На фоне общемировой тенденции усложнения условий добычи и дальнейшей переработки нефти, что в свою очередь повышает значимость вторичных и третичных методов увеличения нефтеотдачи (МУН) эта цель является крайне актуальной. Вторичные методы представляют собой МУН, осуществляемые за счет поддержания внутрипластовой энергии путем закачивания воды или газа в пласт. В третичных методах повышение нефтеотдачи осуществляется за счет негидродинамических способов. Третичные МУН подразделяются на: физико-химические, газовые, тепловые и микробиологические. В нашем случае особый интерес представляют физико-химические методы, сущность которых заключается в подаче активных компонентов в пласт. Физико-химические методы в свою очередь подразделяются на вытеснение и деструктивные.
При использовании вытеснительных методов в качестве активного агента в пласт закачивают растворы ПАВ, полимеров или щелочей. Для деструктивных методов характерно использование реагентов разрушающих структуру нефтеносной породы (например, кислотная обработка пласта). Заводнение растворами ПАВ снижает поверхностное натяжение на границе системы «нефть – вода», а так же снижает вязкость нефти, что способствует улучшению ее вытеснения водой. Вода лучше впитываться в поры, занятые нефтью, и отмывает ее с твердой поверхности за счет повышенной смачиваемости нефтеносной породы [1, 2].
В работе изучено влияние додецилсульфата натрия и олеата калия на поверхностное натяжение на границе раздела раствор ПАВ-воздух. Данные величины могут характеризовать способность нефтяной дисперсной системы (НДС) к образованию эмульсий и смачиванию нефтеносной породы. По величине поверхностного натяжения на границе раздела фаз рассчитаны термодинамические параметры адсорбции ПАВ, что позволит сделать вывод о применимости тех или иных реагентов.
Экспериментальная часть исследования проводилась на тензиометре DCAT 11EC (DataPhysics, Германия) с использованием метода погружения пластины [3]. В качестве поверхностно активных веществ использовали додецилсульфат нитрия и олеат калия марки «ХЧ» Полученные экспериментальные данные представленны в таблице 1.
Таблица 1.
Влияние концентрации ПАВ на поверхностное натяжение на границе раздела воздух – жидкость (при постоянной температуре 20 0С)
|
Олеат калия |
додецилсульфат натрия |
||
| концентрация ПАВ, моль/л | поверхностное натяжение
(SFT, mN/m) |
концентрация ПАВ,
моль/л |
поверхностное натяжение
(SFT, mN/m) |
| 0 | 72,25 | 0 | 72,25 |
| 1,2·10-6 | 72,20 | 4,0·10-6 | 66,72 |
| 0,6·10-6 | 69,47 | 8,0·10-6 | 67,22 |
| 1,2·10-5 | 60,59 | 4,0·10-5 | 55,97 |
| 0,6·10-5 | 46,90 | 8,0·10-5 | 59,45 |
| 1,2·10-4 | 40,36 | 8,0·10-4 | 32,00 |
| 0,6·10-4 | 30,79 | 4,0·10-3 | 28,88 |
| 1,2·10-3 | 28,51 | 8,0·10-3 | 29,56 |
Путем обработки полученных результатов [4] были построены изотермы адсорбции ПАВ на границе раздела фаз представленные на рисунке 1.
Рисунок 1. Зависимость Гиббсовской адсорбции от концентрации ПАВ.
Применив уравнение изотермы Ленгмюра к адсорбции на границе жидкость-газ, были рассчитаны молекулярных характеристик исследуемых ПАВ. Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра для адсорбции на границе жидкость газ записывается:
(1)
где: С – концентрация растворенного вещества, К – константа адсорбционного равновесия в уравнении Лэнгмюра, Г¥. – предельная гиббсовская адсорбция (емкость адсорбционного монослоя). Уравнение Лэнгмюра позволяет определить размеры ПАВ в поверхностном слое. Для этого уравнение приводят к линейному виду:
(2)
Изотермы адсорбции в координатах линейной формы уравнения Лэнгмюра представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Изотермы адсорбции в координатах линейной формы уравнения Лэнгмюра.
По величине обратной тангенсу угла наклона прямой определена предельная адсорбции Г∞ = tgα. Для олеата калия предельная адсорбция составила 4,97·10-3 моль/м2, для додецилсульфата натрия 8,37·10-3 моль/м2 соответственно.
Путем экстраполяции зависимость до оси ординат, находим отрезок . Зная значение Г∞, определяем площадь, занимаемую одной молекулой ПАВ в насыщенном адсорбционном слое на границе раздела фаз:
В таблице 2 приведены сравнительные характеристики исследованных ПАВ:
Таблица 2.
Сравнительные характеристики додецилсульфата натрия и олеата калия.
| Характеристика ПАВ | Олеат калия | додецилсульфат натрия |
| Тип ПАВ | Анионное ПАВ | Анионное ПАВ |
| Критические концентрации мицеллообразования (ККМ) | 1,2 • 10–3 | 8,1 • 10–3 |
| Рациональная формула | C17H33COOK | C12H25SO4Na |
| Молярная масса | 320,55 г/моль | 288.38 г/моль |
| Плотность | 1,1 г/см3 | 1.01 г/см3 |
| Площадь, занимаемая одной молекулой ПАВ в насыщенном адсорбционном слое на границе раздела фаз, м2 | 3,34 • 10-22 | 1,98 • 10-22 |
| Константа адсорбционного равновесия (К) | 1,26 • 105 | 0,13• 105 |
| Предельная адсорбция (Г∞) | 4,97·10-3 моль/м2 | 8,37·10-3 моль/м2 |
Более высокое значение константы адсорбционного равновесия олеата калия предоставляет возможность сделать вывод о его эффективности в качестве ПАВ понижающего поверхностное натяжение на границе раздела фаз, а следовательно, и повышающего нефтеотдачу при использовании в нефтевытесняющих растворах.
Список литературы.
- Л.К. Алтунина, В.А. Кувшинов “Увеличение нефтеотдачи пластов композициями ПАВ”; Новосибирск, Наука, 1995
- Д. Крянев, С. Жданов “Применение методов увеличения нефтеотдачи пластов в России и за рубежом”; JSC ВНИИнефть.
- Щукин Е.Д. Коллоидная химия / Е.Д. Щукин, А.В. Перцев, Е.А. Амелина. — М.: Химия, 1992 — 207 с.
- Поверхностные явления. Изотермы адсорбции: метод. указания/ сост. И.Ю. Рощупкина, Г.А. Алемаскина, Е.С. Абдрахимова, И.А. Платонов – Самара: Изд-во Самар. Гос. Аэрокосм. Ун-т, 2013. – 14 с.[schema type=»book» name=»ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТА НАТРИЯ И ОЛЕАТА КАЛИЯ В КАЧЕСТВЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ» author=»Луцкий Денис Сергеевич, Игнатович Александр Сергеевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-02″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]