Способ определения гидрофобизирующих свойств химреагентов
Использование: в различных областях промышленности, в том числе нефтяной, для контроля гидрофобизации твердой поверхности природных и техногенных пористых сред при применении химреагентов - гидрофобизаторов. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности контроля. Сущность: осуществляют фильтрацию водного раствора электролита через образцы пористой среды при постоянном перепаде давления между "входом" и "выходом" образца до достижения стационарности процесса фильтрации и образования на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя, вносят на "вход" образца пористой среды химреагенты и определяют гидрофобизирующие свойства химреагентов по величине их адсорбции, подают на "вход" образца пористой среды водный раствор электролита, дожидаются стационарности процесса фильтрации и по интенсивности и степени восстановления гидрофильного ионно-гидратного слоя судят об остаточной гидрофобизирующей способности химреагентов. Контроль за достижением стационарности процесса фильтрации и образования на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя осуществляют по потенциалу течения. 3 з. п. ф-лы, 3 ил. , 2 табл.
Изобретение относится к способам контроля гидрофобизации твердой поверхности природных и техногенных пористых сред при применении химреагентов-гидрофобизаторов, и может быть использован в различных отраслях промышленности, в том числе, в нефтяной.
Наиболее близок по существу решаемой задачи к заявляемому способу способ определения гидрофобизирующих свойств химреагентов, защищенный патентом РФ 2158915, G 01 N 13/00, БИ 31, 2000 г. , предусматривающий определение интенсивности процессов адсорбции исследуемых химреагентов на поверхности пористой среды из водного раствора, для изучения которой последовательно пористую среду приводят в контакт с водным раствором электролита, дожидаются равновесия процесса образования на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя, вносят в подготовленную систему химреагенты и их гидрофобизирующие свойства определяют по интенсивности процессов десорбции электроактивных компонентов гидрофильного ионно-гидратного слоя, электрохимически сопряженных с процессами его разрушения при адсорбции химреагентов на поверхности пористой среды. Главный недостаток способа по прототипу заключается в отсутствии возможности определения "остаточных" гидрофобизирующих свойств исследуемых химреагентов, проявляемых при дальнейшем контакте пористой среды, содержащей адсорбированные химреагенты, с водным раствором электролита, не содержащим химреагентов - т. е. в процессе десорбции адсорбированных поверхностью пористой среды химреагентов при "отмывании" пористой среды исходным раствором электролита, что показывает недостаточную эффективность известного метода. В реальных промысловых условиях применение гидрофобизаторов в нефтедобыче заключается в закачке в продуктивный пласт ограниченной оторочки раствора гидрофобизатора с последующей закачкой подтоварной воды, и эффективность гидрофобизатора зависит именно от остаточной адсорбционной способности. Решаемой задачей заявляемого способа является повышение эффективности определения гидрофобизирующих свойств химреагентов по отношению к поверхности пористых сред. Ожидаемым техническим результатом изобретения является расширение аналитических возможностей известного способа определения гидрофобизирующих свойств химреагентов и повышение надежности их установления при обработке растворенными химреагентами поверхности пористых сред, с последующим "отмыванием" химреагентов, адсорбированных на такой поверхности. Определение изменения гидрофильности и гидрофобности поверхности пористой среды проводят путем количественной оценки термодинамических и кинетических параметров создания и разрушения ионно-гидратного комплекса на поверхности пористой среды при адсорбции его компонентов из жидкой фазы (раствора электролита) и последующей десорбции в процессе контакта с исследуемыми химреагентами и дальнейшего восстановления комплекса при "отмывании" поверхности пористой среды исходным раствором электролита, не содержащим исследуемых химреагентов. Поставленная задача решается тем, что в способе определения гидрофобизирующих свойств химреагентов, включающем определение интенсивности процессов их адсорбции на поверхности образца пористой среды из водного раствора путем создания на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя приведением в контакт образца пористой среды с водным раствором электролита с последующим внесением в подготовленную систему химреагентов и определением их гидрофобизирующих свойств по интенсивности процессов десорбции электроактивных компонентов гидрофильного ионно-гидратного слоя, электрохимически сопряженных с процессами его разрушения при адсорбции химреагентов на поверхности пористой среды, ионно-гидратный слой создают путем поддержания постоянного перепада давления между "входом" и "выходом" образца пористой среды, контактирующего с водным раствором электролита, дожидаются стационарности процесса фильтрации и образования на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя, вносят на "вход" образца пористой среды химреагенты и определяют гидрофобизирующие свойства химреагентов по величине адсорбции, после чего для десорбции адсорбированных химреагентов на "вход" образца пористой среды подают исходный водный раствор электролита, дожидаются стационарности процесса фильтрации и образования на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя и остаточную гидрофобизирующую способность химреагентов определяют по интенсивности и степени восстановления гидрофильного ионно-гидратного слоя при повторной адсорбции его электроактивных компонентов на поверхности образца пористой среды. В качестве водного раствора электролита используют нефтепромысловую воду или ее модель. Контроль за достижением стационарности процесса фильтрации и образования на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя осуществляют по потенциалу течения. Интенсивность процессов десорбции и адсорбции электроактивных компонентов гидрофильного ионно-гидратного слоя и, соответственно, процессов адсорбции и десорбции химреагентов определяют как потенциал течения электрометрически, прямым измерением разности потенциалов между "входом" и "выходом" образца пористой среды, с использованием электродной пары из инертного металла. Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения и прототипа позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна". Определение "остаточных" гидрофобизирующих свойств химреагентов по изменению концентрации электроактивных компонентов ионно-гидратного слоя ранее не предлагалось. При движении жидкости относительно твердой фазы или непосредственно примыкающего к ней неподвижного слоя жидкости происходит разделение зарядов и формируется разность потенциалов











где




Ввиду протяженности поры условно цилиндрического сечения, вводят коэффициент 4



Разбавлением исходного раствора на порядок получают нормированное (приведенное к единице) значение потенциала течения. Такое значение следует из условия автонормировки для десятичного логарифма перед отношением активностей (концентраций). После нормировки получают выражения, аналогичные для нернстовского потенциала:
EX~


где ЕX - текущее измеряемое значение ЭДС, EN - нормированное значение ЭДС до начала опыта. EX/EN=


С учетом соотношения CX/CN= 10 из условия автонормировки (lg10= 1) следует равенство коэффициента перед NA, аналогичного изменению мольной доли X, выражению Ех/ЕN, из которого в свою очередь однозначно следует возможность применения Ех, в виду фиксированного значения ЕN, в качестве показателя изменения суммарного количества носителей заряда в жидкой фазе в процессе их адсорбции на пористой среде. Изложенный подход позволяет использовать стандартные выражения для энергии Гиббса (изобарно-изотермический потенциал) и энергии активации:

где


Энергию активации находят по формуле

"Комбинированным" подходом возможно отыскание непосредственных переходных коэффициентов между методами концентрационной цепи и потенциалом течения. Что касается "изобретательского уровня", то соответствие ему заявляемого технического решения определяется тем, что для определения гидрофобизирующих свойств химреагентов по отношению к пористой среде используется "потенциал течения", определяемый в системе "раствор-реагент-пористая среда" с помощью электрохимической системы "открытого" типа, имеющей "рабочую" и "приемную" емкости, между которыми создается перепад давления. "Неожиданность" технического решения по предлагаемому способу заключается в том, что непосредственное измерение разности потенциалов между "рабочей" и "приемной" емкостями при фильтрации жидкости через образец пористой среды, разделяющей емкости, позволяет определить термодинамические и кинетические параметры процесса гидрофобизации гидрофильной поверхности пористой среды, в том числе, количественно оценить "остаточные" гидрофобизирующие свойства исследуемых химреагентов. Способ осуществляют в следующей последовательности операций. 1. Отбор образца нефтепромысловой воды. 2. Подготовка образца породы продуктивного пласта (дезинтегрированного керна). 3. Приведение в контакт керна и нефтепромысловой воды. 4. Создание и поддержание постоянного перепада давления между "входом" и "выходом" образца керна. 5. Электрометрическое определение достижения стационарности процесса фильтрации и образования на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя. 6. Внесение на "вход" образца керна химреагентов и электрометрическое определение интенсивности процессов десорбции электроактивных компонентов ионно-гидратного слоя с поверхности пористой среды путем прямого измерения разности потенциалов между "входом" и "выходом" образца пористой среды. 7. Приведение керна в контакт с исходной нефтепромысловой водой, не содержащей химреагентов "отмывание". 8. Электрометрическое определение достижения стационарности процесса фильтрации и восстановления на поверхности пористой среды гидрофильного ионно-гидратного слоя. Осуществление способа предполагает использование проточной электрохимической системы (фиг. 1), состоящей из двух идентичных термостатируемых ячеек 1 и 2 ("рабочая" и "приемная" емкости) с электродами из инертного металла 3, 4 и электрометра 5, для измерения разности потенциалов. Образец пористой среды 6 расположен в капилляре 7, соединяющем рабочую и приемную полость и служит диафрагмой, относительно которой возникает потенциал течения. Капилляр снабжен поперечными стекловолоконными фильтрами 8, 9, удерживающими образец пористой среды. Ниже представлено описание последовательности осуществления способа в автоматизированном режиме, с использованием аппаратурного обеспечения на базе субблоков серийно выпускаемого отечественного титратора T108. Ход эксперимента. Электрохимическую ячейку 1 (рабочая емкость) заполняют исследуемым раствором электролита в объеме до 20 см3, в ячейку 2 вносят небольшое количество (до 1 см3) того же раствора, после чего обе ячейки термостатируют при заданной температуре. Навеску образца дезинтегрированного керна вносят в капилляр. Постоянный перепад давления создают посредством плунжеров, являющихся одновременно рабочими инертными электродами 3, 4. Достижение стационарности процесса фильтрации контролируют, например, электронным расходомером. Разность потенциалов "снимают" непосредственно со штоков плунжеров на вход высокоомного вольтметра. После достижения стационарных значений разности потенциалов проводят расчет показателей адсорбции при создании гидрофильного-ионно гидратного слоя, как потенциала течения. Концентрацию сорбированных ионов определяют в форме относительной доли от исходных значений. После стабилизации потенциала течения проводят исследование влияния химреагентов гидрофобизаторов, для чего их последовательно вносят в рабочую ячейку. О завершенности эксперимента судят по степени выхода ионов из пористой среды в раствор, т. е. по постепенному возвращению системы к исходному значению потенциала течения. По достижении стационарных потенциалов, рабочую ячейку заполняют исходной моделью нефтепромысловой воды (раствор электролита), продолжая процесс фильтрации при начально заданных условиях. О процессе десорбции адсорбированных химреагентов судят по снижению концентрации электроактивных компонентов в свободной фазе в результате восстановления ионно-гидратного комплекса на поверхности пористой среды. Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения и прототипа позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна". В отличие от прототипа, заявляемое техническое решение предполагает прямое непрерывное непосредственное определение как общих, так и остаточных гидрофобизирующих свойств химреагентов в зависимости от их концентрации в кинетическом режиме, по ходу испытаний. Способ иллюстрируется примерами применения. Пример 1. Определение физико-химических характеристик гидрофильного ионно-гидратного слоя на поверхности пористой среды при адсорбции и десорбции электролита. В реальных нефтепромысловых средах смачивание пород осуществляется растворами электролитов различного ионного состава. Наличие в нефтепромысловых водах электроактивных компонентов (ионов) позволяет использовать заявляемый способ для оценки адсорбционной "емкости" исследуемой пористой среды (породы) при смачивании ее минерализованной водой. На фиг. 2 представлена кинетика адсорбции модели пластовой воды на дезинтегрированном песчанике пласта БС10 Мамонтовского нефтяного месторождения. В таблице 1 представлены значения свободной энергии Гиббса (изобарно-изотермического потенциала)

Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Прежний патентообладатель:
ООО "Центр исследований и разработок ЮКОС"
(73) Патентообладатель:
Ковентри Лимитед (WS)
Договор № РД0002515 зарегистрирован 04.10.2005
Извещение опубликовано: 20.12.2005 БИ: 35/2005