Введение к работе
Актуальность темы. Многие технологические и природные процессы связаны с движением дисперсных систем, в частности, к ним относятся течение нефти и эмульсий в пористой среде. Развитая межфазная поверхность приводит к необходимости учета поверхностных явлений, а высокая объемная концентрация дисперсной фазы в дисперсионной среде обуславливает нелинейный характер взаимодействия компонентов дисперсной фазы между собой, дисперсионной средой и твердой поверхностью.
Экспериментальные исследования адсорбционных явлений при фильтрации высоковязких нефтей, которые можно рассматривать как дисперсные системы, где углеводородная часть является дисперсионной средой, а асфальто-смолистые вещества – дисперсной фазой, показывают наличие конкурентных эффектов, что приводит к нелинейному немонотонному распределению адсорбирующихся веществ на поверхности твердого тела, причем наблюдается взаимное влияние компонентов на степень адсорбции каждого из них. Для описания наблюдаемого эффекта требуется построение математических моделей сорбции, учитывающих взаимодействие компонентов между собой и конкуренцию за ограниченное число достижимых адсорбционных центров.
Водонефтяные эмульсии, образующиеся в различных процессах нефтедобычи и транспортировки нефтепродуктов, являются дисперсными системами типа жидкость-жидкость. Наиболее интересный класс представляют высококонцентрированные обратные водонефтяные эмульсии. При их течении в капиллярах и пористой структуре обнаруживается нелинейный эффект динамического запирания, который заключается в том, что течение жидкости, несмотря на постоянно действующий перепад давления, практически полностью прекращается. Наличие данного эффекта, по всей видимости, обуславливает успех применения водонефтяных эмульсий в потокоотклоняющих технологиях и в качестве жидкостей для глушения скважин.
Цель работы. Tеоретические исследования влияния конкурентного характера адсорбции на процесс фильтрации многокомпонентной углеводородной смеси, изучение механизма динамического запирания обратных водоуглеводородных эмульсий в капиллярах путем экспериментального и математического моделирования.
Научная новизна Анализ устойчивости нелинейных уравнений кинетики адсорбции показал наличие различных типов колебаний концентраций адсорбированных компонентов.
В результате качественного исследования нелинейной модели, описывающей движение двухкомпонентной дисперсной фазы в пористой среде с учетом конкурентной адсорбции, показано наличие хаотических колебаний концентраций веществ в потоке, вызываемых колебаниями концентраций веществ в адсорбированном состоянии, которые наблюдаются в определенном диапазоне параметров.
При течении высококонцентрированных водогексановых эмульсий в капиллярах обнаружен нелинейный эффект динамического запирания, который заключается в том, что движение дисперсной системы типа жидкость-жидкость, несмотря на наличие постоянно действующего перепада, давления практически полностью прекращается.
Представлены математические модели, которые описывают эффект запирания при течении дисперсных систем в капиллярах.
Достоверность результатов диссертации обусловлена использованием общих законов и уравнений механики сплошной среды при построении нелинейной математической модели двухкомпонентной адсорбции и сопоставлением с экспериментальными данными.
Достоверность экспериментальных измерений обусловлена использованием стандартных физических поверенных приборов и сравнением с результатами контрольных экспериментов по течению индивидуальных компонентов, слагающих дисперсную систему.
Практическая ценность заключается в теоретическом прогнозировании колебательных режимов адсорбции, что способствует более глубокому пониманию и описанию процессов, протекающих при движении высоковязких нефтей в пласте.
Обнаружение эффекта запирания для высококонцентрированных эмульсий различного состава дает возможность разработки новой теоретической базы для практического применения дисперсных систем типа жидкость-жидкость в потокоотклоняющих технологиях и технологиях глушения скважин.
Апробация работы Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на региональных школах-конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике и математике (Уфа, 2000-2005 г.), на Всероссийских научных конференциях студентов физиков и молодых ученых ВНКСФ-7 (Санкт-Петербург, 2001 г.), ВНКСФ-8 (Екатеринбург, 2002 г.), ВНКСФ-10 (Москва, 2004 г.), Международной конференции «Нелинейный динамический анализ 2» (Москва, 2002 г.), Международной конференции «Прикладная Синергетика II» (Уфа, 2004 г.), международной конференции «Потоки и структуры в жидкостях» (Москва, 2005 г.); 21м Международном конгрессе по теоретической и прикладной механике ICTAM, (Польша, 2004 г.), IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, 2006).
Публикации Основное содержание диссертации отражено в 37 публикациях, из них 3 научные статьи в центральной печати. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 113 страниц текста, включая 61 рисунок, 3 таблицы и список литературы из 95 наименований.
