Геофизические исследования: статья

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ФИЛЬТРАЦИЮ СУСПЕНЗИЙ В ГОРНОЙ ПОРОДЕ
Г.А. СОБОЛЕВ
А.В. ПОНОМАРЕВ
С.М. КИРЕЕНКОВА
З.Я. МАЙБУК
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Геофизические исследования
Том: 21
Номер: 3
Год: 2020
Страницы: 19-33
УДК: 550.34.016
DOI: 10.21455/gr2020.3-2
Полный текст статьи
Ключевые слова: лабораторное моделирование, фильтрация флюида, постоянный ток, электроосмос, наножидкости
Аннотация: Представлены результаты экспериментального изучения воздействия постоянного электрического тока на фильтрацию в образцах песчаника водных суспензий хлористого калия и хлористого натрия, лимонной кислоты и коллоидного раствора с наночастицами оксида алюминия (наножидкости). Исследования выполнены на образцах кварц-полевошпатового песчаника с размером зерен 0.5-1.5 мм и пористостью 13-15 %, которая позволила проводить эксперименты при атмосферном давлении. Обжатые в термоусадочной трубке цилиндрические образцы диаметром 30 мм и длинной 60 мм закреплялись вертикально на кронштейне. На их торцах устанавливались платиновые сетчатые электроды, через которые подавался раствор. Большинство опытов выполнялось при последовательном ступенчатом возрастании напряжений от источника постоянного тока в диапазоне от 12 до 100 В. Предварительно каждый образец насыщался раствором заданного состава, при этом состояние насыщения поддерживалось в течение всего эксперимента. В ходе эксперимента измерялось время, за которое фиксированный объем раствора - одна, пять или десять капель - просачивался через образец при заданном напряжении. Затем напряжение снижалось до нуля, и цикл повторялся при более высоком напряжении. В процессе исследований использовались растворы, основу которых составляли дистиллированная и природная вода с добавлением различных компонентов в концентрации от 0.0025 до 0.02 %. В качестве добавок применялись лимонная кислота, наночастицы оксида алюминия размерами от 20 до 80 нм, хлористый калий, хлористый натрий. Установлено, что общим результатом воздействия постоянного тока на образцы, насыщенные растворами разного состава, является пропорциональное увеличение скорости фильтрации с увеличением отношения силы тока к начальному току, причем эта закономерность не зависит от величины начального тока. Энергетические затраты на одинаковый прирост скорости фильтрации для воды, растворов лимонной кислоты и наножидкости были в несколько раз меньше, чем для суспензий хлористого калия и хлористого натрия.
Список литературы: Анцыферов М.С. Электросейсмический эффект // Доклады АН СССР. 1962. Т. 144, № 6. С.1295-1297.

Балбачан М.Я., Томашевская И.С. Эффект изменения прочности горных пород в результате механоэлектризации // Доклады АН СССР. 1987. Т. 296, № 5. С.1085-1089.

Буевич Ю.А., Зубарев А.Ю. О двойных электрических слоях в концентрированной коллоидной системе // Коллоидный журнал. 1986. Т. 48, №. 6. С.1119-1125.

Духин С.С. Электропроводность и электрокинетические свойства дисперсных систем. Киев: Наукова думка, 1975. 246 с.

Духин С.С., Дерягин Б.В. Электрофорез. М.: Наука, 1976. 332 c.

Зейгарник В.А., Ключкин В.Н., Окунев В.И. Влияние электрического тока на акустический отклик механически нагруженных образцов искусственного песчаника // Успехи прикладной физики. 2018. Т. 6, № 3. С.199-208.

Злочевская Р.И., Королев В.А. Электроповерхностные явления в глинистых породах. М.: Изд-во МГУ, 1988. 177 с.

Иванов А.Г. Эффект электризации пластов Земли при прохождении через них упругих волн // Доклады АН СССР. 1939. Т. 24, № 1. С.41-43.

Комаров В.А. Геоэлектрохимия. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1994. 136 с.

Карапетьянц М.Х. Введение в теорию химических процессов. М.: Высшая школа, 1981. 333 с.

Лапшин В.Б., Патонин А.В., Пономарев А.В., Потанина М.Г., Смирнов В.Б., Строганова С.М. Инициация акустической эмиссии в обводнённых образцах песчаника // Доклады Академии наук. 2016. Т. 469, № 1. С.97-101.

Манштейн А.К., Куликов В.А., Эпов М.И., Нефедкин Ю.А. Изменение сейсмических скоростей в поле постоянного электрического тока // Геология и геофизика. 1999. Т. 40, № 3.С.465-473.

Минаков А.В., Михиенкова Е.И., Неверов А.Л., Бурюкин Ф.А. Экспериментальное исследование влияния добавки наночастиц на реологические свойства суспензий // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44, № 9. С.3-11.

Мирдель Г. Электрофизика. М.: Мир, 1972. 608 с.

Попов Е.А., Селяков В.И. Изменение проводимости неоднородной среды при пропускании через нее электрического тока // Доклады АН СССР. 1990. Т. 310, № 3. С.83-86.

Сергеев Г.Б. Нанохимия. М.: Изд-во МГУ, 2003. 288 с.

Соболев Г.А., Веттегрень В.И., Киреенкова С.М., Кулик В.Б., Мамалимов Р.И., Морозов В.А., Смульская А.И., Щербаков И.П. Нанокристаллы в горных породах. М.: ГЕОС, 2016. 102 с.

Справочник химика. Том 2. Основные свойства неорганических и органических соединений / Под ред. Б.П. Никольского. Л.: Химия, 1971. 1168 с.

Суздалев И.П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. Изд. 2-е, испр. М.: Либроком, 2009. 592 с.

Сургучев Л.М. Применение методов повышения нефтеотдачи и перспективы их применения за рубежом // Нефтяное хозяйство. 1987. № 5. С.72-76.

Тихомолова К.П. Электроосмос. Л.: Химия, 1989. 248 с.

Amalokwu K., Spikes K., Wolf K. A simple effective medium approach for the bulk electrical and elastic properties of organic-rich shales // Journal of Applied Geophysics. 2019. V. 169. P.98-108.

Bayuk I., Popov Y., Parshin A. A new powerful tool for interpreting and predicting in reservoir geophysics: theoretical modeling as applied to laboratory measurements of thermal properties // Proceedings of the International Symposium of the Society of Core Analysts, Austin, Texas, USA. 2011. N 39. P.1-12.

Bradford S.A., Torkzaban S. Colloid Transport and Retention in Unsaturated Porous Media: A Review of Interface-, Collector-, and Pore-Scale Processes and Models // Vadose Zone J. 2008. V. 7, N 2. P.667-681. doi: 10.2136/vzj2007.0092

Sobotka J. DC-induced acoustic emission in saturated sand models of sedimentary rock // Acta Geophys. 2009. V. 58, N 1. P.163-172. DOI: 10.2478/s11600-009-0046-1

Sobotka J. Reservoir Rock Diagnostics for Water or Hydrocarbon Exploration. Acoustic and Electric Fields Interaction Phenomena in Geophysical Research (Seismoelectric & Electroseismic Effect). Springer Nature Switzerland AG, 2019. 115 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-31049-3