第九章 表面特征 蔡讲解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 水分子是极性很强的物质，它能强烈吸引表面活性物质分子中带极性的一端，所以这一端（极性基）也叫亲水基，而另一端（非极性基）不为水分子所吸引，叫憎水基。 如果用符号“0”代表极性基，用符号“一”代表非极性基，则表面活性物质的分子可表示成“一0”。 当表面活性物质(如肥皂)溶于水时，由于肥皂属于高级脂肪酸盐类，化学结构式的一端为碳氢组成的非极性基团，另一端为－COONa组成的极性基团，位于水面层上的肥皂分子，其亲水基（极性基）朝向水的内部，而憎水基则背离水面，形成定向排列。这样就使得油-水界面上的极性差减小，界面上的自由表面能减小，界面张力也就减小。界面张力降低的程度，主要决定于表面活性物质的浓度。 油 肥皂水 肥皂分子定向排列，极性端(亲水基)朝向水内部 第九章 储油（气）岩的表面能、表面吸附和表面润湿现象 §3 储油（气）岩石的润湿性 一、基本概念 1. 润湿 所谓润湿是指液体在表面分子力的作用下在固体表面的流散现象。 如某一岩石表面，水比油能更好地润湿，则称该岩石表面对水有选择性润湿（水湿）。反之，油比水能更好地润湿，则称该岩石表面对油有选择性润湿（油湿），但液体与固体接触时总离不开第三相——空气相，所以空气中单相液体在固体表面上润湿，实际上是多相流体在固体表面上的润湿，也就是选择性润湿。 由于固体对不同流体的吸引力不同，产生某种流体优先润湿固体的现象，称为选择性润湿。 衡量润湿程度的大小通常以润湿接触角θ的大小来表示，它是固体表面气体、液体、固体交接点上切于液面的夹角。θ角总是从极性较大的液体一方开始量度，如研究水和碳氢化合物液体之选择性润湿时，就要从水这边开始。 液体在固体表面上的润湿性，也可以用液-气、液-固和气-固各分界面上的表面张力来表示。即润湿性是作用于三相周界上各两相的表面张力 、 、 相互作用的结果，当达到平衡时满足杨氏方程： 、 、 ——分别为固-气、固-水、水-气的界（表）面张力；θ——润湿接触角，从极性较大的液体一方量测。 A称润湿张力或附着张力 称为润湿角 对于油-水-固系统 根据润湿接触角θ的大小衡量润湿性可分为三种情况： （1）0°＜θ＜90°（l＞cosθ＞0），固体表面为水润湿，或水对固体表面选择性润湿，这种固体表面称之为亲水的或憎油的； （2）90°＜θ＜180°（0＞cosθ＞-1）固体表面为油润湿，或说油对固体表面选择性润湿，这种固体表面称之为亲油的或憎水的； （3）θ＝90°（cosθ＝O）：固体表面为中性润湿，既不亲水也不亲油。 1、水相 2、油相 3、固相 二、储油（气）岩石的润湿性 70年代以来，大量实验证明： 油藏岩石的润湿性既有亲油，也有亲水的，甚至还有中性的。 油藏岩石的润湿性，主要取决于原油中极性组分的含量和天然岩石的表面性质。 同一油藏还可能存在混合润湿。 1、直接影响着储油（气）岩石的油、气、水饱和度，关系到油气田的评价和储量计算。 2、储油（气）岩石润湿性还决定着储油（气）岩石的毛细管压力、相渗透率，影响到油、气、水的分布和油气田开发。 3、储油（气）岩石润湿性对油气开采的影响表现在： 对水湿岩石，由于注入水能自动吸入，可减少粘滞性引起的大小孔隙流动速度的差异，因而无水采收率高。 另外在三次采油中通过注入表面活性剂的办法，可以使亲油岩石亲水化，达到提高采收率的目的。 研究储油（气）岩石润湿性的意义 三、储油（气）岩润湿性的影响因素 储层岩石主要是砂岩和碳酸盐岩，前者主要由石英、长石、云母、粘土矿物和硫酸盐（石膏）等组成，后者主要由方解石和白云石组成。 这些主要矿物的表面在洁净情况下一般都是亲水的，但亲水程度不同，由水云母矿物变化而成的粘土矿物亲水性最强，其余按亲水强弱程度依次为石英、石灰岩、白云岩、长石。粘土矿物对岩石的润湿性有较大的影响，有的粘土矿物，特别是蒙脱石是强亲水的。 （1）岩石矿物组成的影响： 当粘土矿物含铁时，如鲕绿泥石，因为铁有从原油中吸附表面活性剂的能力，当其覆盖在岩石颗粒表面时，可使岩石表面亲油。 例如班克油田储油岩石，其中大约70％的石英表面被鲕绿泥石（Fe３Al2Si2O10·3H2O）所覆盖,使其表面具强的油湿性质，因而带来岩石润湿性的复杂情况。 有机物质表面是憎水亲油的。 石英表面，石油的组分不同，其润湿接触角可能＜90o，也可能＞90o，而当油相都是异辛烷时，水都能润湿这两种矿物（θ=30°）；当油相都是环烷酸时，水只