储层中多相流体的渗流特性

β相 相
（4）自由界面能具有如下性质：
• • • • • 只有存在两相不互溶的两相时自由表面能才存在。 只有存在两相不互溶的两相时自由表面能才存在。 界面越大，自由表面能越大。 界面越大，自由表面能越大。 表面或界面是具有一定厚度的界面层。 表面或界面是具有一定厚度的界面层。 两相界面层自由表面能的大小与两相分子的性质有关。 两相界面层自由表面能的大小与两相分子的性质有关。 还和物质的相态、密度、分子量有关。 还和物质的相态、密度、分子量有关。
分子B 分子 所受合力为 零，可以自 由运动
பைடு நூலகம்
分子A 分子A 所受合力不 为零， 为零，合力 指向液体内 部
• 因此，分子B要移动到分子A的位置必须克服这 因此，分子B要移动到分子A 个合力而做功。 个合力而做功。 • 这种表面分子比液体内部分子多余的能量称为界 面自由能。 面自由能。
热 α相 相 力 A S B 学 性 质 α相 相 β相 相 A a相 bS B
2、比表面能和界面张力
（1）定义： 定义： 比表面能：单位面积具有的自由表面能， 比表面能：单位面积具有的自由表面能， 也叫表面张力。 也叫表面张力。 （2）皂膜拉伸试验
б L F
x
dx
做功的能量转化为新生界面的表面能
W外 = F • dx
= σ • (2 L) • dx
б亦表示形成单位面积 亦表示形成单位面积 所消耗的功， 所消耗的功，即比表面 能。
• （3）比吸附与表面活性剂浓度的关系 ）
•
当表面活性物质浓度较小时，随浓度的增加， 当表面活性物质浓度较小时，随浓度的增加， 表面张力的减小和比吸附的增大都较快， 表面张力的减小和比吸附的增大都较快，当浓度 增加到一定程度后，比吸附不再增加， 增加到一定程度后，比吸附不再增加，趋于最大 值 G ∞
• 3、比吸附 、 • （1）定义：单位面积界面层中溶质的物质的量。 ）定义：单位面积界面层中溶质的物质的量。 • （2）计算公式 ）
1 ∂σ G=− ⋅ C ⋅ ( )T RT ∂C
• • • • G—吸附量，亦称比吸附。 吸附量，亦称比吸附。 吸附量 溶质的质量浓度。 ρ—溶质的质量浓度。 界面张力。 б—界面张力。 绝对温度和通用气体常数。 T，R—绝对温度和通用气体常数。
脱气原油
饱和氮的原油
• b.油气水系统 • P＜Pb时：P↑→Rs↑→σ↑ Pb时 P↑→Rs↑→σ↑ T ↑→ Rs ↓→σ↓ • P＞Pb时：P↑→ ρo ↑→ σ↓（不明显） Pb时 P↑→ σ↓（ T↑→ Rs ↓→σ↓
二 界面吸附现象
• 1、吸附的概念 • 溶解于两相系统中的物质，自发地聚集 溶解于两相系统中的物质， 到两相界面层并急剧降低该界面层的表 面张力的现象。 面张力的现象。 • 2 、表面活性剂 • （1）定义：被吸附在两相界面上、且 ）定义：被吸附在两相界面上、 能大大降低界面张力的的物质叫做表面 活性物或称表面活性剂。 活性物或称表面活性剂。
一 界面自由能和界面张力 1、两相界面的界面自由能
（1）定义： 定义： 内聚力：同向分子间的力叫内聚力。 内聚力：同向分子间的力叫内聚力。 附着力：异向分子间的力叫附着力。 附着力：异向分子间的力叫附着力。 净吸力与内聚力、附着力的关系： （2）净吸力与内聚力、附着力的关系： 净吸力=内聚力—附着力 净吸力=内聚力 附着力 （3）界面自由能
第三章 储层中多相流体的渗流特性
一 储层岩石中的界面现象 二 储层岩石的润湿性 三 储层岩石中的毛管压力 四 储层岩石中的各种阻力效应 五 储层岩石中的相对渗透率
第一节 储层岩石的界面现象
• 教学目的： • 掌握两相界面的自由表面能和表面张 力，吸附现象和表面张力的关系 • 教学重点和难点： • 自由表面能和表面张力，吸附现象和 表面张力的关系。 • 教法说明：课堂讲授 • 教学内容：
3、影响界面张力的因素
• （1）物质的影响因素
• 两相间分子的极性差越大，表面能就越大。 两相间分子的极性差越大，表面能就越大。 某些物质与空气、 某些物质与空气、水的界面张力
物质 与空气接触时的表面 与水接触时的界面张 张力（20°C） 力（20°C）mN/m mN/m 484.0 72.8 28.6 39.1 27.2 33.4 45.1 30.3 375
⇒ 2σ • dA
б—每单位长度上 每单位长度上 的作用力， 的作用力，即表面 张力
• 表面能和表面张力是两个不同的概念。
• （3）界面张力示意图
界面张力 的方向： 的方向： 平面上或 曲线的切 线上
σ Wg
σ og
油
两相表面 张力的大 小为各自 的比表面 能
σ ow
界面张力 的作用点
∑ σ Wg = ∑ σ wg + ∑ σ og
• （2）表面活性剂的化学结构 ）
表面活性剂分子是一种两亲分子， 表面活性剂分子是一种两亲分子，含有一个 极性端和一个非极性端。 极性端和一个非极性端。 从结构上看，它们的一端是由碳、 从结构上看，它们的一端是由碳、氢所做成 的基团，具有对称的非极性结构，称为碳氢链， 的基团，具有对称的非极性结构，称为碳氢链， 另一端具有非对称的极性基团。 另一端具有非对称的极性基团。
②温度的影响： 温度的影响：
内聚力↓ 附着力↓ T↑ρo↓＞ρg↓,内聚力↓＞附着力↓ 所以：静吸力↓ 所以：静吸力↓，σ↓
原油与4 原油与4种气体表面张力和溶解度的关系
与空气
汽油与co2气 气 汽油与 与co2气 气 与天然气
• （2）油—水界面张力
• a.油水系统 a.油水系统 • 温度和压力的改变对油水间的界面张力基 本上无影响。 本上无影响。
水银 水 苯 变压器油 杜依玛兹石油
• (2)、温度和压力的影响 • 对于任何液气两相来说，都会有随着温度 和压力增加，表面张力减小的现象。
• 4、油藏流体间的界面张力
• （1）油—气界面张力 ） 气界面张力 ①压力的影响： 压力的影响： ↓,内聚力 内聚力↓ ↑,附着力↑ p↑,Rs↑,ρo↓,内聚力↓ρg↑,附着力↑， 附着力 静吸力↓ 所以： 静吸力↓，所以：σ↓