油层物理学课件

时液体和气体分界面上的表面张力将随着压力之升高而
下降。
在表3－3中有不同温度及压力下水与气 体分界面上的表面张力数据。
表3-1-3 在各种温度及压力下，水与气体分界面上的表面张力值
压力 MPa
0 0.71 1.76 3.52
表面张力（达因/厘米）
25℃
65℃
74.1
67.5
71.1
63.2
66.5
• 运用表面物理化学的研究成果，研究油层中的各种 界面现象，对于认识油层，寻找油气运移富集的规律以 及提高油层石油采收率均具有重要的理论和实际意义。
第一节 表面张力和表面能
一 表面张力和表面能的基本概念
• 度量分子－表面现象的物理性质是表 面张力和表面能，并由表面张力过渡到 润湿性。
图3-1-1 界面分子受力状况示意图
• 显然，当两种流体相接触时，流体的极性是决定 它们之间表面张力的内在因素。
三 温度和压力对表面张力的影响
•
当纯质液体与蒸汽相接触时，如与蒸汽的临界点相
差很远，则表面张力的大小与温度变化呈线性关系。
t 0(1t)
•
压力对表面张力的影响则与温度的影响不同。因为
随着压力的升高，气体和液体的相互溶解度也提高，此
和水的极性差变大，油－水的表面张力也
随之增大。
•
如果加在系统上的压力高于石油被天
然气所饱和时的压力，也就是说在全部气
体都溶解于石油中以后还继续提高压力，
在这种情况下，由于石油被压缩而使分子
间力增大，油－水界面上的表面张力也将
随之降低。
在有溶解 气存在的情 况下，油水 表面张力与 压力的实验 关系如图31-2所示。
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第三章 饱和多相流体时岩石的 物理性质
储油气层岩石内饱和着油、气、水多相流体，因而 存在着错综复杂的流体之间以及流体和孔隙壁面之间的 界面关系，它直接影响流体在孔隙中的分布和渗流。
• 在研究饱和多相流体的岩石物理性质时，通常是以研 究油层中与界面现象有关的表面性质为基础。与界面现 象有关的表面张力、吸附作用、润湿作用以及毛细管现 象将对流体渗流产生重大影响。此外，多相流体在岩石 孔隙中的渗流性质－相渗透率也取决于上述表面性质。
表3-1-1 不同液体在室温条件下与本身蒸气及空气接触时的表面张力值
物质 n—已烷
乙醚 n—辛烷 四氯化碳 m—二甲苯
甲苯
表面张力（20℃） 达因/厘米 18.4 17.0 21.8 26.9 28.9
28.5
物质
苯 三氯甲烷 二氯乙烷 二硫化碳
水 水银
表面张力（20℃） 达因/厘米 29.0 28.5 32.2 32.3 72.8
484
表3-1-2 水及水银与不同物质接触时的表面张力值
第一相 水银 水银 水银
水 水 水 水
第二相
本身蒸气 酒精 苯
本身蒸气 苯
戊醇 丁醇
表面张力 达因/厘米
471.6 364.3 362.0 73.8 32.6 4.42 1.76
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二 流体的极性
•
在物理化学中论述有关表面现象时，通常是把
作用于该相流体上的分子间力的强度单位，称为液
• 在构成1平方厘米液面的全部分子上所受到的这一 个力，称为分子压力或内压力。用〔达因／平方厘米〕 或〔公斤／平方厘米〕量度。分子压力的大小取决于 它的物理化学性质。
• 厚度等于分子间相互作用力的作用半径的分子层， 称为表面层。
• 因为在表面层上存在着分子压力，所以为了形成新 的表面，就需要消耗一定的功，把分子从液体内部 移入表面层。这些功就转化成表面层的能量－表面 能。
58.8
61.8
55.5
压力 MPa
7.05 10.50 14.00 19.00
表面张力（达因/厘米）
25℃
65℃
55.9
50.4
51.6
46.5
47.9
42.3
44.1
39.5
•
在油层情况下，当存在油、气、水三
相时，油和水之间的表面张力的变化主要
取决于气体在油中的溶解度。压力越高，
气体在石油中的溶解度也就越大，致使油
图3-1-2 在有溶解气的条件下油水表面张力与压力 的关系
四 吸附与表面张力
•
在液体中可溶物质在体积内部以及在表面层之
间的分布是不一样的。与可溶性物质在表面层中的
分布有关的现象，被称为吸附作用。每平方厘米表
面吸附的可溶性物质的克数称为比吸附，用以定量
描述吸附量的大小。比吸附的大小可用克／平方厘
米或摩尔／平方厘米来表示。若在表面层中有过剩
体的极性。
•
液体的分子压力越大，则其极性也就越大。随
着流体极性的增加，也就是随着其分子压力的增加，
液体分子的结合强度及介电常数就增大，而压缩性
则变小。
•
相互接触之各相彼此在极性上的差别愈大，在
它们分界面上的表面张力也就愈大。
结 论：
• 各种石油与水接触时的表面张力值不同，是因为 它们两者的极性不同。或者更准确地说，是因为各 种石油中极性组分的含量不同。水相对于各种石油 来说，是一种极性最大的流体，因此，随着石油极 性的减少，它们分界面上的表面张力就变大。
• 刚刚形成的1平方厘米表面所带有的功，称为比自
由表面能或表面张力():
• •
R
S
或 RS
• 对于储油（气）层来说，表面张力可以存 在于以下各个界面上。即油－水（ g）w 、油 －气（ o）w 、气－水（ o）g 、油－岩石（ ）、 水－o 岩石（ ）和气－w 岩石（ ）的界面g 上。
表面张力产生的根本原因是分子间引力。由于相同 分子或不同分子之间分子引力的差异，不同物质之 间具有不同的表面张力（表3-1-1、表3-1-2)。
• 对含有多相流体的孔隙介质的特性来说，必须考虑到 两个互不相溶的“相”的分界面上力的影响。如果一相 是液体而另一相是气体时，它们的分界面实际上就是液 体表面。其界面分子的受力状况如图3-1-1所示。
• 作用于表面层分子上的力都指向水的内部和沿着分 界面的方向。所以它们的总的相互作用力不等于零， 而是垂直于分界面并指向液体的内部。
的可溶物质就把它称为正吸附，而过少时则称为负
吸附。
吸附作用既可发生在液体表面，也可发生在 固体表面。固体表面的吸附有如下规律：
• 1.固体表面对被吸附物质的吸附量随着吸附表面的加大而增加。 • 2.表面物质成份也不均一，固体的吸附具有选择性。固体表面的
不同部位其吸附效果常有较大差异； • 3．吸附作用都是放热的，所以随着温度升高，其吸附量要降低； • 4．吸附量与被吸附物质的浓度成正比，浓度越大，吸附量越大。 • 5.固体表面既可以吸附溶剂（液体本身），也可以吸附其中的被