Необхідні прилади і реактиви

1. Сталагмометр.

2. Капіляри.

3. Вода, що дистилює.

4. Гас.

5. ПАВ.

Опис приладу (рис.15)

Для вимірювання поверхневого натягу на межі розподілу цілих фаз існує декілька різних методів: метод капілярного підняття, максимального тиску в бульбашках, зважування крапель, відривши кільця пластинки Вільгельма; зміна об’єму крапель (сталагмометр).

Найбільш часте вимірювання поверхневого натягу на межі водних розчинів різних хімічних речовин із нафтою проводять за допомогою сталагмометра.

Сталагмометр поміщений у повітряний термостат 1, виготовлений із слабкопровідного тепломатеріалу. Термостат обігрівається електронагрівачем 2, який, досягши заданої температури, автоматично відключається за допомогою реле, сполученого з контактним термостатом. Повітря в термостаті циркулює за допомогою вентилятора. Для створення рівномірного нагріву в термостаті є світлонепроникна перегородка. Сталагмометр складається з мікрометра 3, медичного шприца 4, скляного капіляра 5; за допомогою муфти 6 мікрометр з’єднується з двигуном 7.

Мікрометр і шприц кріпляться до штатива. Для контролю температури досліду є спеціальний термометр 8.

Рисунок 15 – Установка для вимірювання поверхневого натягу

Загальні поняття

У житті ми завжди маємо справу з поверхнями розділення і на властивості цієї поверхні впливають зміни в будь-якій із двох контактуючих фаз. Відповідно до трьох станів речовини (твердий, рідкий, газоподібний) можна виділити такі типи поверхні розділення:

газ – рідина;

газ – тверде тіло;

рідина – рідина;

рідина – тверде тіло;

тверде тіло – тверде тіло.

Фізико-хімічні властивості поверхні розподілення різних фаз і закономірності їх взаємодії характеризуються низкою показників поверхневого натягу межі розподілення фаз, явищами змочуваності й розтікання, роботою адгезії й когезії, теплотою змочуваності.

Поверхневий натяг є одним із важливих чинників, який визначає багато явищ, що відбуваються при видобуванні нафти і газу. Так, за поверхневим натягом рідин на різних поверхнях розподілення можна судити про властивості дотичних фаз, про взаємодію рідких та твердих тіл, про умови застосування до твердих частинок крапель води, нафти й конденсату, про інтенсивності прояву капілярних сил і т. д.

З іншого боку, використання в нафтогазовидобуванні пінних систем, мікроемульсій, міцелярних розчинів допускає наявність високоефективних ПАР, що знижують до тисячних часток мН/м, які підбираються в основному експериментальним шляхом.

Поверхневий натяг на межі з твердим тілом дуже важкий. Тому для дослідження процесів взаємодії твердих тіл із рідкими і газом користуються непрямими методами вивчення поверхневих величин, що протікають на контактах між твердими й рідкими тілами. До таких методів відносять вимірювання роботи адгезії, дослідження теплоти змочування та кутів вибіркового змочування тощо.

Методика проведення досліду

Після приготування необхідних розчинів, які поміщаються в термостат і витримуються протягом 10 – 15 хвилин при температурі експерименту, шприц заповнюється досліджуваною нафтою. У стаканчик з підготовленим розчином уміщається зігнутий (визначення на межі «рідина – рідина») або прямий капіляр (визначення на межі «рідина – повітря»). Відстань від кінчика капіляра до рівня води в стаканчику в усіх дослідах і при визначенні постійної капіляра зберігається однаковою.

За допомогою тумблера на реле вмикається в мережу електродвигун, інафта поволі витісняється зі шприца, нормується на кінчику капіляра у вигляді крапель. Заміряється число ділень лімба мікрометра між двома сусідніми відривами краплі від капіляра. Величина міжфазного поверхневого натягу визначається за формулою

,

де σ – міжфазний натяг на границі фаз, мН/м; К – постійна приладу; V – об’єм видавлюваної краплі в діленнях шкали мікрометра; ρ₁, ρ₂ – щільність фаз, кг/м³.

Вимірювання проводяться не менше ніж 10 разів, розраховується середнє значення об’єму однієї краплі. Постійна капіляра визначається за поверхневим натягом на межі: вода, що дистилює, – кріоскопічний бензол (σ = 34,1 мН/м).

Контрольні питання

1. Із чого складається сталагмометр і як він працює?

2. Які існують типи поверхні розділення?

3. На які явища, що відбуваються в пласті, впливає поверхневий натяг?

4. Як залежить поверхневий натяг від тиску і температури?

5. Які існують методи для визначення поверхневого натягу?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11