Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Диализ, как метод мембранного разделения смесей



Дисперсные системы способны к диализу - могут быть разделены на дисперсную и сплошную фазу с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны). Природа полупроницаемой мембраны может быть различной. Впервые в качестве такой мембраны был использован бычий пузырь. В настоящее время наибольшее применение получили мембраны на основе ацетата целлюлозы, поливинилхлорида, полистирола, полиамидов и др. Мембраны должны обладать высокой селективностью (разделяющей способностью), высокой проницаемостью, стойкостью к действию среды и механической прочностью. Выбор мембраны определяется свойствами разделяемой дисперсионной системы. Электродиализпредставляет собой миграцию ионов через мембрану под действием приложенной разности потенциалов.

Осмос - тенденция чистого растворителя проникать в раствор, отделенный от него мембраной, проницаемой для растворителя, но не проницаемой для растворенного вещества. Такую мембрану называют полупроницаемой.

Осмос можно наблюдать, отделив водный раствор сахара от чистой воды мембраной из целлюлозы. Мембрана пропускает молекулы воды, но не пропускает молекулы сахара. Хотя молекулы воды могут проникать через такую полупроницаемую перегородку в обе стороны, скорость их проникновения в раствор больше, чем в обратном направлении. Осмос вызывает проникновение воды в раствор и, следовательно, t объем раствора увеличивается.

Поток растворителя можно остановить, приложив к раствору давление, которое называют осмотическим. Осмотическое давлениеравно давлению, которое нужно приложить к раствору, чтобы привести его в равновесие с чистым растворителем, отделенным от раствора полупроницаемой мембраной. Осмотическое давление можно измерить с высокой точностью. Соответствующие измерения, проведенные для большого числа растворов различных веществ при разных концентрациях и температурах, позволили найти зависимость осмотического давления от этих параметров. Для разбавленных растворов эту зависимость установил Я. Вант–Гофф (1884), который обработал экспериментальные данные, полученные немецким ботаником В. Пфеффером (1877). Эта зависимость может быть представлена соотношением = CRT,

где – осмотическое давление; С молярная концентрация растворенного вещества; R - универсальная газовая постоянная; . Т - абсолютная температура.

Приведенное уравнение применимо к разбавленным растворам (за исключением растворов электролитов, в которых происходит электролитическая диссоциация). Электролитами называют вещества, которые в растворе распадаются на ионы - заряженные частицы, способные самостоятельно существовать в растворе. Важной особенностью растворов электролитов является их способность проводить электрический ток.



Для разбавленных растворов осмотическое давление не зависит от вида растворителя и растворенного вещества и при данной температуре определяется только концентрацией растворенного вещества. Для растворов электролитов в уравнение вводится изотонический коэффициент.

Уравнение, полученное Я. Вант–Гоффом, по форме совпадает с уравнением состояния идеальных газов, если его записать относительно давления p = –RT = CRT.

Это позволило Я. Вант–Гоффу сделать заключение о том, что осмотическое давление равно давлению, которым обладало бы растворенное вещество, если бы, находясь в газообразном состоянии при той же температуре, оно занимало такой же объем, который занимает раствор. Однако это только формальное сходство, поскольку механизм теплового движения в газе и жидкости не одинаков.

Осмотическое давление может достигать высоких значений. Так, при температуре 273 К даже для такой малой концентрации, как 1 моль растворенного вещества в 22,4 л раствора, осмотическое давление составляет 1 атм (1,013–105Па).

Осмотическое давление можно представить как число молекул вещества в единице объема, деленное на число Авогадро Таким образом, осмотическое давление пропорционально числу отдельных единиц, принимающих участие в молекулярнотепловом движении, т. е. числу молекул в единице объема для истинных растворов или числу коллоидных частиц в единице объема для коллоидных растворов. Но число частиц в единице объема при данной весовой концентрации вещества обратно пропорционально кубу линейных размеров частиц



Так как размеры коллоидных частиц обычно на несколько порядков больше размеров молекул, то естественно, что число частиц в единице объема коллоидного раствора в десятки и сотни тысяч раз меньше, чем число молекул в единице объема истинного раствора (при равных весовых концентрациях). Поэтому осмотическое давлениеи связанные с ним понижение точки замерзания и повышение точки кипенияв коллоидныхсистемах очень малы. Измерение осмотического давления используют для определения молярной массы растворенного вещества.

Возникновение фильтрационной корки и кольматация приствольной зоны в процессе фильтрации могут быть причиной осмотических перетоков между скважиной и пластом. При этом направление таких перетоков может не совпадать с направлением фильтрации, так как оно определяется составом жидкостей по обе стороны полупроницаемой перегородки. Наличие таких перетоков может служить причиной различных осложнений.

Осмотическое давление рассматривается как возможная причина образования каверн.

P.M. Хасаев и Р.А. Халилова экспериментально обнаружили явление осмоса, возникающее между промывочной жидкостью и водой, разделенными микрофильтровальной воронкой. Распространяя результаты опытов на условия в скважине, авторы полагают, что перепад давления в приствольной зоне можно рассчитать по формуле

Р = Pi + Р2- (Росм + Рпл) (29).

где р росм, рпд - гидростатическое, осмотическое и пластовое давление соответственно; р2 - потери давления в кольцевом пространстве.

В.Ю. Шеметовым учёл своеобразие полупроницаемой перегородки, которой являются кольматированный слой и глинистая корка. Структура и состав корки и кольматированного слоя, возможность проникновения через них фильтрата раствора под действием переменного перепада давления и связанное с этим постепенное модифицирование их по направлению потока позволяют считать такую перегородку активной, несовершенной и гетерокапиллярной. Результирующая величина осмотического давления определяется сочетанием и концентрацией электролитов (низкомолекулярных и высокомолекулярных) и водорастворимых веществ по обе стороны такой лабильной перегородки, а также ее полупроницаемостью и активностью по отношению к каждому растворенному веществу в обеих жидкостях.

Существование явлений осмоса в скважине позволяет предполагать множество возможных случаев сложных перетоков через корку и кольматированный слой, а также изменения величин и градиентов перепада давления между промывочной и пластовой жидкостями. Проявление этих эффектов может быть различным вдоль ствола скважины и меняться при изменении технологического процесса.

Теория капиллярного осмоса позволяет найти объяснение многим явлениям, а главное, в отличие от первой и второй теорий осмоса (Вант-Гоффа - Фика) учесть, что в результате перемены знака адсорбции может измениться направление осмотического потока (случай аномального осмоса).

Поскольку объемная скорость капиллярного осмоса пропорциональна квадрату, а скорость вязкого течения - четвертой степени радиуса капилляра (закон Пуазейля), то при сочетании узких и широких капилляров возможно преобладание капиллярно-осмотического скольжения над вязким течением (случай аномального осмоса). Возникновение пуазейлевского течения противоположного направления в более широких капиллярах обязано созданию у их концов препятствия (но не перепада гидростатического давления) при развитии осмотического тока соответствующего направления. В скважине существование такого препятствия обеспечивается анизотропностью свойств полупроницаемой перегородки, состоящей из корки и кольматированного слоя. В зависимости от состава промывочной жидкости и пластовой воды, а также свойств глинистой корки могут существовать перетоки из скважины в пласт и из пласта в скважину, обусловленные осмотическими эффектами.

В бурении осматические явления используются при разработке ингибирующих растворов. Ингибирующая способность - это способность бурового раствора предупреждать или замедлять деформационные процессы в околоствольном пространстве скважины (кавернообразование, сужение ствола), представленном легкогидратирующимися, набухающими и размокающими глинистыми породами.

При этом под глинистыми породами понимаются не только собственно глины, но и глинистые сланцы, аргиллиты, породы на глинистом цементе (глинистый песчаник, мергель, алевролит и др.).

Согласно современным представлениям основные причины потери устойчивости глинистых пород связаны с нарушением их естественного влажностного равновесия при взаимодействии с дисперсионной средой буровых растворов и обусловленным этим ростом дополнительных внутренних напряжений в поровом пространстве.

Влагоперенос, т.е. проникновение дисперсионной среды бурового раствора в глинистую породу, происходит главным образом за счет адсорбционно - осмотических процессов.

Общим для этих процессов является то, что в результате вокруг структурных элементов глинистых пород образуются гидратные оболочки, т.е. происходит их дополнительное увлажнение.

При достижении критической влажности (для аргиллитов критической считается влажность порядка 8 - 9 % ), т.е. при максимальном развитии и перекрытии гидратных оболочек, которые обладают значительной упругостью и прочностью на сдвиг, в глинистой породе возникают гидратационные напряжения, величина которых в околоствольной зоне скважины может достигать от 40 до 1000 МПа, вследствие чего породы в этой зоне претерпевают весь спектр деформаций от вязкопластического течения до хрупкого разрушения.

В аргиллитах и глинистых сланцах деформационные процессы завершаются хрупким разрушением (кавернообразованием). Для типичных глинистых пород характерны пластические деформации, следствием которых является сужение ствола скважины.

Набухание и диспергирование глинистого базиса пород - коллекторов, а также миграция диспергированных глинистых частиц в их поровом пространстве являются одной из главных причин снижения естественной проницаемости продуктивных пластов.

Основные разновидности ингибированных буровых растворов: ивестковые; гипсоизвестковые; хлоркалиевые; гипсокалиевые; хлоркальциевые; малосиликатные; алюмокалиевые. Обязательный компонент - реагенты–ингибиторы, замедляющие гидратацию, набухание и диспергирование глин.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!