

Если Вам необходимы качественный текст с рисунками и графиками - то скачиваите книги с нашего сайта в формате PDF.

ссылка для скачивания книги или главы в формате PDF находится внизу страницы.

анекдоты

программы

истории

Глава А

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗВЛЕКАЕМЫХ НЕФТЕЙ И ИЗОВИСКОЗНЫХ МОДЕЛЕЙ ПЛАСТОВЫХ НЕФТЕЙ

Пробы нефти для диэлектрических исследований были отобраны из скважины 309 Уршакского и 1806 Арланского нефтяных месторождений, эксплуатирующих пласты соответственно Nj и Сп. Уршакскую и повышенной вязкости арланскую нефти, а также изовискозные модели пластовых нефтей на их основе, готовили по ОСТ 39-195-86. Модель уршакской нефти в петролейном эфире при пластовой температуре 318 К характеризовалась вязкостью 3,04 мПа-с. Вязкость моделей арланской нефти в петролейном эфире, керосине и бензине БР-2(С2-80/120) при пластовой температуре 297 К составляла 11,8 мПа-с.

Спектры комплексной диэлектрической проницаемости е* подготовленных нефтей и их изовискозных моделей, а также растворителя № 1, моделирующего извлекаемую нефть пласта Д1 по поверхностным свойствам и взаимной растворимости ее основных фракций [72], были измерены в диапазоне частот электромагнитного поля от 2-10 до 3-10 Гц. Целью данных исследований является идентификация видов коллоидных частиц в нефтях, их моделях, растворителе № 1 с помощью созданного каталога диэлектрических спектров модельных дисперсных систем и анализ их агрегативной и термодинамической устойчивости в области температур 293-353 К [76, 77, 81].

4.1. ИНДЕНТИФИКАЦИЯ ВИДОВ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ В НЕФТЯХ И ИХ МОДЕЛЯХ

Для извлекаемых нефтей, моделей нефтей значения низкочастотной удельной электропроводности, характеризующие первую и вторую релаксации в спектре е*, не выходили за пре-

87

делы, известные для дистиллированной воды (10 -10 См/м). Для всех исследованных систем [81] температурные зависимости а, относящиеся к первой релаксации в спектре, имели ход, совпадающий с ходом зависимостей lg о - 1/ Г для полимеров с ионной проводимостью [6, 131]. Подобные зависимости для второй релаксации в спектре характеризовались сложным видом и экстремумами и перегибами в областях пластовых температур 297 и 318 К (рис. 4.1).

На рис. 4.2 — 4.6 представлены характерные для изученных систем спектры 8*. В них были выявлены три перекрывающиеся релаксации, за исключением спектров арланской нефти при температурах 293 и 353 К, где в интервале частот спектра от 2-Ю5 до (2ч-6,3>106 Гц была установлена дополнительная релаксация, подчиняющаяся правилу m-й степени (1.5) (см. рис. 4.2 и 4.3).

Первая релаксация в интервале частот спектра от 2-10 до 2-105 Гц для нефтей и моделей нефтей формально определяется поляризацией поверхности раздела Максвелла - Вагнера (3.3) (см. рис. 4.2-4.5). Она обусловлена фазой коллоидных частиц типа ФПС (т = (1,3U4,74>10~6 с для нефтей и

Рис 4 1 Температурные зависимости удельной электропроводности о характеризующие первую релаксацию в спектрах уршакской нефти (1) и вторую в спектрах уршак^кой нефти (2) модели арланской нефти в керосине (3) модели уршакской нефти в петролейном эфире (4)

88

Рис. 4.2. Спектр комплексной диэлектрической проницаемости арланской неАти при температуре 293 К:

f = 7-Ю2; 2-Ю5; 2-Ю13; 3 2-Ю7; 1-Ю9 Гц - значение граничных частот соответственно для первой, второй, третьей и последней релаксаций в спектре

Рис 4 3 Спекто комплексной диалектической поонипаемости аоланской небти

при температуре 353 К:

f = 5-Ю3* 2-Ю5- б 3-Ю6- 2-Ю7- 1 6-Ю9 Гц - значение граничных частот

соответственно для первой, второй, третьей и последней релаксаций в

спектре

Рис. 4.4. Спектр комплексной диэлектрической проницаемости модели уршакской нефти в петролейном эфире при температуре 318 К:

f = 5-103; 2-105; 2,5-Ю7; 1 6109 Гц - значение граничных частот соответственно для первой, второй и последней релаксаций в спектре

(2,05+3,95)-10"6с для моделей нефтей). Интенсивность релак-сации сравнительно небольшая (для нефтей и моделей нефтей tg6 = 0,12+0,25) [811

В интервале частот от (2-105+6,3-106) до (2+6,3)-107 Гц в спектрах нефтей и моделей нефтей была обнаружена слабоинтенсивная (для арланской нефти tg 6М = 0,02+0,05) вторая релаксация, отражаемая формулой Дебая (3.2). Ее существование оределяется фазой твердокристаллических коллоидных частиц (для нефтей т = 5,62+33,4 не и 4-28 не для моделей нефтей). Не исключено, что это частицы типа пачечных структур, составленных из асфальтенов и смол. Релаксация в спектрах арланской нефти подчиняющаяся правилу m-й степени обусловлена фазой мицеллообразных коллоидных частиц типа пластинчатых или палочкообразных мицелл неонолов (см. табл. 3.1). В области температуры 303 К происходит базовый переход этих частиц в фазу твердокристаллических коллоидных частиц В области темпепатуры 353 К наблюдается Фазовый переход твердокристаллических частиц в фазу частиц определяемых правилом m-й степени.

91

Рис. 4.5. Спектр комплексной диэлектрической проницаемости в звуковом диапазоне частот электромагнитных колебаний модели арланской нефти в керосине при температуре 293 К:

1, 2- частотные зависимости соответственно относительной диэлектрической проницаемости е' и фактора диэлектрических потерь е"

Рис. 4.6. Спектр комплексной диэлектрической проницаемости в диапазоне радиочастот электромагнитного поля модели арланской нефти в керосине при температуре 293 К:

1, 2- частотные зависимости соответственно относительной диэлектрической проницаемости е' и фактора диэлектрических потерь е"

92

Установленная в интервале частот от (2н-6,3)-107 до 3-н -7- ю9 Гц и, сравнимая по интенсивности с первой релаксацией, последняя релаксация в спектрах е* нефтей, моделей неф-тей, для модели арланской нефти в керосине определяется формулой Дебая (3.2), для остальных исследованных систем -модифицированным уравнением Дебая (1.4) или соотношением Гаврильяка и Негами (см. рис. 4.3) [6]:

8* - 8Ю = (es - ej/[l + (irox)1_a]p. (4.1)

Последняя релаксация определяется фазой мицеллообраз-ных коллоидных частиц типа сферических мицелл неонолов. В случае подчинения ее формуле Гаврильяка и Негами она обусловлена фазой мицеллообразных частиц - набором типа сферических мицелл и мицелл с повышенной по сравнению со сферическими степенью их упорядоченности (для нефтей х = = 0,4+0,43 не и для моделей нефтей 0,4+0,5 не). Наиболее вероятно, что мицеллобразные коллоидные частицы являются ас-фальтосмолистыми и асфальтеновыми молекулярными агрегатами типа глобул [81].

Вопреки прогнозу о существовании в нефтях повышенной вязкости типа арланской разнообразных жидкокристаллических структур [40], жидкокристаллическая фаза в исследованных нефтях и моделях нефтей не обнаружена.

4.2. АНАЛИЗ АГРЕГАТИВНОЙ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ В НЕФТЯХ И ИХ МОДЕЛЯХ

Часть из приведенных в работе [81] температурных зависимостей диэлектрических параметров, характеризующих выявленные релаксации в спектрах е* нефтей, моделей нефтей, представлена на рис. 4.7-4.10.

Данные зависимости для всех исследованных систем характеризовались сходным видом. Наиболее общей закономерностью этих зависимостей является наличие экстремумов и перегибов в области пластовых температур Арланского и Уршакс-кого месторождений (соответственно 297 и 318 К). Ход температурных зависимостей структурных параметров es и Де в большинстве случаев совпадал, что формально свидетельствует об отсутствии признаков расслоения в изученных нефтях и моделях нефтей. Полученные значения высокочастотной диэле-

93

Рис. 4.7. Темпеоатуоные зависимости лиэлектоических паоаметоов хаоактеои-зующие первую релаксацию в спектрах уршакской (1) и арланской (2) нефтей, моделей арланской нефти в бензине БР-2 (3) и уршакской нефти в петролейном эфире (4)

ктрической проницаемости е^ для первой релаксации близки к величинам 8 , определенным по второй релаксации в диапазоне радиочастот электромагнитного поля. Характерные для первой релаксации значения в не выходили за пределы этих величин, известных для нефтей. Для выявленных в спектрах в* исследованных нефтей, моделей нефтей релаксаций зависимости lgx - 1/ 1имеют неаррениуссовский вид. Последняя релаксация в спектрах в области температур от 293 до 353 К для всех изученных систем характеризуется постоянством времени релаксации т [81].

На примере арланской нефти проведен анализ агрегатив-ной и термодинамической устойчивости коллоидных частиц типа ФПС с оценкой изменений их числа с ростом температуры по величине tg 6М (см. рис. 4.7). С повышением температуры

94

Рис. 4.8. Темпеватувные зависимости диэлектвических паваметвов для модели уршакскойнефшвпетролейномэфире:

172 - соответственно вторая и последняя релаксации в спектре

от 293 до 303 К величина ? уменьшается (происходит агрегация частиц), Ае резко увеличивается (дезагрегация частиц), значение т резко уменьшается (снижается степень агрегатив-ной устойчивости частиц), tg 5 резко увеличивается (число частиц заметно растет). При дальнейшем росте температуры от 303 до 318 К значение е растет (дезагрегация частиц), Ае уменьшается (агрегация частиц), значение т резко увеличива-ется (растет степень агрегативной устойчивости частиц), tg б снижается (число частиц уменьшается). При температурах выше пластовой температуры арланской нефти происходит окончательное расслоение фазы ФПС на две фазы. С увеличением температуры от 318 до 353 К наблюдается рост 8 и Ае (дезагрегация частиц), значение т растет (увеличивается степень агрегативной устойчивости частиц), tg бм повышается (растет число частиц). При температурах выше пластовой температуры уршакской нефти начинается выпадение в осадок фазы ФПС' Интенсивность дезагрегации коллоидных частиц типа ФПС, характеризующаяся степенью роста ? , определяется со-держанием в нефти (или модели нефти) асфальтенов и гете-

95

Рис. 4.9. Температурные зависимости диэлектрических параметров, характери-зующие вторую (1) и последнюю (2) релаксации в спектрах уршакской нефти

роатомов (S + N + О) [94]. Более высоким содержанием в ар-ланской нефти этих компонентов объясняется более интенсивный рост 8S с увеличением температуры для арланской нефти по сравнению с уршакской (см. рис. 4.7). Аналогичный анализ показывает, что явления расслоения на две фазы и выпадения в осадок фазы ФПС (протекающие с отличной интенсивностью) характерны для остальных исследованных систем. В случае моделей арланской и уршакской нефтей в петролейном эфире наблюдаются при температурах выше пластовой только явления расслоения фазы ФПС на две фазы.

Аналогичный анализ проведен для коллоидных частиц, определяемых второй и последней релаксациями в спектрах модели уршакской нефти в петролейном эфире (см. рис. 4.8).

С ростом температуры от 293 до 297 К значения ss и As, характеризующие вторую релаксацию в спектрах модели уршакской нефти в петролейном эфире, резко увеличиваются (сильная дезагрегация твердокристаллических коллоидных частиц), величина т резко растет (степень агрегативной устой-

96

Рис. 4.10. Температурные зависимости диэлектрических параметров для модели арланской нефти в керосине:

1, 2 - соответственно вторая и последняя релаксации в спектре

чивости частиц увеличивается), tg 6м слабо повышается. В интервале температур 297-303 К значения е и А 8 уменьшаются (агрегация частиц), значение т снижается (степень агрегатив-ной устойчивости частиц падает), tg бм слабо уменьшается (уменьшение числа частиц незначительное). При температурах выше пластовой температуры арланской нефти наблюдается склонность к расслоениею фазы твердокристаллических коллоидных частиц на две фазы. С повышением температуры от 303 до 318 К величины 8S и 8 растут (дезагрегация частиц), значение т уменьшается (степень агрегативной устойчивости частиц снижается), tg 6M не изменяется (число частиц остается постоянным). При температурах выше 303 К начинается расслоение фазы твердокристаллических коллоидных частиц на две фазы. С ростом температуры от 318 до 333 К значения ss и As растут (дезагрегация частиц), величина т увеличивается (степень агрегативной устойчивости частиц растет), tg 6M повышается (растет число частиц). При температурах выше пластовой температуры уршакской нефти происходит полное

97

расслоение фазы твердокристаллических коллоидных частиц на две фазы. С увеличением температуры от 333 до 353 К величины es и Де растут (дезагрегация частиц), значение х остается постоянным (степень агрегативной устойчивости частиц не изменяется), tg 6H слабо повышается (незначительный рост числа частиц). При температурах выше 333 К начинается выпадение фазы твердокристаллических коллоидных частиц в осадок.

Подобный анализ остальных исследованных систем показал, что им также присущи явления расслоения фазы твердокристаллических коллоидных частиц на две фазы и выпадения ее в осадок с различающейся интенсивностью. Поскольку вторая релаксация в спектрах всех изученных систем слабоинтенсивная, то доля выпадающей в осадок фазы твердокристаллических коллоидных частиц от общего количества нефти (или модели нефти) является незначительной [81].

С повышением температуры от 293 до 297 К значения es и Де, характеризующие последнюю релаксацию в спектрах модели уршакской нефти в петролейном эфире, повышаются (дезагрегация мицеллообразных коллоидных частиц), в интервале 297-303 К значения этих параметров уменьшаются (агрегация частиц), при повышении температуры от 303 до 309 К параметры es и Де увеличиваются (дезагрегация частиц), при дальнейшем росте температуры от 309 до 318 К значения es и Де снижаются (агрегация частиц) и в интервале 318-353 К они не изменяются (незначительная дезагрегация). Поскольку изменения es и Де сравнительно небольшие, а величины tg 6Н и х в области температур от 293 до 353 К не изменяются (число частиц и степень их агрегативной устойчивости не зависят от температуры), то фазу мицеллообразных частиц в данном диапазоне температур можно считать в достаточной мере агре-гативно и термодинамически устойчивой. Это заключение в полной мере относится к фазе мицеллообразных частиц в остальных исследованных системах (см. рис. 4.9 и 4.10). Характеризующие последнюю релаксацию в спектрах параметры а и р в зависимости от температуры изменяются в небольших пределах [81].

4.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСТВОРИТЕЛЯ № 1

Значения низкочастотной удельной электропроводности в звуковом диапазоне частот электромагнитных колебаний для растворителя № 1 группируются вокруг величины о = 10 8 См/м, ха-

98

рактерной для диэлектриков. Ход температурной зависимости этого параметра противоположен ходу зависимости lg о - 1 / Т для полимеров с ионной проводимостью. В области температур 303 и 318 К данная зависимость имеет изломы [76].

В диапазоне частот электромагнитного поля от 210 до 310 Гц в диэлектрических спектрах растворителя № 1 выявлены три релаксации (рис. 4.11 и 4.12).

Первая релаксация в интервале частот электромагнитных колебаний от 2-10 до 2-Ю5 Гц определяется поляризацией поверхности раздела Максвелла - Вагнера (3.3) (см. рис. 4.11). В исследованной области температур она характеризуется значениями tg 6Н < 1 и величинами х = (3,407-н8,444)-10~4 с. Обусловленные этой релаксацией коллоидные частицы типа НКМА в растворителе № 1 по степени их упорядоченности сравнимы с тиксотропными сетчатыми структурами неонолов.

Вторая и последняя релаксация в спектре перекрываются (см. рис. 4.12). Установленная в интервале частот спектра от 2-10 до 8-10 Гц вторая релаксация подчиняется правилу т-й степени (1.5). Она определяется надмолекулярными структурами, сравнимыми по степени упорядоченности с палочкообразными мицеллами неонолов (см. табл. 3.1).

Последняя релаксация в интервале частот спектра растворителя № 1 от 8-Ю9 до 3-Ю9 Гц описывается соотношением Коула - Дэвидсона (3.1), она несколько слабее по интенсивности первой релаксации и характеризуется значениями х = = 0,4+0,476 не. Судя по величинам х, эта релаксация отражает надмолекулярные структуры, близкие по степени упорядоченности к набору типа сферических мицелл неонолов и мицелл с повышенной по сравнению со сферическими степенью их упорядоченности.

На рис. 4.13 изображены температурные зависимости диэлектрических параметров, относящиеся к релаксациям, выявленным в диэлектрических спектрах растворителя № 1 [76, 77].

Зависимости lg х - 1 / % характеризующие первую и последнюю релаксации в спектрах растворителя № 1, имеют не-аррениуссовский вид.

Значения статической диэлектрической проницаемости es, относящиеся к первой релаксации, являются сильно завышенными, вследствие влияния электропроводности. Это подтверждается ростом значений tg 6M с повышением температуры. Параметр е^ лежит в пределах 4,5-5,7, что несколько выше значений es, измеренных в диапазоне радиочастот электромагнитного поля [76, 77]. Характеризующие эту релаксацию зависи-

99

Рис. 4.11. Частотная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tg 6 для растворителя № 1 при температуре 293 К

мости es(T), 6М(Т), 6М и т(Т), имеют изломы (или перегибы) в областях температур 303 и 318 К. Такой ход этих зависимостей свидетельствует о том, что при температурах выше 318 К начинается расслоение фазы НКМА на две фазы.

Рис. 4.12. Спектр комплексной диэлектрической проницаемости растворителя № 1 при темпера^ре 293 К:

f = 2-105; 8-107 и 1-109 Гц - значение граничных частот соответственно для второй и последней релаксаций в спектре

100

Рис. 4.13. Темпеоатуоные зависимости лиэлектоических паоаметоов лля оас-творителя№1: Д Р р р для р

1, 2, 3 - соответственно первая, вторая и последняя релаксации в спектре

Число надмолекулярных структур, отражаемых второй ре-лаксацией, не зависит от температуры (показатель т( ?) = = const), содержание этой фазы в растворителе № 1 незначительно. Величина 8 в области температур 293—353 К слабо и монотонно убывает с ростом температуры, т.е. идет слабая агрегация данных структур. Определяемая ими фаза термодинамически достаточно устойчива.

Ход зависимостей 6(Т), е (Т), е(Т), tg 6 и т(Т), характе-ризующих последнюю релаксацию в спектрах растворителя № 1 позволяет заключить что при температурах превышаю-щих 303 К фаза надмолекулярных структур отражаемая этой релаксацией склонна к расслоению на две фазы

101

Наиболее вероятно, что выявленные надмолекулярные структуры в растворителе № 1 являются комплексами молекул бензина С2-80/120 и N,N диметилформамида с различной степенью упорядоченности, достаточно равномерно распределенными в среде толуола.

По поляризационным и релаксационным характеристикам растворитель № 1 сходен с исследованными извлекаемыми нефтями и изовискозными моделями пластовых нефтей. С учетом того, что этот растворитель моделирует извлекаемую нефть пласта Д1 по поверхностным свойствам и взаимной растворимости ее основных фракций, следует ожидать, что он является одним из самых эффективных реагентов смешивающегося вытеснения.

102

Скачать эту главу в формате PDF

Всё про нефть и газ / Литература(каталог книг)