Диффузия в горных породах

Особенности диффузии в горных породах [c.29]

Источники газообразных углеводородов — в первую очередь, природные и нефтяные попутные газы, а также некоторые синтетические газы, полученные при переработке горючих ископаемых (например, термическая и термокаталитическая переработка нефти и нефтепродуктов, термическое разложение — газификация — твердого и жидкого топлив, а также коксование твердого топлива — коксовый газ). В отличие от природных, синтетические газы наряду с алканами содержат также и ненасыщенные углеводороды, значительные количества водорода и др. Природные газы содержат в основном метан и менее 20 % в сумме этана, пропана и бутана, примеси легкокипящих жидких углеводородов — пентана, гексаиа и др. Кроме того, присутствуют малые количества оксида углерода (IV), азота, сероводорода и благородных газов. Многие горючие природные газы, залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят почти из одного метана. С увеличением глубины отбора содержание гомологов метана обычно растет. Образование горючих природных газов — в основном результат катагенетического преобразования органических веществ осадочных горных пород. Залежи горючих газов формируются в природных ловушках на путях его миграции. Миграция происходит при статической или динамической нагрузке пород, выжимающих газ, а также свободной диффузии газа из областей высокого давления в зоны меньшего давления. Подземными природными резервуарами для 85 % общего числа газовых и газоконденсатных залежей являются песчаные, песча-но-алевритные и алевритные породы, нередко переслоенные глинами. В остальных 15 % случаев коллекторами газа служат карбонатные породы. Все газовые и газонефтяные месторождения приурочены к тому или иному газонефтеносному осадочному (осадочно-породному) бассейну, представляющему собой автономные области крупного и длительного погружения в современной структуре земной коры. Все больше открывается газовых месторождений в зоне шельфа и в мелководных бассейнах, например Северное море. Наиболее крупные газовые месторождения СССР—Уренгойское и Заполярное — приурочены к меловым отложениям Западно-Сибирского бассейна. [c.194]

Состав смеси, разумеется, должен быть таким же, как у исходной жидкости, т. е. отвечать составу точки I и быть одинаковым во всем объеме. Это, однако, возможно лишь при очень медленном охлаждении, когда составы отдельных порций твердой фааы, выделяющиеся при разных температурах, выравниваются благодаря диффузии. Естественно, что в обычных условиях это не реализуется. Этим, в частности, может быть объяснена неоднородность горных пород, образовавшихся при кристаллизации расплавленной магмы. Подобная неоднородность наблюдается и при затвердевании металлических сплавов. Такое явление называется сегрегацией. Оно может быть вредным в тех случаях, когда изделия должны отличаться однородностью. С другой стороны, это явление используется в технике для разделения компонентов сплава путем дробной кристаллизации, подобной описанной в гл. VI дробной перегонке жидкостей. Выше описаны лишь основные типы двойных диаграмм состояния. В действительности встречаются гораздо более сложные диаграммы, представляющие собой разнообразные сочетания этих основных типов. Еще более сложны диаграммы состояния трехкомпонентных систем. Обычно их представляют с помощью равносторонних треугольников, по сторонам которых откладывают концентрации каждого из компонентов. [c.93]

Ур-ния (4) и (5) используют для расчетов скорости пропитки при обработке древесины антисептиками, крашении тканей, нанесении катализаторов на пористые носители, выщелачивании и диффузионном извлечении ценных компонентов горных пород и др. Для ускорения пропитки часто используют ПАВ, улучшающие смачивание за счет уменьшения краевого угла 0. Один из вариантов капиллярной пропитки - вытеснение из пористой среды одной жидкости другой, не смешивающейся с первой и лучше смачивающей пов-сть пор. На этом основаны, напр., методы извлечения остаточной нефти из пластов водными р-рами ПАВ, методы ртутной порометрии. Капиллярное впитывание в поры р-ров и вытеснение из пор несмешивающихся жидкостей, сопровождающиеся адсорбцией и диффузией компонентов, рассматриваются физико-химической гидродинамикой. [c.311]

Связь между залежами обусловливается фильтрационными каналами в толще горных пород, а также диффузией. Если ниже или выше газовых залежей имеются скопления нефти или конденсата, то состав газа в газовой залежи может характеризоваться значительным содержанием гомологов метана. Таким образом, исходя из рассмотренного предположения одновременного образования углеводородов, можно сделать вывод, что все газовые за- [c.214]

Так как с ростом температуры растворимость, как правило, увеличивается и растет скоросп. диффузии, изменение температуры является одним из наиболее эффективных путей управления скоростью изотермиче ской перегонки вещества. На этом основаны такие процессы термообработки, как отжиг металлов после механической обработки, приводящий к собирательной рекристаллизации зерен до размера, при котором материал, еще сохраняя достаточно высокую твердость, приобретает заметную пластичность, предотвращающую хрупкое разрушение. В горных породах собирательная рекристаллизация 326 [c.326]

Выполненными исследованиями установлено, что неионогенные ПАВ, непосредственно введенные или перешедшие в нефть путем диффузии из водных растворов, подавляют аномалии ее вязкости, в результате чего реологические свойства нефти приближаются к свойствам ньютоновской жидкости, улучшаются условия ее фильтрации в пористой среде, увеличивается коэффициент вытеснения нефти из образцов горной породы. Кроме того, введение в нефть ПАВ приводит к ослаблению ее тиксотропных свойств, то есть снижается способность пространственной структуры нефти к тиксотропному упрочнению. [c.20]

Природные газы добывают из чисто газовых месторождений. Они состоят в основном из метана с небольшой примесью этана, пропана, бутанов, пентанов, а также азота, сероводорода, диоксида азота и благородных газов (табл. 1.48). Это результат катагенетического преобразования органических веществ осадочных горных пород. Залежи горючих газов формируются в природных ловушках на путях его миграции. Миграция происходит при статической или динамической нагрузке пород, выжимающих газ, а также свободной диффузии газа из областей высокого давления в зоны меньшего давления. Подземными природными резервуарами для 85 % общего числа газовых и газоконденсатных залежей яв- [c.103]

Следовательно, цри любом виде переноса вещества в пористой среде, в том числе при переносе в горных породах, скорость процесса формально может быть выражена уравнениями диффузии [c.30]

Выполненными исследованиями установлено, что неионогенные ПАВ типа оксиэти тированных алкилфенолов (ОП-4, ОП-10), блоксополимеров окисей этилена и пропилена (сепароли), оксиэтилированных жирных спиртов (неонолы), оксиэтилированных и оксипропилированных оксиспиртов (ноналы), непосредственно введенные или перешедшие в нефть путем диффузии из водных растворов, подавляют аномалии ее вязкости, в результате чего реологические свойства нефти приближаются к свойствам ньютоновской жидкости, улучшаются условия ее фильтрации в пористой среде, увеличивается коэффициент вытеснения нефти из образцов горной породы. Кроме того, введение в нефть ПАБ приводит к ослаблению ее тиксотропных свойств, т.е. снижает способность пространственной структуры нефти к тиксотропному упрочнению. [c.7]

В геохимической гидродинамике изучается фильтрация в горных породах многокомпонентных флюидов (жидкостей и газов, содержащих ассоциированные с ними взвешенные, эмульгированные и растворенные вещества), сопровождающаяся диффузией этих веществ и массообменом между ними ж горными породами. Эта фильтрация может иметь место в водоносных и нефтегазовых пластах, а также в грунтах зоны аэрации и почвах. В частности в геохимической гидродинамике исследуется фильтрация растворов солей, кислот и щелочей,, суспензий, содержащих взвешенные минеральные и органические частицы, эмульсий (в том числе газо-жидкостных), газов, содержащих твердые частицы (в частности, дым) и капельно-рассеянных жидкостей (аэрозолей). [c.6]

При фильтрации в горных породах растворов, суспензий и эмульсий происходит молекулярная диффузия находящихся в них компонентов, вызываемая броуновским движением частиц, и конвективная диффузия (гидродинамическая дисперсия), обусловливаемая хаотичностью порового пространства, а также флуктуациями скорости и концентрационного фронта в порах и трещинах разного размера. [c.6]

Коэффициент диффузии D элементов ж соединений в твердой фазе (горные породы, почвы) на несколько порядков меньше коэффициента диффузии D в фазе раствора. Поэтому диффузионным пото- [c.14]

Глава II ДИФФУЗИЯ в ГОРНЫХ ПОРОДАХ [c.17]

Диффузия в горных породах обычно сопровождается взаимодействием веществ со средой. В некоторых случаях это взаимодействие невелико и им можно пренебречь. В данной главе рассматриваются решения простейшей задачи геохимической миграции, обусловленной диффузией, без учета взаимодействия вещества с породами. Диффузия вещества с учетом адсорбции и химических реакций будет рассмотрена в гл. VI и VII. [c.17]

Методы определения коэффициентов диффузии в горных породах [c.34]

Среди минералов и в горных породах встречаются полосчатые, или слоистые и кольцеобразные структуры. Появление их, хотя еще окончательно не расшифровано, но, как наблюдал Лизеганг (еще в прощлом столетии), слои получаются, если диффузия идет в глубь студня, а кольца — если диффузия идет от центра поверхности и продолжается в той же плоскости. [c.243]

Диффузия в горных породах лишь в исключительных случаях подчиняется указанным выше закономерностям, так как она протекает в более сложной обстановке, чем предполагалось при выводе уравнения (2.4) и всех последуюш,их. Все породы имеют пористую структуру, включающую поры разных размеров и формы, я механизм переноса вещества в них весьма сложен [15—27]. Горные породы (пески, глины и др.) являются гетерогенными системами, вмещающими растворы или гааы, или растворы и газы одновременно. При диффузии в гетерогенной среде вещество взаимодействует с горными породами (сорбируется, обменивается ионами, вступает в химические реакции). В природной обстановке вещество обычно диффундирует через серию неодинаковых пластов, в которых коэффициент диффузии разный, что усложняет описание диффузии. [c.29]

Однако интенсивность диффузионного потока зависит от коэффициента диффузии данного углеводорода через породу, через воду или иную среду. Величина этого коэффициента наиболее значительна у газов. По мере увеличения молекулярного веса углеводорода его коэффициент диффузии уменьшается. Диффузия молекул легких жидких углеводородов происходит очень медленно. Что же касается диффузии высокомолекулярных жидких и твердых углеводородов, то она крайне незначительна и не играет сколько-нибудь заметной роли в перемещении этих углеводородов в горных породах. Диффузия имеет существенное значение главным образом при миграции газообразных углеводородов и в первую очередь метана. За длительное геологическое время через толщу пород может продиффундиро-ва ь значительное количество метана. [c.83]

Рассмотрим, каким образом могут быть учтены указанные основные факторы при описании диффузии в горных породах. [c.29]

Рассмотрим метод нестационарного потока, который применялся П. Л. Антоновым для определения коэффициентов диффузии газов в горных породах (метод частичного насыщения по терминологии автора [311). Пусть цилиндрический образец, изолированный с боковой поверхности, в котором в начальный момент времени отсутствует диффундирующее вещество, помещается в среду вещества (раствора или газа) с постоянной концентрацией С д. Количество поглощенного образцом вещества находится из решения уравнения одномерной диффузии (2.4) при начальном условии С = О при i -= О везде внутри цилиндра и при граничном условии С == р при г = = О и 2 = г для любого t > о (ось Z направлена по оси цилиндра, I — высота цилиндра, — коэффициент распределения растворенного вещества между образцом и раствором). Тогда получается следующее выражение для количества вещества Q, поглощенного образцом породы высотой I и радиусом Гд ко времени / 311 [c.37]

Орошение горных выработок гелеобразующими растворами значительно повышает эффективность их действия. Дело в том, что образующийся при орошении горной выработки специальными растворами гель частично выделяется из пор, имеющихся в горной породе (это особенно относится к ископаемым угля1м), а затем закупоривает их и препятствует выделению остаточных газов, содержащихся в этих порах, в забой. В качестве добавок, способствующих гелеобразованию, в орошающие жидкости вводят ДБ (молекулы которого дифильны и ориентируются в водном растворе так, что полярной группой обращаются к воде, а гидрофобным радикалом—к адсорбирующей поверхности минерала). Адсорбируясь на поверхности минерала (угля) молекулы ДБ вытесняют содержащиеся в порах угля газы. Эффективно способствует гелеобразованию введение в орошающую жидкость жидкого стекла. Образующийся гель, заполняя поры и трещины пласта угля, способен длительное время удерживать влагу, связывать пыль, имеющуюся в пласте, способствовать уменьшению адсорбции метана и скорости диффузии кислорода к реагирующей внутренней поверхности угля. [c.282]

Так как с ростом температуры растворимость, как правило, увеличивается и растет скорость диффузии, изменение температуры является одним из наиболее эффективных путей управления скоростью изотермической перегонки вещества. На этом основаны такие процессы термообработки, как отжиг металлов после механической обработки (наклепа), приводящий к собирательной рекристаллизации зерен до размера, при котором материал, еще сохраняя достаточно высокую твердость, приобретает заметную пластичность, предотвращающую хрупкое разрушение. В горных породах собирательная рекристалли зация является одним из основных механизмов метаморфизма — про десса изменения структуры и минералогического состава породы [c.269]

При поточном методе газообразование происходит на пов-сти канала, в термически подготовл. участке пласта топлива и в самом канале, пов-сть к-рого разделяет газовую и твердую фазы. Р-ции на пов-сти канала гетерогенны скорость их определяется гл. обр. диффузией дутья и размером этой пов-сти. В канале газификации, где движется осн. масса дутья, газа и паров, протекают гомог. р-ции, скорость к-рых зависит прежде всего от т-ры и концентрации реагирующих в-в. В твердой фазе происходят термич. разложение и сушка орг. соед., входящих в состав угля и горных пород. При движении образующихся продуктов по порам и трещинам в направлении канала развиваются как гетерогенные, так и гомогенные окислит.-восстановит. р-ции. Скорость процесса в твердой фазе в осн. определяется его т-рой. [c.453]

При хим. р-ции, сопровождающейся фазовым превращ. продукта, часто наблюдается образование пространствен-но-периодич. структур (слоистые минералы и горные породы, биол. формообразование и т. п.). Примером может служить образование т. наз. колец Лизеганга-выпа-дение твердых осадков в среде геля при взаимной диффузии двух реагентов (явление открыто П. Е. Лизегангом в 1896). Кольца Лизеганга наблюдаются в среде как искусственных, так и синтетич. гелей - агарового, желатины, силикагеля полиакриламидного и т. п. осадки представляют собой галогениды и хроматы тяжелых металлов, мелкодисперсные частички своб. металлов. Объяснение этого явления состоит в том, что в системе существует концентрац. предел пересыщения, по достижении к-рого начинается быстрая кристаллизация. Повторное достижение предела пересыщения возможно лишь иа определенном расстоянии от уже сформировавшегося осадка, к-рое определяется скоростью мол. диффузии компонентов и величиной критич. пересыщения. [c.634]

Перемецение нефти в недрах может происходить яли аа счет диффузии через горные породы, яли за счет перетоков по зонам наруше-НЕЙ сшюшности пород, или за счет переноса в о<Зразуюшемся в недрах газовом растворе. Все атн процессы отражаются и на составе. [c.120]

Нефтегазообразование - весьма сложный многостадийный и исключительно длительный биохимический процесс преобразования исходного органического материала в углеводороды. Образованию скоплений углеводородов предшествует длительная стадия эмиграции рассеянной по нефтематеринским породам так называемой микронефти через пористые породы (песчаные, карбонатные) - коллекторы в природные резервуары - нефтяные залежи. Эмиграция нефти происходит в результате действия различных факторов отжа-тия или прорыва вследствие давления породы, диффузии, особенно газов, перемещения с водой в растворенном в ней состоянии, фильтрации по порам и трещинам при наличии перепада давления. В дальнейшем в результате движения по пористым пластам и при вертикальной эмиграции, возникающей под влиянием гравитационного и тектонического факторов, нефть и газ скапливаются в так называемых ловушках, т.е. в таких участках пористых горных пород, откуда дальнейшая эмиграция невозможна. Залежи нефти можно представить, как, образно говоря, трехслойный пирог верхняя часть - газовая шапка, подпираемая снизу вторым слоем - пластом нефти, который, в свою очередь, лежит на пласте воды, являющемся своего рода гидрозатвором резервуара. Резервуар со всех сторон, кроме нижней, герметично экранирован непроницаемыми горными пластами (глинами, солями, магматическими породами). Различают ловушки сводовые (преимущественно антиклинальные) и тектонически экранированные. [c.30]

Броуновским суперпарамагнетизмом называют явление намагничивания магнитньгх коллоидов путем ориентации самих частиц вместе с вмороженным в их тело магнитным моментом. При подходящих условиях зависимость намагниченности от напряженности поля одинакова как при неелевском, так и при броуновском парамагнетизме. Вместе с тем имеются и существенные качественные различия в поведении систем с твердой и жидкой средой. Неоднозначно влияние температуры на магнитную восприимчивость твердых магнитных коллоидов. С одной стороны, согласно формуле (3.9.105), повышение температуры облегчает вращательную диффузию и тем самым увеличивает магнитную восприимчивость коллоидной системы. Но с другой стороны, это ведет к уменьшению значения аргумента функции Ланжевена в формуле (3.9.104) и к уменьшению восприимчивости. Температурная зависимость восприимчивости (намагниченности) твердых магнитных коллоидов является одним из способов нахождения константы анизотропии или размера магнитных частиц. При достаточно низкой температуре вращательная диффузия магнитных моментов практически отсутствует (магнитные моменты вмораживаются в кристаллическую решетку частицы). Это ведет к потере суперпарамагнетизма и к появлению магнитно-жестких свойств — способности вещества сохранять приобретенную в магнитном поле намагниченность и после выключения поля. Благодаря такой особенности некоторые вещества (например, глина с примесью оксидов железа, красный кирпич) сохраняют в себе отпечаток геомагнитного поля, действовавшего на них в моменты повышенной температуры (при остывании вулканической породы, при последнем протапливании печи или при пожаре и т. д.). На магнитной памяти веществ основан палеомагнетизм — наука о магнитном поле Земли в геологически отдаленные времена. В структуре дисперсных материалов зашифрованы также сведения о физико-химических условиях их возникновения, и это относится не только к магнитным дисперсным системам. Наличие магнитных свойств дает не только дополнительную информацию об условиях возникновения материала, но и дополнительные средства расшифровки его структурного состояния. Осадочные горные породы в свое время сформировались при свободной коагуляции и оседании частиц в сильно разбавленных взвесях морей и океанов. Они представляют собой своеобразную летопись геологических эпох, которая пока еще полностью не расшифрована. [c.668]

Продукты превращения - нефть и газ первоначально рассеяны в нефтематеринской, чаще всего глинистой породе. В результате давления породы, диффузии, фильтрации по порам и трепщнам под действием кагаштяр-ных сил нефть и газ способны перемещаться (мигрировать) в толще пород. В результате миграции нефть и газ скапливались в так называемых ловушках, т е. в малопроницаемых горных породах. Такие скопления нефти называют нефтяными залежами. Если колтество нефти и газа в залежи велико, или в данной структуре Пластов горных пород имеется несколько залежей, то говорят о нефтяном, нефтегазовом или газовом месторождении. [c.8]

В горных породах (глинах и др.), насыщенных водой, коэффициенты диффузии углеводородных газов находятся в пределах 10 —10 см /сек. При диффузии через металлы и некоторые другие материалы О = 10 см 1сек. [c.203]

В породах, частично насыщенных водой, наряду с пористостью и структурой горных пород существенное влияние па величину коэффициента диффузии оказывает их водонасыщенность. Исследования с применением радиоактивных индикаторов показали, что диффузионная проницаемость горных пород значительно уменьшается с понижением содержания влаги в них, однако сохраняется даже в воздушно-сухом состоянии [49]. Достаточно подробная сводка коэффициентов диффузии в горных породах с различной степенью насг.тщепия их водой или водными растворами электролитов дана С. И. Смирновым [49]. [c.169]

Статические опыты осуществляются обычно в условиях более или менее длительного контакта грунта с водой или водными растворами кислот, щелочей и т. п. С их помощью определяют параметры кинетики и изотермы растворения, сорбции и ионного обмена, а также коэффициенты молекулярной диффузии в образцах горных пород. Применяемые при этом аппараты для перемешивания не позволяют оценить относительную скорость движения жидкой и твердой фаз, от которой сущестренпо зависят параметры массообмена. Чтобы такая оценка была возможна, следует применять следующие схемы статических опытов [c.182]

ОрадовскаяА. Е. Некоторые экспериментальные данные о коэффициенте диффузии (дисперсии) в горных породах. — Труды ВОДГЕО , 1969, вып. 22, с. 99—102. [c.266]

Методы определения коэффициентов диффузии растворов и газов в горных породах основаны на обработке экспериментальных данных по диффузии, которые могут быть получены разными способами, при помощи соответствующих решений уравнений диффулпи. Целесообразно различать методы определения коэффициентов диффузии [c.34]

Метод времени запаздывания. Этот метод определения коэффициента диффузии, ра. витый Дайнсом [281, а затем Баррероы 129] и другими [301, основан на использовании асимптотического решения уравнения нестационарной диффузии (2.6) для цилиндрического образца горной породы. Решение уравнения [c.35]

Рассмотрим диффузию раствора или газа в среде, которая состоит нз отдельных пористых зерен минерала, способных сорбировать растворенное вещество или обмениваться с ним ионами. Это могут быть разрушенные горные породы, глинистые минералы, почвы ж т. д. Вопрос о сорбционных ж йоннообменны х свойствах различных минералов подробно освещен в гл. 1П. [c.117]

Из уравнении (6.58), (6.64), (6.70) следует, что для ожжсания фильтрации вещества в горных породах необходимо знать два параметра элективный коэффициент продольной диффузии 2 ,, ж коэффициент адсорбции К. Эти параметры могут быть найдены из трудоемких экспериментов по изучению кинетики и равновесия адсорбции и ионного обмена (гл. III, IV). Покажем, что и К легко определить из простого динамического опыта по выходной кривой фронтального анализа (т. е. по кривой зависимости концеятрацжж раствора на выходе колонки, заполненной породой, от времени, при непрерывной подаче вещества в колонку). [c.143]

Следует отметить, что весьма мало экспериментальных работ по изучению диффузии и фильтрации растворов и газов в горных породах, при интерпретации которых используется теория, рассмотренная в данной главе, а также во многих работах, не связанных с геохимической телгатикой. Это неудивительно, так как ра.эпи-ваемые теории являются новылти в геохимии. [c.146]

Б работах П. Л. Антонова 147—48], которые подробно рассматривались в 12 гл. П1, изучалась диффузия углеводородных газов в горных породах. Однако Антонов не обосновывает возможность использования законов диффузии Фика для описания диффузии сорбирующихся газов. Рассмотрим задачу о диффузии газа в горных породах. Обовяачим через С, концентрацию растворенного газа в Еоровой воде — концентрацию газа в свободном объеме пор q — концентрацию адсорбированного газа. Тогда для случая одно [c.147]

Под геохимическими ореолами понимают зоны повышенных концентраций элементов в горвых породах, растениях, подземных атмосферах и водах вблизи месторождений, с которыми эти зоны генетически связаны. Образование геохимических ореолов разных типов происходит в основном путем фильтрации рудообразующих растворов и газов, диффузии растворенных веществ и путем физического выветривания и механического перемещения вещества залежи 11—21, что сопровождается взаимодействием мигрирующих веществ с горными породами. Основными процессами взаимодействия растворов и газов с вмещающими породами являются адсорбция, ионный обмен и химические реакции. [c.156]