第三章(3-1)表面张力
34页1、第三章 储层中多相流体的渗流特性,由第一章和第二章所学内容可以知道,油藏岩石和油藏流体具有如下主要特性:1、油藏岩石具有比面大、孔隙结构复杂、高度分散等特性;2、油藏中的油、气组分和相态复杂,且随着温度和压力的变化,油气的物理性质及相态发生复杂的变化; 油藏开采中,大多是油、水两相流体或是油、气、水三相流体在岩石孔隙中流动。岩石中多相流体存在时,流体的渗流特性将变得更加复杂:1、由于分子力作用等因素的变化,使油-水-岩石系统或油-气-岩石系统界面性质的复杂性;2、由于岩石表面的润湿性等因素的变化,使油、气、水在岩石孔隙中分布的复杂性;3、由于岩石的润湿性的不同以及严重的毛管现象等,使油、气、水多相流体在岩石孔隙中流动的复杂性;,本章教学主要内容:1、油藏流体的界面张力 界面自由能、界面张力、吸附现象及其对界面张力的影响 2、油藏岩石的润湿性 岩石的润湿性及其影响因素、岩石润湿性与水驱油的相互关系 。3、油藏岩石的毛管压力曲线 毛细现象和毛管力、任意曲面的附加压力、毛管中液体的上升(或下降)岩石毛管压力曲线的测定及换算、岩石毛管压力曲线的基本特征、毛管压力曲线的应用。4、油藏岩石的相对渗
2、透率曲线 有效渗透率和相对渗透率、相对渗透率曲线特征及影响因素、相对渗透率曲线的应用。本章教学重点、难点:1、岩石润湿性及润湿性与水驱油的相互关系 2、岩石毛管压力曲线特征及其应用,第一节 油藏流体的表面张力,一、两相界面层的自由表面能界面:任何两相分界面通称为界面,如岩石油(水)界面、油水界面。表面:当接触的两相中有一相是气相时,则把界面习惯称为表面,如空 气水的分界面称为“水的表面”;岩石气体的分界面称为“岩石的 表面”。内聚力:同一相的内部分子之间的作用力。吸附力(附着力):界面两种不同相的分子间的作用力。净吸力:净吸力=内聚力- 吸附力,1、自由表面能的基本概念2、自由表面能性质,由上面分析结果知道:表明水分子a 比水相内部水分子b具有更多的“自由能”。因此有:A、假若把水分开使其产生新界面(界面积增大),就必须做功,做功的能量就转化为新生界面(界面积增大)的自由表面能。B、假若把水的内部分子举升到水面,就必须做功。做功的能量就转化为自由表面能。自由表面能性质:(1)只有存在不互溶的两相时自由表面能才存在。 以上是分析水空气表面。 对于任意两相,不论是气和液、液和液,还是气和固
3、、液和固的界面,都存在有上述的自由界(表)面能。 而完全互溶的两相(例如酒精和水、煤油和原油),由于它们之间不存在界面,所以也就不存在自由界面能。(2)表(界)面越大,自由表(界)面能也越大 由热力学第二定律知,任何自由能都有趋于最小的趋势。 由于等体积物体以球体表面积最小,表面能也最小,所以水银滴掉在桌面上变成球形,而不是其它形状,以使自由表面能居于最小。,(3)自由表(界)面能不仅存在界面层分子,而是存在具有一定厚 度的界面层 表(界)层的结构和性质与每一相的性质都不同,是一个逐渐过渡的分子层。在该过渡层中的分子,都具有自由表面能,只是大小不同而已。,(4)自由表(界)面能的大小与两相分子性质有关系。两相分子的极性差越大,表(界)面能越大。 水是液体中极性最大的,而干净的空气极性很小,因此水空气界面的表面能最大。 原油和四氯化碳的极性差很小,乃至界面消失而互溶,正因为如此,油层物理实验中用四氯化碳来提取岩心中的石油。(5)自由表(界)面能还与两相的相态有关。 液气相界面的自由表面能液液相界面的自由界面能。 液固之间的自由界面能液气之间的自由表面能。,二、比表面能和表面张力,1、比表
4、面能或表面张力()的基本概念2、比表面能和表面张力的分析(1)比表面能和表面张力都是用来衡量两相界面层表面自由能的大小,它们具有相同的本质。(2)在两相系统的界面,表面张力只是自由表面能的一种表示方法,两相系统的界面不存在真实的“张力”。(3)在三相系统的周界上,有界面的张力存在,它是各自两相界面层自由表面能在三相周界的接触点相互“争夺”的结果。,如图所示,一滴油滴在水面上则有三种界面,即油-气(2-3)、油-水(2-1)和水-气(1-3)界面,各自界面层的表面能在三相周界的争夺则呈现三种表面张力2-3、1-2 和1-3,当三者达到平衡时有: a、三相周界上有界面的张力存在; b、各该两相界面张力的大小等于各自的比表面能; c、界面张力的方向确定:界面为平面时,则在界面上;界面为曲面时,则在 界面的切平面上; d、张力的作用点为三相周界的作用点。,温度、压力对地层原油气体间界面张力影响 溶解气对地层原油气体间界面张力影响,曲线1:地面(脱气)原油与水的系统,曲线2:地层(有溶解气)原油与水的系统,,四、吸附作用及其与表面张力的关系,1、表面活性剂及其分子结构特性表面活性剂:溶入少量就能
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