Раздел: Естественные науки Исследование электроосмотических явлений в водонефтяных составах Печерин В. Н., Еремеев Н. С. (сотрудник ФГБОУ ВО УГТУ, студент), Ухта Кобрунов А. И. (д. ф.-м. н., профессор), Ухта В данном проекте ставится задача рассмотреть эффект электроосмотических явлений с помощью различных моделей. В результате анализа работы, можно сделать вывод об эффективности применения подобного явления в нефтедобывающей сфере. Основную роль в возникновении электрокинетических явлений играет двойной электрический слой (ДЭС), формирующийся у поверхности раздела фаз. Внешнее электрическое поле, направленное вдоль границы раздела фаз, вызывает смещение одного из ионных слоев, образующих ДЭС, по отношению к другому, что приводит к относительному перемещению фаз, т. е. к электроосмосу. [1]. Электроосмос был открыт Ф. Ф. Рейссом в 1809, который наблюдал вызванное внешним электрическим полем перемещение жидкости в U-образной трубке, перегороженной в нижней части мембраной из кварцевого песка, и движение глинистых частиц в покоящейся жидкости при наложении электрического поля. Г. Видеман установил (1852), что скорость электроосмотического течения пропорциональна силе тока и отношение не зависит от площади сечения и толщины мембраны. [1]. В настоящее время явление электроосмоса используют при осушке стен зданий, сыпучих материалов, а также для пропитки материалов, также применяют электроосмотическое фильтрование в медицинской и других сферах деятельности. В нефтегазовой промышленности электрический осмос не нашел своего применения, что подчеркивает актуальность и целесообразность исследований по использованию явления в нефтегазовом деле. Основной целью является исследование явления электроосмоса на конкретных моделях. В соответствии с целью исследований в работе поставлены следующие задачи: 1. Подготовка и сборка установки для лабораторных экспериментов; 2.Моделирование процесса с различными заданными параметрами; 3.Физическое обоснование явлений. Методика исследований 1.На неподвижно закрепленный штатив подвешивалась пробирка Uобразной формы, в которую помещалась глина, после установления одинакового уровня в обеих частях пробирки, налили солевой раствор (с минерализацией с=116,9 г/л). Отметили уровни глины и воды красным маркером. В силиконовые пробки для пробирки были вмонтированы медные электроды. После размещения электродов в пробирке и подключении их к аккумуляторной батарее началось интенсивное выделение пузырьков газа, это явление сопровождалось на протяжении всего эксперимента. По истечении 30 минут, у отрицательного электрода (анода) мелкие частички глины стали во взвешенном состоянии кружиться вокруг электрода, так и не оседая. Спустя сутки наблюдалось следующее: у отрицательного электрода четкое разделение границы между глиной и прозрачной водой, а у положительного - размытая граница между глиной и мутно-зеленой жидкостью с белым осадком. У положительного электрода было отмечено повышение уровня мутнозеленой жидкости на 4 мм. После того, как были полностью открыты силиконовые пробки, и электроды были извлечены из пробирки, удалось отметить тот факт, что положительный электрод полностью окислился, в осадок выпала соль (NaCl) и предположительно образовалась хлорная медь(CuCl2). После того, как извлекли жидкости, провели замеры их плотности. С помощью плотномера было установлено, что жидкость с отрицательного электрода составляет 0,061 г/см3, а плотность раствора с положительного электро- да(анод) (мутно-зеленая) составила 1,21 г/см3. Отметим, что первоначально плотность раствора составляла 1,072 г/см3. 2.Следующий этап эксперимента состоит в том, что в пробирку добавлена нефть с известной плотностью. Таким образом, образуется три слоя в пробирке: глина, солевой раствор (с=116,9 г/л), нефть. Уровни также отмечены красным маркером. Началось выделение больших пузырьков газа, спустя 1 час после подключения электродов к АКБ, раствор у отрицательного электрода стал мутным, а у положительного - прозрачным. Также на отрицательном электроде в глинах образовалось некоторое расслоение. На следующий день наблюдалось следующее: Количество нефти у отрицательного электрода (катод) увеличилось по сравнению с первоначальным уровнем на 5 мм, у глин появились трещинки, у положительного электрода (анод) между уровнями нефти и глины образовался слой в виде мутно-зеленого осадка, предположительно хлорная медь(CuCl2), в осадке соль (NaCl), уровень нефти понизился приблизительно на 5 мм. 3.Следующая модель показалась наиболее интересной. Нижний слой пробирки мы наполнили глинистым песчаником, в одну из частей пробирок налили нефть с известной плотностью. Ту часть пробирки, где содержится нефть подключили к положительному полюсу, соответственно другую часть – к отрицательному, с помощью медных электродов. Спустя 40 минут началось движение нефти от + к –, и тем самым флюид стал пробиваться сквозь глину. Через 12 часов изменений не обнаружено, только тот факт, что силиконовая пробка у отрицательного электрода поднялась вверх (выходило много пузырьков газа) Спустя сутки после третьего опыта, мы достали электроды и заметили, что отрицательный электрод стал черным и имеет запах нефти, глина в пробирке потемнела. Но полностью нефть не фильтровалась от плюса к минусу, возможно изза того, что глина слишком уплотненная. Далее мы создали в двух идентичных пробирках абсолютно равные условия, НО в правую пробирку U- образной формы подключили электрической ток, также в часть с нефтью подключили + с помощью медных электродов, а без нефти -. А левую пробирку оставили без подключения внешнего тока. И спустя 3 недели был получен следующий результат: в пробирке с подключенным электрическим током нефть, двигаясь от + к -, уравновесила сосуд. А в пробирке без тока – никаких изменений за 21 день получено не было. И спустя ровно 1 месяц был получен следующий результат: в пробирке с подключенным внешним током по прежнему уровень на катоде и аноде был одинаков. А в другои пробирке (без тока) нефть начала движение, пробиваясь через породу, но так и не появилась в другой части пробирки. После проведения экспериментов можно сделать следующие выводы: 1. Явление электроосмоса с водонефтяными составами возможно воспроизвести в лабораторных условиях, что позволяет моделировать различные условия проведения опытов. 2. В опытах № 3 и 4, наблюдалось насыщение нефтью по всей длине мембраны и ее фильтрация сквозь низкопроницаемую среду от анода к катоду, то есть фильтрация нефти произошла на капиллярном уровне. 3. Электрический осмос возможно использовать в нефтедобывающей сфере как поисковый признак при геологосъемочных работах на нефть в низкопроницаемых коллекторах. 4. Экспериментальная часть работы показала эффективность применения данного метода в нефтедобывающей сфере. 5. В эксперименте под номером 5 удалось выявить определенную закономерность: в пробирке без подключения электрического тока нефть не способна отфильтроваться из одной части U – образной пробирки в другую, а в пробирке с подключенными катодом и анодом произошло уравновешивание обеих частей пробирки, таким образом можно сделать вывод о том, что под действием электрического тока нефть может осуществлять фильтрацию на уровне сил, которые не превышают гравитационные, которые заложены в основу сообщающихся сосудов. Библиографический список 1. Белик В. В. Физическая и коллоидная химия / Белик В. В., Киенская К. И. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 288 с.