The research focuses on the issues concerning a process of multiphase liquids transport in granular porous media driven by the capillary pressure. The current publication is meant to introduce the results of experimental research conducted to evaluate the kinetics of the imbibition and emulsions behavior inside the porous structures. Moreover, the influence of the dispersed phase concentration and granular media structure on the mentioned process was considered. The medium imbibition with emulsifier-stabilized emulsions composed of oil as the dispersed phase in concentrations of 10 vol%, 30 vol%, and 50 vol%, was investigated. The porous media consisted of oleophilic/hydrophilic beads with a fraction of 200–300 and 600–800 μm. The experimental results provided that the emulsions imbibition in such media depended stronger on its structure compare to single-phase liquids. The increase of the dispersed phase concentration caused an insignificant mass decreasing of the imbibed emulsions and height of its penetration in a sorptive medium. The concentrations of the imbibed dispersions exceeded their initial values, but reduced with permeants front raise in the granular structures that can be defined as the influential factor for wicking process kinetics.
Zależnością powszechnie wykorzystywaną do modelowania procesów nasiąkania struktur porowatych jest tak zwane równania Washburna. Podjęto próbę modyfikacji tej zależności mającąna celu uwzględnienie w tym modelu parametrów charakteryzujących złoże ziarniste takich jak średnica ziaren złoża, jego porowatość oraz pole przekroju złoża. Zastąpiono również trudne do wyznaczenia wielkości parametrami charakteryzującymi właściwości cieczy wsiąkającej do wnętrza złoża.
EN
Washburn's equation is a commonly used formula for modeling imbibition processes of porous structures. An attempt was made to introduce into this equation parameters characterizing a granular bed like grains' diameter, porosity and bed cross section area. Parameters difficult to determine experimentally were eliminated from a final form of the equation.
Badano imbibicję emulsji w oleofilowych/hydrofobowych strukturach porowatych w celu określenia wpływu różnych niejonowych emulgatorów na zmianę masy absorbowanej emulsji oraz zmianę jej stężenia w czasie trwania procesu w zależności od wysokości penetracji. Stosowano emulsje typu olej-w-wodzie o zawartości fazy rozproszonej 10% i 30% obj., a udział dodanych emulgatorów zmieniał się w zakresie 1–5% obj. Stwierdzono, że stężenie emulgatora, wartość parametru HLB (równowaga hydrofilowo-lipofilowa) i początkowa lepkość wsiąkającego płynu mają duży wpływ na przebieg procesu nasiąkania. Wykazano, że czas krytyczny rośnie wraz ze stężeniem emulgatora, a czas maksymalny procesu maleje wraz ze wzrostem stężenia fazy wewnętrznej. Stwierdzono, że emulgator z etoksylenowego kwasu tłuszczowego zapewniał największą zawartość fazy zdyspergowanej w sorbencie. Dla emulsji o stężeniu 10% największą zaabsorbowaną masę odnotowano w przypadku Rokanolu NL6. Dla emulsji o stężeniu 30% maksymalną masę zaabsorbowanej substancji zaobserwowano w przypadku emulgatora Rokacet O7.
EN
Three com. emulsifiers were used (1–5% by vol.) for dispersing a com. vegetable oil in water to produce resp. emulsions (oil content 10–30% by vol.) used for imbibitions a polypropylene nonwoven (porosity 0.93). The ethoxylated oleic acid-based emulsifier was the most efficient due to providing the highest amts. of the dispersed phase in a sorbent. For 10% emulsions, the largest mass of the imbibed permeant was observed in case of alkoxylated alc.-based emulsifier.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper contains two parts. The theoretical basis for the process of oil displacement through the water from the fractured porous medium, due to capillary forces, has been discussed in the part No. 1. The functional equation describing the relative water content increase in the fractured rock matrix, surrounded by the water layer, has also been introduced. This may reflect the actual reservoir conditions, if a fractured oil reservoir is flooded with water, at the moment when the rock matrix porous block has already been surrounded by the water forced in as a result if shifting of watering front in the fractures system. The impact of particular parameters of this process on its performance has also been determined. This equation is non-linear, and may be solved using numerical methods, in general case. The analytical solution may be arrived at when the constant value of the mass exchange coefficients has been assumed, as well as simple geometry, such as spherical geometry and process symmetry. Having assumed as above, the analytical solution has been arrived at and compared with a numerical solution. Taking into consideration the assumptions, the error committed has been slight, in order of few percent. The results of the theoretical contemplations have been compared with laboratory experiments' results, in the second part of the paper. The detailed description of performed research and its methodology have been given. The experiments have confirmed theoretical results.
PL
Zjawisko wnikania wody do przestrzeni porowych wypełnionych ropą pod wpływem sił kapilarnych jest istotnym czynnikiem wpływającym na efektywność nawadniania złóż ropy, zwłaszcza w przypadku, gdy skalą zbiornikową jest skała porowato-szczelinowata. Z punktu widzenia hydromechaniki złoże takie składa się z systemu spękań i szczelin oraz bloków ośrodka porowatego przepuszczalności wielokrotnie mniejszej od systemu szczelin. Bloki te noszą nazwę matrycy skalnej. Front wypierania ropy przez wodę przemieszcza się przede wszystkim (szybciej) w systemie szczelin, następnie zaś następuje proces wymiany masy pomiędzy szczelinami a porami matrycy skalnej. Według modeli znanych z literatury, np. Greenkorn (1983), M a r 1 e (1981), wypieranie ropy przez wodę następuje pod wpływem sił kapilarnych. W niedawno opublikowanej pracy Zhang X. i Morrow N. R. (1996) wykazali na podstawie prób laboratoryjnych, że przebieg procesu kapilarnego wypierania ropy przez wodę zależny jest od kształtu próbki, warunków brzegowych w czasie eksperymentu, stosunku lepkości cieczy, napięcia powierzchniowego na granicy ropa-woda oraz przepuszczalności względnych i przepuszczalności absolutnej. Interpretacja wyników laboratoryjnych jest jednak utrudniona, gdyż model matematyczny procesu jest silnie nieliniowy. W niniejszej pracy rozważono pojedynczy blok matrycy ośrodka porowatego o podwójnej porowatości i przepuszczalności. Blok ten nasycony jest cieczą węglowodorową (ropą lub naftą), zaś jego powierzchnia boczna znajduje się w kontakcie z wodą, która jest cieczą wypierającą. Przy założeniu, że ciśnienie kapilarne jest jedynym czynnikiem powodującym wypieranie ropy otrzymano równanie (22) opisujące względny przyrost nasycenia wodą bloku matrycy w czasie trwania procesu wypierania. W równaniu tym występuje współczynnik dyfuzji D określony wzorem (14). Określono wpływ poszczególnych parametrów tego procesu na jego przebieg. Równanie (22) jest nieliniowe i w ogólnym przypadku może być rozwiązane metodami numerycznymi. Rozwiązanie analityczne może być znalezione przy przyjęciu stałego współczynnika dyfuzji i prostych geometrii i symetrii procesu. Po przyjęciu takich założeń otrzymano rozwiązanie analityczne i porównano je z numerycznym. Jak widać z wykresu na rys. 3 różnica otrzymanych wyników jest niewielka. Wynik otrzymany na drodze rozważań teoretycznych porównano następnie z wynikami badań laboratoryjnych wymienionego zagadnienia. Podano szczegółową metodykę przeprowadzonych badań. Ich wyniki potwierdziły słuszność rozważań teoretycznych. Wyniki pomiarów oraz dopasowanie krzywych teoretycznych do danych pomiarowych pokazano na rys. 4 i 5.