油层物理3-3 第三节 润湿
润湿物理化学教案中的润湿剂的润湿行为与湿润度
润湿物理化学教案中的润湿剂的润湿行为与湿润度介绍：润湿现象是物理化学中的一个重要概念，在许多领域都有广泛的应用，尤其在材料科学、化学工程和表面科学等领域中起着重要作用。
润湿剂作为实现润湿现象的关键物质，在润湿物理化学教案中具有重要地位。
本文将重点讨论润湿剂在润湿行为和湿润度方面的相关内容。
1.润湿现象的基本原理润湿是指液体与固体接触时，液体在固体表面上的传播和附着现象。
润湿剂在这一过程中起着重要作用。
基于表面张力和相互作用力的考虑，润湿行为可分为三种类型：完全润湿、不润湿和部分润湿。
2.润湿剂的分类和特性润湿剂是指能够改善液体与固体之间接触角的物质，常用于各种润湿应用中。
根据其成分和性质，润湿剂可分为有机润湿剂和无机润湿剂。
有机润湿剂通常是柔性分子结构，具有较好的扩一览性和吸附能力。
无机润湿剂则通常具有优异的耐热性和化学稳定性。
3.润湿剂的润湿行为研究方法为了更好地了解润湿剂的润湿行为，研究人员通常采用接触角测量和表面张力测定等方法。
接触角测量方法可以通过测量液滴与固体表面接触时形成的接触角大小来评估润湿性能。
表面张力测定则可以定量地衡量润湿剂与液体表面的相互作用力。
4.润湿剂的湿润度与应用领域润湿度是衡量润湿剂润湿性能的重要指标之一。
润湿剂的湿润度高，能够更好地降低液体与固体之间的接触角，实现更好的润湿效果。
润湿剂的湿润度在许多领域有着广泛应用，如印刷、油漆、纺织和涂料工业等。
5.润湿剂的优化与发展趋势随着科学技术和工业的不断发展，润湿剂的优化和改进成为研究的热点之一。
研究人员通过改变润湿剂的分子结构和反应条件，提高其润湿性能和湿润度。
同时，研究人员也在探索新的润湿剂材料和方法，以满足不同应用领域的需求。
结论：润湿剂在润湿物理化学教案中扮演着重要角色，其润湿行为和湿润度的研究对于提高润湿效果和应用效果具有重要意义。
本文通过介绍润湿现象的基本原理、润湿剂的分类和特性、润湿行为研究方法等方面的内容，对润湿剂的润湿行为与湿润度进行了综合阐述。
油层物理何更生版第三章3-4节课件
A1>A2
亲水
A1<A2
亲油
33
8.润湿指数W 和视润湿角
实验方法：将一块岩心一分为二,一块饱和
油后测定空气驱油的毛管力,另一块饱和水后测定 油驱水毛管力。得到两条毛管力曲线,分别求出两 条毛管力曲线的阈压PTog和PTwo，按以下指标判 断岩石的润湿性。
(1)润湿 指数W
cos wo PTwo og W cos og PTog wo
24
2 评 估 岩 石 储 集 性
25
3.
确
定
Swr
4.确定油层Pc（J（sw)函数） J（sw)=Pc(K/)0.5/cosθ 利用J（sw)函数可求出同一类型岩石平均Pc 曲线，还可找出不同类型岩石的物性特征。
26
5.确定自由水面的高度h（确定油水过渡带）油
水过渡带成因（见下图）：
图
3-50 油藏中的油水过渡带分布示意图
（3）测取的参数: Δ V：被驱替水的体积；Δ P：驱替压差（ Δ P=Pc)
17
(4)根据Pci∽Swi数据绘测Pc曲线。
18
19
2.压汞法和离心法 四、岩石毛管力曲线的 基本特征
1.Pc曲线的定性特征 Pc曲线的一般形状：两头 陡，中间缓，故分三段：初始段、 中间平缓段、和末端上翘段。
20
Pcc=б
wo/r wocosθ
Pcs=(2б )/R=(2б
)/r
由此看出：液体静止时，施于管壁的球面Pcs使液膜 变薄，Pcc则使液膜增厚，两种力作用的结果，液膜最后 保持一定的平衡厚度。最后静液珠Pcl（指向管壁）则为：
Pc1=(2б cosθ )/r-б /r = 2б (cosθ -0.5)/r
第三章 表面活性剂功能与应用——润湿作用
第三章表面活性剂功能与应用——润湿作用一、润湿功能例子：水润湿玻璃，加入表面活性剂润湿容易；水滴在石蜡上，石蜡几乎不被润湿，加入少量表面活性剂石蜡就容易被润湿了；较厚的毛毡或棉絮放入水中，很难渗透，加入一些表面活性剂就容易浸透了。
表面活性剂具有渗透作用或润湿作用所谓润湿是指一种流体被另一种流体从固体表面或固液界面所取代的过程。
润湿过程往往涉及三相，其中至少两相为流体。
1.润湿过程润湿作用是一个过程。
润湿过程主要分为三类：沾湿、浸湿和铺展。
产生的条件不同。
其能否进行和进行的程度可根据此过程热力学函数变化判断。
在恒温恒压条件下可方便使用润湿过程体系自由能变化表征。
（1）沾湿主要指液-气界面和固-气界面上的气体被液体取代的过程，在此过程中消失的固-气界面的大小与其后形成的固-液界面的大小是相等的。
如喷洒农药，农药附着于植物的枝叶上。
沾湿附着发生条件：△G A=γSL-γSG-γLG＜0W A=γSG-γSL+γLG≥0 （沾湿）式中：γSG、γSL和γLG分别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力（2）浸湿浸湿是指固体浸入液体的过程，原有的固气界面空气被固液取代。
如洗衣时衣物泡在水中；织物染色前先用水浸泡过程浸湿发生条件：△G i=γSL-γSG≤0W i=γSG-γSL≥0 （W i：浸湿功）（3）铺展液体取代固体表面上的气体，固-气界面被固-液界面取代的同时液体表面能够扩展的现象。
铺展发生条件为：△G S=γSL+γLG-γSG≤0S=γSG-γSL-γLG≥0 （S：铺展功）一般，若液体能够在固体表面铺展，则沾湿和浸湿现象必然能够发生。
从润湿方程可以看出：固体自由能γSG越大，液体表面张力γLG越低，对润湿越有利。
2.接触角和润湿方程（杨氏方程）接触角：固、液、气三相交界处自固-液界面经过液体内部到气液界面处的夹角。
接触角与固-液，固-气和液-气表面张力的关系可表示为：γSG-γSL=γLG COSθ杨氏方程COSθ=（γSG-γSL）/γLG加入表面活性剂，γLG↓γSL↓ COSθ↑θ↓θ＞90°不润湿θ＜90°润湿θ越小润湿越好θ=0°或不存在→铺展将杨氏方程代入W A W i SW A =γLG （1+ COS θ）≥0 θ≤180° W i =γLG COS θ ≥0 θ≤90° S =γLG （ COS θ-1） ≥0 θ≤0° 纤维特性=γSL +γLG COS θ θ前进接触角 由于液体表面曲率，液体在毛细管中提升力大小为2πr γLG COS θ。
油层物理第三章
— OB — WB
— WA —OA
人们将毛管压力定义为两相界面上的压力差，
其数值等于界面两侧非湿相压力减去湿相压力，由
上述定义，得：
Pc=Pob-Pwb=（ρw-ρo）gh=Δρgh
4）
这是油层中毛细管平衡理论的基本公式。该式 表明：液柱上升高度直接与毛管压力值有关，毛管 压力越大，则液柱上升越高。
（1） 润湿：是指流体在界面张力作用下沿 岩石表面流散的现象。即铺展能力，能铺展 开的为润湿，否则为不润湿。
（2）润湿性（选择性润湿）：当岩石表面同 时存在两种非混相流体时，由于界面张力的差 异，其中某一相流体自发地驱开另一相流体而 占据固体表面的现象。
亲水憎油 亲油憎水 中间润湿
（3）润湿程度的衡量
的大小。
单位：牛顿·米/米
2，达因·厘米/厘米2=尔格/厘米2。
(2)界面张力：当以达因/厘米表示比界 面能时，则称为界面张力。即单位界面 长度上所受到的力。
虽然比界面能在表示为能量和力时具有相同的数 值，但比界面能和界面张力是两个不同的概念，数值 相等，因次不同，它们从不同的角度反映了不同现象。
注意：
定义：三相润湿周界沿固体表面移动迟缓而
产生润湿接触角改变的现象。分为静润湿滞后 和动润湿滞后。
油 水B 2 固
A 1
润湿滞后的前进角和后退角
水驱油；前进角1> ，； 油驱水；后退角2< , 。 1 - 2越大，滞后越严重。
（1）静润湿滞后
定义：是指油、水与固体表面接触的先后次序不
同时所产生的滞后现象。即油驱水，还是水驱油 的过程时所产生的滞后。
吉布斯比吸附定律：
G
1
C
讨论：
RT CT
润湿
在解决实际的润湿问题时，应首先分清它是哪一类型，
过程，从整个过程看，它是一浸湿过程。但实际上它
却经历了三个过程：（a）到（b）为沾湿，（b）到
（c）为浸湿，（c）到（d）为铺展。
目录
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V
铺 浸 沾 展 湿
S
L
S
图4.11 固体进入液体过程
目录 上页 下页 退出
三、非理想固体表面上的接触角
目录 上页 下页 退出
7、真空中Al2O3 的表面张力约为900尔格/厘米2，液态铁
的表面张力为1720尔格/厘米2，同样条件下，界面张力
（液态铁－氧化铝）约为2300尔格/厘米2，问接触角有 多大？液态铁能否润湿氧化铝？
8、表面张力为500尔格/厘米2的某液态硅酸盐与某种多
晶氧化物表面相接触，接触角θ＝450，若与此氧化物相 混合，则在三晶粒交界处，形成液态小球，二面角ψ平 均为900，假如没有液态硅酸盐时，氧化物－氧化物界 面的界面张力为1000达因/厘米，试计算氧化物的表面 张力？
受三个界由面张力的作用来处理。当三个作用力达到平衡时，
应有下面关系
cos
LV SV SL
SV
SL
LV
cos
SV
或
F
LV
C O S
SL
F 润湿张力
这就是著名的Young方程。式中γSV和γLV是与液体的饱和蒸
气成平衡时的固体和液体的表面张力（或表面自由能）。
目录 图4.12
上页 下页 表面粗糙度的影响 退 出
因此：
（1）θ＜90°时，θn＜θ，即在润湿的前提下，表面粗糙化 后θn变小，更易为液体所润湿。 （2）θ＞90°时，θn ＞θ，即在不润湿的前提下，表面粗糙 化后θn变大，更不易为液体所润湿。 大多数有机液体在抛光的金属表面上的接触角小于90°，因 而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。纯水在光滑石蜡表 面上接触角在105~110°之间，但在粗糙的石蜡表面上，实
油层物理知识点梳理总结
定义 临界点：单组分物质体系的临界点是该体系两相共存的最高压力和最髙温度。
泡点：是指温度（或压力）一泄时，开始从液相中分离出第一批气泡时的压力（或温度）。
露点：是指温度（或压力）一沱时，开始从气相中凝结出第一批液滴时的压力（或温度）。
接触分离（闪蒸分离）：指使油气烧类体系从油藏状态变到某一特左温度、压力，引起油气分离并迅速达到平衡 的过程。
特点：分出气较多，得到的油偏少，系统的组成不变。
多级分离：：在脱气过程中分几次降低压力，最后达到指圧压力的脱气方法。
多级分藹的系统组成是不断发生变 化的。
微分分离：在微分脱气过程中，随着气体的分离，不断地将气体放掉（使气体与液体脱离接触）。
特点：脱气是在系 统组成不断变化的条件下进行的。
地层汕的溶解汽油比：把地层油在地而条件进行（一次）脱气，分离出的气体在标准条件（20度O.lOIMPa ） 下的体积与地面脱气原汕体积的比值。
左义2： lm3的地面脱气油，在油藏条件下所溶解的气体的标准体积。
地层汕相对密度：地层温度压力条件下的元有的相对密度（=地层条件下油密度/4度的水密度）。
“原汕相对密度” -表示地面油相对密度。
地层油的体积系数：原汕在地下的体积与其在地面脱气后的体积之比。
地层汕的两相体积系数：油藏压力低于泡点压力时,在给立压力下地层汕和其释放出气体的总体积与它在地而脱 气后的体积之比地层汕的等温压缩系数：在温度一左的条件下，单位体积地层油随压力变化的体枳变化率（P>Pb ） 地层水的矿化度：表示地层水中无机盐量的多少，mg/L地层水的体积系数：在地层温度、压力下地层水的体积与其在地而条件下的体积之比。
地层水的压缩系数：在地层温度下，单位体积地层水的体积随压力变化的变化率 地层水的粘度：反应在流动过程中水内部的摩擦阻力。
渗透性：岩石中流体可以在孔隙中流动的性质。
绝对渗透率：渗透率仅与岩石自身的性质有关，而与所通过的流体性质无关，此时的渗透率称为岩石的绝对渗 透率。
油层物理第三四章
研 究
第一节 油藏岩石的润湿性 和油水分布
1 润湿的概念 2 润湿滞后
3 油水在岩石孔道中的分布
1 润湿的概念
润湿是指液体在分子力作用下在固体表面的流 散现象；或指：当存在两种非混相流体时，其中某 一相流体沿固体表面延展或附着的倾向性。
液体对固体的润湿程度通常用润湿角(也称接触角)
表示。润湿角是指过三相周界点，对液滴界面所作切线与 液固界面所夹的角。
2 不同驱动方式和采收率
式中 EV——体积波及系数或简称波及系数；
第一节 油藏岩石的润湿性和油水分布
驱动方式不同，采收率也不同。
第二，开采技术研究
岩石亲油，毛管力是水驱油的阻力。
第二章 储层岩石的物理性质
目前，世界上广泛采用“EOR”这个术语来概括除天然能量采油和注水、注气采油以外的任何方法，而不管它使用在哪一个采油期，
1 润湿的概念
图3.2.1 油水对岩石表面的接触角
a一水湿，θ<90°；b一中间润湿性，θ=90°；c一油湿，θ>90°
按接触角(也称润湿角)定义，可得：
θ＝0°完全润湿； 也可称为：亲水性极强或强水湿；
θ<90° 润湿好；
亲水性好或水湿；
θ>90° 润湿不好
亲油性好或油湿；
θ=180°完全不润湿； 亲油性极强或强油湿；
也不管它使用何种方式(如驱替方法、单井吞吐等)。
可将其分为三段—初始段、中间平缓段和末端上翘段。
它是在注入水中添加各种化学剂，以改善水的驱油及波及性能，从而提高原油的采收率。
同时考虑波及程度及洗油效率两个因素时，原油采收率ER可为 ：
目前，世界上广泛采用“EOR”这个术语来概括除天然能量采油和注水、注气采油以外的任何方法，而不管它使用在哪一个采油期，
物理化学 润湿
27/32
举例：人工降雨 举例： 增大胚芽的起始半径：灰尘，AgCl颗粒 增大胚芽的起始半径：灰尘，AgCl颗粒
我国首架人工降雨飞机， 我国首架人工降雨飞机，2003/07
28/32
过热液体 （superheated liquid） ） 当温度高于沸点时，液体不沸腾。 当温度高于沸点时，液体不沸腾。
p(l )
* pr
ps = p ( l ) − p ( g )
p
*
p (l )
( V m l ) dp ( l ) ∫ p*
* pr
( V m g ) dp ( g ) = ∫
p*
设蒸气服从理想气体方程， 设蒸气服从理想气体方程 ， 液体的摩尔体积不随 压力变化 *
pr (l ) (l ) * RT ln * = Vm ( p − p ) p
17/32
考察压力的变化对液体的蒸气压带来的影响： 考察压力的变化对液体的蒸气压带来的影响： 气液平衡时， 气液平衡时， 平面液体） （平面液体） 弯曲液体） （弯曲液体） 请注意压力的不同！ 请注意压力的不同！
µ
(g)
(T , p ) = µ (T , p )
* (l ) *
µ (T , p ) = µ (T , p )
(l ) (g)
20/32
* pr ( RT ln * = Vml ) ( p (l ) − p * ) p
p
(l )
= p
(g)
p 2σ 2σM (l ) * * ( l ) 2σ RT ln = Vm ( pr + − p ) ≈ Vm = p r r ρr 2σ * * 通常 pr − p << * r 2σM p
关于油层物理中“润湿”的教学方法探讨
理 教 材 ，中关 于 润湿 的 阐述 中有 些 问题 不 两 层 意 思 ， 我 们 摸 上 去 感觉 湿 了 。 喷 农 让 在
为 了分 析 的 方 便 ， 设 初始 条件 下 ， 假 接
是 很 清 楚 ， 如 关 于 润 湿 的 定 义 与 相 关 的 药 时 ， 们 是 希 望 农 药 润 湿 还 是 不 润 湿植 触 角 Ｏ ９ 。 因 此 Ｃ Ｓ ０。 时 ， 相 例 我 ＝ ０ ， Ｏ ０＝ 此 三 物 理 化 学 中的 定 义 不 一 致 ， 易 引 起 学 物 呢 ？ 容 当然 是 希 望 农 药 能 够 尽 量 铺 展 在 植 周 界 上 受 力 为 Ａ＝ｏ ， 。 时 存 在 三种 一ａ 此
有 区 别的 。 们说 在 雨 里 行 走时 衣 服 会 湿 ， 我 式 中， ａ为 界 面 张 力 ， ｍＮ・ ｍ ； 下标 为
由公 式 （ ） （ ） 得 ， 个 过 程 中 固体 表 ４ 、５ ， 这 面 能 的变 化 为 ：
ＡＵ ＝（ ． ２） —ｓ ） ６ 一６ （ ０ （） ６
得 出 “ 湿 的实 质是 固体 表 面 能 的 减 小 ” 润 这 “ ” 即这 个 过 程 只 包 含 了 “ 湿 ” 层 意 湿 ， 润 一 如 果 ｏ ＞口 ， 么 三 相 周 界 在 Ａ的作 那 样 的结论。 具体的教学 中如何把这个 问 在 思。 以 ， 湿现象与 １ 所 润 ９常生 活 中 的现 象 是 用 下 就 会 向外 铺 开 ， 图２ 平 衡 时 Ｆ ０ 即 如 ， ＝ ， 题 讲 清 楚 ， 够 让学 生 领 会 这 句 话 的 含义 ， 有 联 系 又 区 别 的 。 能 Ｆ ＝ ｏ２ ｌ ２ Ｏ － ３一 ３一 ＳＯ＝ ０ Ｃ 需 要 有 一 些 技 巧 ， 此 本 文 针 对 这 个 问 题 因
油层物理课件__第三章__储层中多相流体的渗流性质(共三章)
二 、结合功和附着功
结合功：将面积为1cm²的纯液体拉开所做的功。
需做功
液
液
释放能量
液
WLL 2Lg
W结 WLL 2Lg
附着功：将面积为1cm2的固液界面拉开所需所做的功。
气
液 固 需做功
气
液 固
W附 Lg Sg Ls
附着功可以表示液体在固体表面的附着能力,附着 功越大，液体越不容易从固体表面上剥下来，固体 表面越亲该液体。 附着功可以用来表示固体表面的润湿性
② 润湿是三相共存时，三种相界面上自由表面能平衡的结果。
③ 润湿现象主要表现在两相流体在固体表面上争夺面积，它与 三个相界面上各自的自由表面能大小有密切关系。其中固相
与那一相液体的界面张力低，固体就亲哪一相液体,或者说哪
一相液体容易沿固体表面流散。 ④ 润湿是相对的而不是绝对的。一种流体同A种流体相比较为 湿相,而同B种流体相比较又为非湿相了。如在石英表面上,当 油水两相存在时，油为非湿相；但当油气共存时，油又为湿 相了。
第二节 储层岩石的润湿性
一、润湿现象（润湿性）的含义 二、结合功和附着功 三、润湿接触角 四、影响润湿性的因素 五、润湿滞后现象 六、油藏岩石的润湿性 七、润湿性的测定方法 八、润湿性对油水分布和驱油效率的影响
一、润湿现象（润湿性）的含义
润湿性：非混相流体在固体表面上的流散现象。
通过实验不难得出几个结论： ① 润湿总是发生在三相体系中，一相为固体，另两相为流体。
五 油藏岩石的润湿性及其影响因素
1 油藏岩石的润湿性
亲水(water wet)(地质学家) 亲油(oil wet)(化学家) 部分润湿或混合润湿 斑状润湿(斑点、斑状润湿)
油层物理第三章
第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征
第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征
⑵有效（相）渗透率：当多相流体共存时，岩石让其 中一种流体通过的能力。
第四节 饱和多相流体的岩石的渗流特征
有效渗透率特点： ⑴有效渗透率与岩石自身的属性、流体饱和度、润湿 性有关。⑵Ko+Kw＜K
⑶相对渗透率：有效渗透率与绝对渗透率的比值。
3、润湿滞后
3.1 定义： 由于三相周界沿固体表面 移动的迟缓，而使润湿角发 生改变的现象。
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
3.2 影响润湿滞后的因素
⑴与三相周界的移动方向有关：
静润湿滞后：由于润湿次序不同而引起的润湿角改变的现象。
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
3.2 影响润湿滞后的因素
⑵与三相周界的移动速度有关： 动润湿滞后：由于流体流动速 度引起的润湿角改变的现象。
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
5.3 水驱油过程：
亲油岩石：
驱替过程：非湿相驱替湿相的过程。
第三节 油藏岩石的毛管力
1、毛管中的液体上升现象 1.1 毛管插入水中
三相周界受力
水柱受到向上及向下的力：
毛管力
第三节 油藏岩石的毛管力
◇毛管插入水中
毛管力的大小=拉起h高的 水柱产生的压力
◇毛管插入油水界面处
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
2、储层岩石的润湿性及其影响因素
2.1 油藏岩石亲油、亲水性的争论：
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
2、储层岩石的润湿性及其影响因素
2.2 影响油藏岩石润湿的因素 凡是影响油-固、水-固界面张力的因素都影响岩石 的 润湿性。
第二节 油藏岩石的润湿性和油水分布
液体在固体表面的润湿
二、高能表面的润湿和自憎 自憎：表面张力较低的液体吸附在高能表面 上，形成C-H基朝向空气的表面膜，使高能 表面变成低能表面，临界表面张力低于液 体表面张力，液体不能在固体表面膜上铺 展的现象。
第四节 接触角的测定 一、角度测量法 1、观察测量法：观察液滴或气泡外形，可以 通过将影像放大或显微镜观察，也可以进 行摄影，然后作切线，测量其角度。 特点：方法简单，但切线不易作准确
一、沾湿 将气－液界面与气－固界面，转化为液－固的界面 的过程。 在恒温恒压下，这个过程中体系自由能的变化为：
G sl l g s g
当体系自由能降低时，它向外所做的功为
Wa l g s g sl
• Wa≥0是液体沾湿固体的条件
二、浸湿 是将气－固界面转变为液－固界面的过程，而液体 表面在这个过程中没有变化。在恒温恒压下，设润 湿面积为一个单位面积，此时，体系吉布斯自由能 降低或对外做功分别为：
Wa l g s g sl
Wa l g (1 cos )
Wi g cos
S l g (cos 1)
S s g sl l g
第三节 固体表面的润湿性质 低表面能表面：< 0.1N.m-1 ,通常将固体有机及高聚 物的表面视为低表面能。 高表面能表面：1N.m-1以上的物质。通常将金属及其 氧化物、硫化物、无机盐等的表面视为高表面能表 面。 s g s l 从润湿方程 cos
2、斜坡法：当固体板插入液体时，在三相交
界处总是有保持一定角度的接触角。但是 只有当固体板面与液面所夹的角度和接触 角相等时，液面才会一直平伸到三相交界 处，如上图所示，这时液面没有出现弯曲 不平 。 特点：没有必要作切线，但用液量最大
7.3铺展与润湿
S ×103 9.9 5.8 34.2 1.49
某些有机化合物在水面上的铺展系数
一．液体的铺展
例 ：20℃时，一滴己醇滴在洁净的水面上，已知： σ水=72.8×103，σ己醇=24.8×103，σ醇,水= 6.8×103N· m 1； 当己醇和水相互饱和后： σ水’= 28.5×103N· m1，σ’己醇 =σ己醇，σ’醇，水=σ醇，水 。 试问：己醇在水面上开始和终了的形状。 解： S己醇，水 =σ水-σ己醇 σ醇,水 = (72.8 24.8 6.8)×103 = 41.2×103 N· m 1 > 0 开始时己醇在水面上铺展成膜。
通常是指用水取代固体表面的气体或其它液体。
液体在固体表面的铺展润湿．
二、固体表面的润湿
（一） 固体的润湿
润湿可以分为三种类型 沾湿 在粘湿过程中，消失了单 位液体表面和固体表面，产 生了单位液-固界面。 G表，a／A= s, l l, g s,g
0 可以沾湿
浸湿 在浸湿过程中，消失了单位 面积的气、固表面，产生了 单位面积的液、固界面 浸湿 G表，i /A = s, l s, g
（二）接触角 气液界面与固液界面的夹角称接触角（contact angel）。
设液滴在固体表面处于平衡状态，接触角与 g-l 界面张 力、s-g 界面张力及 s-l 界面张力之间的关系为
s,g s,l = l,g cos
——杨氏公式（润湿公式）
s , g s ,l cos g ,l
化合物 二硫化碳 正庚醇 二碘甲烷 苯
油×103
32.4 26.8 50.6 28.88
油水×103
48.6 7.9 45.8 35.07
油×103
第三章 固—液界面(润湿)
sl sv lv cos 0
著名的Young方程
cos
s - g l -s l-g
Wa G ( l s g l g-s )
粘附功计算：
Wa gl (1 cos )
7
3.2 接触角的测定
r ( gs ls ) gl cos '
它说明了表面粗糙化对接触角的影响。 由于r>1，粗糙表面的接触角余弦的绝对值总是大于在平滑表面上的。即
r
上式表明： ①θ＜90°时，θ’＜θ．即表面粗糙化使接触角变小，润湿性更好。 ②θ＞90°时，θ’＞θ，即表面粗糙化会使润湿的体系更不润湿。 ③粗糙的固体表面给准确测定真实接触角带来困难。
13
3.3 影响接触角测定的因素
（2）固体表面粗糙性 粗糙性常用粗糙因子（又称粗糙度）r 来度量粗糙程度。 r的定义：固体的真实表面积与相同体积固体假想的平滑表面积之比。 显然r≥l。r越大，表面越粗糙。 将Yaung润湿方程应用于粗糙表面的体系，若某种液体在粗糙表面上的表观接触 角为θ’，则有Wenzel方程
dh 2 r cos dt 2
此式称为Washburn方程，如果在粉末柱接触液体后立即测定h～t关系，以 h2～t作图，则从直线斜率得 r cos ， 代入已知的η（粘度），r（平均半径），γ可得θ。 2
11
3.3 影响接触角测定的因素
前面介绍了一些常用的测定接触角的方法，实施时应注意以下两个问题：平衡 时间和体系温度的恒定，当体系未达平衡时，接触角会变化，这时的接触角称为动 接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要 意义（因粘度大，平衡时间长）。同时，对于温度变化较大的体系，由于表面张力 的变化，接触角也会变化，因此，若一已基平达平衡的体系，接触角的变化，可能 与温度变化有关，简单判断影响因素的方法是，平衡时间的影响一般是单方向的， 而温度的波动可能造成γ的升高或降低。除平衡时间和温度外，影响接触角稳定的 因素还有接触角滞后和吸附作用。 （1）接触角滞后 ①前进接触角和后退接触角 前进接触角，以液固界面取代固气界面后形成的接触角为前进接触角θA，如将 固体板插入液体中；后退接触角则相反，即以固气界面取代固液界面后形成的 接触角叫后退接触角，用θR表示，如水滴在斜玻璃板上，流动可形成前进接触 角和后退接触角。 ②接触角滞后及原因 接触角滞后指前进接触角与后退接触角之差（θA-θR）
表面现象7.3润湿与铺展
l s
玻璃
接触角
s-l
s
润湿 不润湿
l
s-l
荷叶
0 ~ 90 90 ~ 180
接触角取决于平衡的三个表面张力：
s s l cos l
s > s-l s < s-l
返回
s = s-l + l cos
Young公式
cos > 0 cos < 0
油?水水0铺展0不铺展s水油油水例汽油?水油酸水油酸?水水s0铺展s水油酸油酸水7332121030铺展部分互溶铺展部分互溶s水油酸油酸水4032121030现象
制作：陈纪岳
第三节 铺展与润湿
药学院物理化学教研室
一．液体的铺展
铺展：液体在固体或不相溶液体上铺开的现象 1．在固体表面铺展 始态
s
终态
：0 ~ 90 润湿 ：90 ~ 180 不润湿节
返回
药学院物理化学教研室
l
s-l
ΔG =l + s-l–s 单位面积上G变化： A ΔG = –( + ) 定义铺展系数: S s l s-l A
<0 >0 >0 <0
铺展 不铺展 铺展 不铺展
返回
药学院物理化学教研室
一．液体的铺展
2．在不相溶液体上铺展 如：油水 S= 水–(油 + 油－水) 例 汽油水 >0 <0 铺展 不铺展
S > 0 铺展
油酸水
部分互溶
S= 水–(油酸 + 油酸－水) = (73–32–12)10–3> 0
S= 水–( 油酸 + 油酸－水) = (40–32–12)10–3< 0 现象：先铺展，后回缩
油层物理第三章答案
第三章一、基本概念1.自由表面能：表面层分子比液相内分子储存的多余的“自由能”，这就是两相界层面的自由表面能。
2.界面张力：在液体表面上，垂直作用在单位长度的线段上的表面紧缩力。
（体系单位表面积的自由能，也可想象为作用于单位面积上的力。
）3.吸附：由于物质表面的未饱和力场自发地吸附周围介质以降低其表面的自由能的自发现象。
（PPT：溶解在具有两相界面系统中的物质，自发地聚到两相界面层上，并降低界面层的界面张力。
）4.润湿：当不相混的两相（如油、水）与岩石固相接触时，其中一相沿着岩石表面铺开，其结果使体系的表面自由能降低的现象。
5.润湿性：当存在两种非混相流体时，其中某一种流体沿固体表面延展或附着的倾向性。
6.润湿滞后：在一相驱替另一相过程中出现的一种润湿现象，即三相润湿周界沿固体表面移动迟缓而产生润湿接触角改变的现象。
7.动润湿滞后：在水驱油或油驱水过程中，当三相界面沿固体表面移动时，因移动的迟缓而使润湿角发生变化的现象。
8.静润湿滞后：指油、水与固体表面接触的先后次序不同时产生的滞后现象（即是以水驱出固体表面上的油或以油驱除固体表面的水的问题）。
9.毛管压力：毛管中由于液体和固体间的相互润湿，使液—气相间的界面是一个弯曲表面。
凸液面，表面张力将有一指向液体内部的合力，凸面像是紧绷在液体上一样，液体内部压力大于外部压力；凹液面，凹面好像要被拉出液面，因而液体内部的压力小于外部压力，这两种附加力就是毛管压力。
10.毛管压力曲线：含水饱和度与毛管压力间关系的曲线。
11.排驱压力：非湿相开始进入岩样最大喉道的压力，也就是非湿相开始进入岩样的压力。
12.饱和度中值压力：（）在驱替毛管压力曲线上饱和度为50%时所对应的毛管压力值。
13.中值喉道半径：相应的喉道半径，简称中值半径。
14.驱替过程：当岩石亲油时，必须克服施加一个外力克服毛管力，才能使水驱油。
15.吸允过程：对于实际油层，当岩石亲水时，按计算，则为正、h也为正，水面会上升。
油层物理岩石润湿性测定实验石油大学
中国石油大学 油层物理 实验报告实验日期： 成绩：班级：石工 学号： 姓名： 教师： 同组者：岩石润湿性测定实验一、实验目的1．了解光学投影法测定岩石润湿角的原理及方法； 2．了解界面张力的测定原理及方法； 3．加深对岩石润湿性、界面张力的认识;二、实验原理1．光学投影法测定岩石润湿角液体对固体表面的润湿情况可以通过直接测定接触角来确定;将待测矿物磨成光面,浸入油或水中,如图1所示,在矿物光面上滴一滴水或油,直径约1～2mm,然后通过光学系统将一组光线投射到液滴上,将液滴放大、投影到屏幕上,直接测出润湿角,或测量液滴的高度h 和它与岩石接触处的长度D,按下式计算接触角θ：2tan=2hDθ式中 θ—润湿角,；h —液滴高度,mm ；D —液滴和固体表面接触的弦长,mm;图1 投影法测润湿角示意图2．悬滴法测定液滴界面张力悬滴法适用于密度差较大的测定液-液或气-液之间的界面张力,测量范围为10-1～10-2 mN/m;液体自管口滴落时,当液滴接近最大直径时,用光学设备记录下液滴图像;测量液滴的相关参数,利用下式计算界面张力：2=e gd Hρσ∆ 12=ρρρ∆- S =snn ed d 式中 σ—界面张力,mN/m ；1ρ、2ρ—待测两相流体的密度,g/cm 3；ρ∆—两相待测试样的密度差,g/cm 3；e d —实际液滴的最大水平直径,cm ；sn d —从液滴底部算起,高度为10e nd 高度处液滴的直径,cm ；n S —液滴10e nd 高度处的直径与最大直径的比值；H —液滴形态的修正值,由n S 查表得到;a 烧杯中气泡或液滴形状b 气泡或液滴放大图图2 悬滴法测界面张力示意图三、实验流程图3 接触角测定仪四、实验操作步骤1.打开接线板的电源开关;2.顺时针旋转仪器后面的光源旋钮,光源亮度逐渐增强;3.打开接触角软件图标,开启视频;4.调整滴液针头：先向下移动滴液针头,停在变倍显微镜水平线以上的位置,然后旋转固定在上下移动器上的水平移动旋钮,左右调整针头,当软件图像显示窗口出现针头虚影时停止;5.调整调焦手轮,直到图像清晰;6.将显微镜放大倍数调整到倍;7.将吸液管吸满液体安装在固定夹上;旋转测微头,液体将缓缓流出,形成液滴;8.用脱脂巾擦干针头上的液体,再在工作台上放置被测的固体试样;9.上升移动工作台至界面上红色水平线的下方1mm左右,见图4;10.旋转测微头,当针头流出液体形成小液滴大约3-5ul左右的液体时停止;11.旋转工作台升降手轮,使试样表面接触液滴,然后下降一点;液滴显示在视窗内,见图5;12.点击开始试验绿色三角形图标,试验将按照设置的时间间隔自动拍摄图像,直至完毕;13.关闭视频,点击软件界面下面的电影图片任意一张,图片将显示在大窗口中,见图6;图4 图5 图614.接触角分析方法1切线法选择一张拍摄图像在测量屏内进行测量;选择切线法图标,在液滴的一端左键点击一下松开,拉向另一端点点击一下,沿液体外轮廓做液体的切线,数值自动显示在图像的左上角上;点击右键将结果可以保存在图片上;2高宽法选取此方法图标,在液体一端点击一下,然后拉向另一端点击,液滴地平线中点有一个小竖线,鼠标移动到地平线中点点击一下,竖向拉向液体的最高点,接触角值自动显示出来;点击右键将结果保存在图片上;3圆环法选取此方法图标,按提示在液滴一端点击一下,再在圆环上选择第二点,最后在液滴的另一端点点击一下;拖动鼠标返回到第一端点点击鼠标,松开后拉向另一端点,接触角自动显示;点击右键将结果保存在图片上;4基线圆环法选取此方法图标,显示一条水平线,将其移动到液体的底面;在液体轮廓上点击两点,包括液体外线,点击一下;接触角值自动显示;点击右键保存测量值即可;五、实验数据处理图片处理方法润湿角/切线法高宽法圆环法基线圆环法表1 光学投影下各处理方法测量的湿润角数据记录测量方法固体性质液滴与固体接触时间/s液滴高度h/mm弦长D/mm润湿角/计算值切线法值座滴法亲水性—11 53表2 光学投影下高宽法测量的湿润角数据记录图7 切线法测量结果图8 高宽法测量结果图9 圆环法测量结果图10 基线圆环法测量结果六、小结通过本次实验,我学习了光学投影法测定润湿角的原理,了解了界面张力的测定原理,学会了运用计算机软件通过不同的方法测量润湿角的方法,加深了对岩石润湿性和界面张力的认识;实验中应注意液滴不宜过大,否则重力会对实验结果产生一定的影响,导致实验结果存在误差;。
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浓度C
浓度C
-1
4、矿物表面粗糙度的影响
润湿滞后表面凹凸不平→形角→接触角改变→影 响流体润湿性。 试验表明，尖棱对三相周界的移动阻力很大，三 相周界到达尖棱处则遇阻，如图所示，此时的接 触角θ看来还应加上“棱角τ”才能反映滞后情况， 棱角越大滞后也越大。
26
5、岩石的非均质的影响
斑状润湿是指在同一岩样的表面上由于矿物组成不同表现 出不同的润湿性，油湿或水湿表面无特定位置，就单个孔 隙而言，一部分表面为强水湿，其余部分则可能为强油湿， 而且油湿表面也并不一定连续（图8—27）。 混合润湿是指在大小不同的孔道其润湿性不同，小孔隙保 持水湿不含油，而在大孔隙的砂粒表面由于与原油接触常 是亲油的，油可连续形成渠道流动，如图8—28所示。
15
4、润湿反转现象
转化的程度既与固体表面性质和活性物质的性质 有关，又和活性物质的浓度有关
16
二、润湿滞后现象
润湿滞后就是指在外力作用下开始运动时，三相周界沿固体表 面移动迟缓而使润湿接触角改变的一种现象。 如图所示，将原来水平放置的固体表面倾斜一个角度α ，可以 发现，油-水-固三相周界不能立即向前移动，而是油-水两相界 面发生变形，使得原始的接触角发生改变，然后，三相周界才 向前移动。 在A点，水驱油时由于水占据了油原来的部分空间而形成的接 触角称为前进角θ 1 在B点，油驱水时的接触角称为后退角θ 2 接触角间关系：θ 1＞θ 原始接触角＞θ 2。
gs Ls gL cos
该式即著名的杨氏(Young-Kugpt)方程。
gs Ls cos gL
gs Ls arccos gL
10
3、润湿程度的衡量——附着功
衡量岩石润湿性大小的另一个指标是附着功或粘附功。 附着功是指在非湿相流体(如气相)中,将单位面积的湿相 从固体界面拉(离)开所作的功。使液滴脱离固体表面所作 的功转化为表(界)面能的增加量。
第三节 储层岩石的润湿性
主要包括以下方面： 1岩石润湿性概念 2润湿滞后现象 3储层岩石的润湿性及其影响因素 4油水在岩石孔隙中的分布 5油藏岩石润湿性的测定
1
1、润湿现象
润湿现象是自然界中的一类自发现象。 当不相混的两相流体(如油、水)与岩石固相接 触时，其中的一相流体沿着岩石表面铺开，其 结果也使体系的表面自由能降低，我们称这种 现象为润湿现象。 润湿是指液体在界面张力的作用下沿岩石表面流 散的现象。
4
1、润湿现象
岩石润湿性是岩石矿物与油藏流体相互作用的结 果，是一种综合特性。 当不相混的两相流体(如油、水)与岩石固相接触 时，其中的一相流体沿着岩石表面铺开，其结果 也使体系的表面自由能降低，我们称这种现象为 润湿现象。能沿岩石表面铺开的那一相称为润湿 相。
5
2、润湿程度的衡量——接触角
22
2、油藏流体组成的影响
原油的组成非常复杂，按对润湿性的影响体现在三个方面: A、原油中主要成分即不同烃类(非极性)的影响随碳 原子数的增加,接触角增大.
烃 类 戊 烷 己 烷 辛 (C5H12) (C6H14) (C8H18) 0 8 26 烷 十 二 烷 (C12H 26) 42
前进角 (度 )
18
1.静润湿滞后
原因： 岩石表面非均质性、粗造度、表面活性物质在 固体表面上的吸附层。 结果： 水驱油过程中，静润湿滞后↑→水润湿岩石的能 力↓→洗油效率↓→原油采收率↓ 静润湿滞后直接影响微观水驱油效率。 研究表明，接触角滞后是引起毛管力滞后的主要 原因之一。
19
2.动润湿滞后
27
界面张力及润湿角的测定
界面张力
毛细管上升法 悬滴法 旋转液滴法 液滴（气泡）最大压力法 液滴质量（或体积）法 吊板法
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
测润湿角
吊板法
间接测定法
自吸吸入法 自吸离心法 自吸驱替法
28
投影法
如图所示，其原理是把欲测岩石样品（矿物）加 工成平板、表面经过磨光处理，浸入液体（油或 水）中，在平板光面上滴一滴直径约为1~2mm 的液体（水或油）；通过光学系统或显微镜将液 滴放大并拍照，便可以直接在照片上测出接触角。
21
三、 储层岩石的润湿性及其影响因素
1、岩石的矿物组成 油藏岩石之间的润湿性存在着显著的差异. 亲水岩石：θ<90°，石英、硅酸盐、碳酸盐、 硅铝酸盐等；水云母、石英、石灰石、白云岩、 长石 憎水岩石： θ>90°，烃类有机固体、金属硫化 物等。 粘土矿物对岩石的润湿性影响较大,如蒙脱石、 泥质胶结物的存在回增加岩石的亲水性.而绿泥 石粘土可局部改变岩石表面为亲油等等. 主要矿物亲水性强弱次序： 粘土＞石英＞石灰岩＞白云岩＞长石
L S
1cm2 Ls
L G S
gL
gs
W gL gs Ls
11
3、润湿程度的衡量——附着功
在这一过程中，做功的能量转化为固体表面能的 增加，设表面能的增加值为△Us，则根据表面张 力的概念，(σgL+σgs)>σLs，故△Us>0，即 体系的表面能增加，这个表面能的增量就等于附 着功(或粘附功)，用符号W表示，有：
24
3、表面活性物质的影响
油溶性表面活性 物质可使岩石表 面亲油化
水溶性表面活性 物质可使岩石表 面亲水化
1
水湿 润 湿 0 指 数 油湿
随着活性剂浓度的增加，由亲油变为亲水，亲 水变为亲油，发生了润湿反转
1 水湿 润 湿 0 指 数 油湿 -1
随着浓度的增加，只发生润湿程度的 25 改变，而不生润湿反转。
表示润湿程度的参数——接触角或附着功 接触角(也称润湿角) 通过液-液-固（或气-液-固）三相交点做液-液 （或液气）界面的切线，切线与固-液界面之间 的夹角称为接触角，用θ表示，并规定θ从极性 大的液体一面算起。
油、水、储层岩石体系
空气、水、玻璃
空气、水银、玻璃
6
2、润湿程度的衡量——接触角
20
影响润湿滞后程度的因素
(1)润湿次序（静滞后）或三相周界的运动方向
湿相驱非湿相，θ 1>θ ；非湿相驱湿相，θ 2<θ ；
(2)三相周界移动速度（动滞后） θ 1>θ >θ 2
v↑→滞后程度↑
(3)固体表面吸附的活性剂量
活性剂吸附量↑→滞后程度↑
(4)岩石固体表面粗糙度 粗糙度↑→三相周界移动的阻力↑→滞后程度↑
2.动润湿滞后： 在水驱油或油驱水过程中，当三相周界沿固体表面移动时，因移 动的延缓而使润湿角发生变化的现象叫动润湿滞后。
原因： 驱替压差（速度） 特点： θ 1、θ 2随△p 而变化： △p↑→θ 1↑, θ 2↓→滞后程度↑ 结果： 当注水驱油速度过大时，弯液面运动速度就会超过该液体(水)润 湿岩石表面的临界速度，水润湿岩石的能力↓(θ ↑)，水洗油效果↓ 此时润湿性发生反转，以致润湿作用不能很好发挥。水在孔道中 流过之后，还会在岩石表面上留下一层油膜而不利于驱油。 →需设计合理生产压差
8
接触角与界面张力的关系
润湿的实质某一流体润湿固体表面是各相界面张 力相互作用的结果。是固体和液体两相界面张力 的降低。
9
接触角与界面张力的关系
在三相周界点（O点）处产生了三种界面张力，即：气-液 界面张力σgL，气-固界面张力σgs，液-固界面张力σLs。当 三种表面张力之间达到平衡时，有：
2
1、润湿现象
将一滴液体滴在玻璃板上，如果液滴（例如水滴） 在玻璃板上迅速铺开，说明液体润湿固体表面； 而如果液滴不散开（例如水银），则说明液体不 湿润固体表面（如图）。
3
1、润湿现象
讨论润湿现象时，总是指三相体系： 一相为固体，另一相为液体，第三相为气体或 另一种液体。
某种液体润湿固体与否，总是相对于另一相气体 （或液体）而言的。如果某一相液体能润湿固相， 则另一相是不润湿固相的。
W U s ( gL gs ) Ls
由杨氏方程：
gs Ls gL cos
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3、润湿程度的衡量——附着功
W gL (1 cos )
由上式看出，θ角越小，附着功W越大，也即湿 相流体对固体的润湿程度越好； 因此，可以用附着功判断岩石润湿性的好坏 对于油、水、岩石三相体系，当附着功大于油水 界面张力时，岩石亲水； 当附着功小于油水界面张力时，岩石亲油；当附 着功等于油水界面张力时，岩石为中性润湿。
B、原油中的极性物质(各种含O 、S 、N的化合物) 影响程度各不同,有的使润湿性发生转化,有的影响甚微 C、原油中活性物质的影响。石油中的胶质和沥青就 是活性物质,它们很容易吸附在岩石的表面上使其表面成 为油湿.且沥青的吸附十分强烈,常规的岩石清洗法都无法 将其去掉.
23
2、油藏流体组成的影响
对同样石英矿物表面，当原油的组成不同时，润湿接触角也不同。当 油相为异辛烷时，水能润湿石英表面；当油相为异奎啉时，水却不能 润湿石英表面；当油相为环烷酸时，其接触角为35°，水能润湿其表 面。
13
4、润湿反转现象
液体对固体的润湿能力可因加入其它物质而改变。 表面活性物质自发地吸附在两相界面上则使界面 张力减小，因此，表面活性物质吸附于固体表面 将使亲水性的固体表面向亲油性表面转化（如图 上）。或者由亲油性的表面变成亲水性的表面 （图下）。
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4、润湿反转现象
砂岩颗粒(主要是硅酸盐)的原始性质是亲水性的， 但砂岩表面常常由于表面活性物质的吸附而发生 了润湿反转，变成亲油性。 我们也可以根据润湿反转的原理采取措施来提高 采收率， 例如向油层注入活性水，使其中的表面活性剂按 极性相近规则吸附第二层，抵消了原有活性物质 的作用，以使亲油表面反转为亲水表面，使油容 易被驱走，从而提高采收率。