多相流体的渗流机理.ppt

第一节 油藏流体的界面张力 一、 两相界面的界面能 分子力场不平衡而使表面层分子储存有多余的能量，称为两相界面的界面能(或表面能)。 界面能的性质： (1)界面能依存于两相界面； (2)界面能分布于整个界面层； (3)界面越大，界面能也就越大； (4)两相界面层界面能的大小和两相分子的极性有关； (5)两相界面的界面能和物质的相态有关系。 热力学第二定律：任何界面能都有趋于最小的趋势。 两相分子极性差越大，界面的界面能越大，反之越小。 液-气界面的界面能一般比液-液界面的界面能要大(有的比液-液界面的界面能小)，固相的表面能更大。 二、 比界面能和界面张力 单位面积界面上具有的界面能数值表示两相界面的界面能大小，称为比界面能。 Us—— 两相界面的界面能，J(焦耳)； A—— 界面面积，m2； σ——比界面能，J/m2。 J/m2=N·m/m2=N/m 比界面能可看作是作用于单位界面长度上的力，称界面张力。 只有在三相周界上才有 1.概念 界面张力的方向，若界面为平面则在界面上，若界面为曲面，则在界面切线上，方向指向使界面收缩的方向。 两相界面张力的大小等于其比界面能。 界面张力的作用点为三相周界的接触点。 2.界面张力的影响因素 界面张力产生的根本原因是界面层中分子的净吸引力。 不同的物质，界面张力不同； 32.85 73.2 32.5 28.5 29.0 界面张力 (mN/m) 甲苯 二硫化碳 二氯乙烷 三氯甲烷 苯 物质 30.3 26.9 21.8 17.0 18.4 界面张力 (mN/m) 邻二甲苯 四氯化碳 正辛烷 乙醚 正己烷 物质 表3.1.1 不同液体在室温条件下(20℃ )与空气接触时的界面张力 与物质的相态有关； 一般气－液界面的界面张力比液－液界面大。 1.76 8.5 35.0 72.9 357.2 364.0 486.5 界面张力 (mN/m) 丁醇 正辛醇 苯 空气 苯 酒精 空气 第一相 水 水 水 水 水银 水银 水银 第一相 表3.1.2 水、水银与不同物质接触时的界面张力 与物质的极性有关； 与温度有关； 两相分子的极性越相近，两相分子间的引力越大，界面张力越小，甚至发生互溶。 一方面：温度升高，增大了液体分子间的距离，使液相分子间的引力减少； 另一方面：增加了液体的蒸发，加大了蒸气的密度，使气相与液相间的引力增加。 两者都使界面层内分子所受到的指向相内部的净引力减小。 温度升高，界面张力降低。 与压力有关； 压力升高：气相分子间距离减小，增大了与液相分子间的引力；气体在液体中的溶解度增加，液体密度减小，分子间引力减少。两者都使界面层内分子所受的指向相内部的净引力减小。 压力升高，界面张力降低。 与溶解气有关； 随压力升高原油-CO2的表面张力比原油-天然气的表面张力的降低较大，比原油-空气的表面张力的降低更大。这是因为CO2比天然气更易溶解于原油，天然气比空气易溶于原油的缘故。 气体溶解度增加，界面张力减小。 3.油藏流体间的界面张力 存在： 油-水、油-气、水-气 油、气、水与岩石的界面 流体在岩石孔隙中的分布 孔隙中毛管力的大小 流体的渗流 三、 吸附作用 两相界面层的分子受力不平衡，因此存在界面能。物质总有使其界面能趋于最小的趋势。这种趋势表现为界面面积减小，也可通过吸附与其相邻的物质分子来实现，后者是吸附的原理。 液体界面的吸附 极性端朝向水而非极性端朝向空气，使空气对表面上分子的引力增加，空气与水之间的极性差减小，从而使界面张力减小。 若溶质在两相界面上的吸附符合“极性均衡”原则，即：极性A＞极性C＞极性B，则C为吸附在A、B两相界面层的物质，使界面张力减小。反之，C沉于A或者B相内部，界面张力增加。 水中溶有某些无机盐，如NaCl、MgCl2、CaCl2等(其极性大于水)，因为盐在水相内部的浓度大于在表面上的浓度，所以水的表面张力增加。 水中溶有醇、酸等有机物质(其极性界于水、空气之间)，因为溶质在水表面的浓度大于水相内部的浓度，所以水的表面张力降低； 溶解于两相界面系统中的物质，自发地浓集于两相界面上并极巨减小该界面层的表面张力的这种过程称之为“ 吸附”，被吸附的物质叫做“ 表面活性剂”。 吉布斯(Gibbs)吸附等温式： G—— 吸附量，单位面积界面层中多余的溶质摩尔数，亦称为比吸附； C—— 溶质的浓度,mg/L； σ—— 界面张力,mN/m； T、R——分别为绝对温度和通用气体常数； ―--界面张力随溶质浓度的变化率。 则表明没有吸附发生。 它表示界面张力随溶质浓度的增加而降低，溶质为表面活性物质。 它表明界面张力随溶质浓度的增加而增加，此时溶质为非表面活性剂。 若 =0， 若 ＞0，则比吸附G＜0