Ученые Научного центра мирового уровня «Рациональное освоение запасов жидких углеводородов планеты» Казанского федерального университета получили новые результаты в области физико-химической гидродинамики, характеризующие влияние поверхностного натяжения и краевого угла смачивания на адсорбируемое количество ПАВ.

Под адсорбцией понимается осаждение активных веществ на поверхности частиц, которые называются адсорбирующими. Вещества и материалы, имеющие большую поверхность частиц и способные «поглощать» активные вещества, называются адсорбентами. К примеру, хорошим адсорбентом является активированный уголь. Пористые среды также обладают хорошими адсорбционными свойствами.

Новизна исследования заключается в изучении процессов массообмена в цифровых кернах в условиях многофазных течений, свойственных совместному течению воды и нефти. Подробности работы опубликованы в Chemical Engineering Research and Design.

Типичным методом добычи нефти из резервуара является операция заводнения, то есть закачка воды в нефтяной пласт, сопровождаемая вытеснением нефти из порового пространства и заполнением его водой. К сожалению, большая часть нефти, около 60 процентов, остается в пласте. Заводнение  с использованием ПАВов является одним из наиболее часто используемых и эффективных методов повышения нефтеотдачи (МУН) пластов. ПАВы «работают» на границе раздела вода-нефть и способствует снижению межфазного натяжения, что положительно сказывается на увеличении количества подвижных, т.е. доступных для вытеснения запасов нефти, и, в результате, повышении коэффициента извлечения. Хорошо известно, что молекулы ПАВов имеют способность адсорбироваться или осаждаться на поверхности частиц, что, очевидно, является негативным событием. Понимание роли и силы факторов, влияющих на адсорбцию поверхностно-активных веществ (ПАВов) при заводнении нефтенасыщенных пористых сред, позволяет минимизировать потери дорогостоящих реагентов и сэкономить финансовые ресурсы.

«В качестве ПАВов был протестирован популярный и широко используемый додецилсульфат натрия, свойства которого хорошо изучены. К наиболее важным результатам работы можно отнести зависимости, характеризующие зависимость адсорбированного количества ПАВов от межфазного натяжения и краевого угла смачивания. Выявлено, что увеличение угла смачивания способствует существенному увеличению адсорбированного количества. Установлено, что рост исходного межфазного натяжения способствует подавлению адсорбированного количества ПАВов», – сообщил доцент кафедры математических методов в геологии ИГиНГТ Тимур Закиров.

В представленном исследовании рассматривался водорастворимый ПАВ, который не имеет способности смешиваться с вытесняемой нефтью. В таких условиях адсорбируемое количество определяется площадью поверхности контакта между ПАВом и частицами адсорбента. Иными словами, процессы массообмена зависят от характеристик совместного течения воды и нефти. Ученые НЦМУ показали, что рост угла смачивания приводит к увеличению площади поверхности таких контактов, а уменьшение межфазного натяжения, наоборот, – к ее подавлению.

Полученные результаты имеют в первую очередь фундаментальный характер и являются новыми в области физико-химической гидродинамики, а также могут служить основой для прогнозирования потерь ценных и дорогостоящих ПАВов при разработке месторождений и дизайне мероприятий МУН.