В статье рассмотрен метод определения оптимальной концентрации для растворов ПАВ, приведена зависимость изменения межфазного натяжения на границе с керосином от концентрации ПАВ.
Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, ПАВ, критическая концентрация мицеллообразования, мицеллы, межфазное натяжение, коэффициент извлечения нефти.
Вытеснение нефти с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ) — один из распространенных методов увеличения нефтеотдачи на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами. В результате применения ПАВ снижается межфазное натяжение на границе нефть-вода, благодаря этому в разработку вовлекается пленочная нефть, происходит увеличение коэффициента вытеснения и, как следствие, коэффициента извлечения нефти (КИН).
Молекулам ПАВ характерно дифильное строение: они содержат гидрофильную часть (водорастворимую), состоящую из полярных групп (−NH2, -SO2OH, -COOH, -OH и др.) и гидрофобную часть (малорастворимую), представленную неполярными группами, зачастую имеющими углеводородную структуру. Схематическое изображение молекулы ПАВ приведено на рисунке 1.
Рис. 1. Схематическое изображение молекулы ПАВ
На сегодняшний день существует несколько видов классификации поверхностно-активных веществ:
- По молекулярной массе (низкомолекулярные, высокомолекулярные).
- По физическому состоянию (жидкость, твердое тело).
- По характеру воздействия на границу раздела фаз.
- По заряду гидрофильной части.
Наибольшее распространение получил последний вид классификации, согласно которому выделяют катионные (КПАВ), анионные (АПАВ), неионогенные (НПАВ) и амфолитные ПАВ. В нефтяной промышленности чаще применяются неионогенные ПАВ, которые не вступают в реакцию с щелочно-земельными металлами и обладают минимальными показателями адсорбции на породе.
На эффективность заводнения с применением поверхностно-активных веществ влияют: концентрация ПАВ, минеральный состав пластовых вод, давление, температура, тип породы коллектора и его химический состав, величина гидрофильно-липофильного баланса и др.
Одной из главных задач при подборе ПАВ для конкретных геолого-физических условий является выбор оптимальной концентрацию оторочки ПАВ, при которой будет достигнуто минимальное межфазное натяжение. Для каждого типа ПАВ существует определенная концентрация, называемая критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), при достижении которой образуются мицеллы — агрегаты, состоящие из молекул ПАВ (рисунок 2).
Рис. 2. Мицеллы коллоидных ПАВ: сферические (а), дискообразные (б), цилиндрические (в)
Величина ККМ зависит от длины цепи ПАВ, температуры, наличия электролитов, характера полярной группы. Критическую концентрацию мицеллообразования находят в лабораторных условиях на основе изучения зависимостей параметров ПАВ от его концентрации, которые изображены на графике (рисунок 3). Характерная точка излома кривой зависимости соответствует ККМ.
Рис. 3. Схематическое изображение зависимостей физических свойств растворов ПАВ от их концентрации
В ходе исследовательских работ было определено межфазное натяжения растворов ПАВ на границе с керосином [2]. Результаты определения поверхностных свойств ПАВ приведены на рисунке 4 и в таблице 1. Согласно полученным результатам следует, что с увеличением концентрации ПАВ выше значения ККМ, межфазное натяжение изменяется незначительно.
Рис. 4. Зависимость межфазного натяжения растворов ПАВ от концентрации на границе с керосином
Таблица 1
Межфазное натяжение растворов ПАВ на границе скеросином
|
№п/п |
Название ПАВ |
Межфазное натяжение раствора, мН/м, при концентрации ПАВ врастворе,%масс. |
|||||
|
0 |
0,1 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
||
|
1 |
Сульфанол |
31,4 |
4,2 |
1,8 |
1,4 |
1,1 |
1,0 |
|
2 |
Неонол АФ9–6 |
31,4 |
13,4 |
9,9 |
9,1 |
8,5 |
7,9 |
|
3 |
ОП-10 |
31,4 |
5,7 |
3,7 |
3,5 |
3,25 |
2,9 |
|
4 |
Нефтенол МЛ |
31,4 |
6,4 |
2,3 |
1,9 |
1,7 |
1,7 |
Таким образом, оптимальной концентрацией ПАВ является значение вблизи ККМ. Для каждого ПАВ данный параметр индивидуален, поэтому для определения концентрации вытесняющего агента на основе поверхностно-активных веществ, следует проводить лабораторные эксперименты по определению критической концентрации мицеллообразования.
Литература:
- Зимон А. Д., Лещенко Н. Ф. Коллоидная химия. — М.:Химия, 1995.- С.28–40.
- Королев М. И. Обоснование технологии извлечения остаточной нефти из неоднородных терригенных коллекторов с использованием микроэмульсионных составов: дис.... канд. технич. наук. Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, 2018.
- Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии /Под ред. Ю. Г. Фролова, А. С. Гродского. М.; Химия, 1986, 216 с.
- Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984.
- Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. — М.: Химия, 1988.
