油层物理3-1-第一节-储层流体的界面张力PPT课件

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研究的目的和意义
❖ 由于界面现象与两相内部及界面的分子力有关， 我们必须从微观角度入手，
❖ 研究是多相流体在储层中：
▪ 1、岩石的润湿性
▪ 2、毛管力及各种毛管阻力，探讨消除和降低 附加阻力的规律，
▪ 3、微观渗流机理，掌握油、水在岩石孔隙中 的分布特点，掌握剩余油分布规律及其影响因 素，
▪ 4、多相渗流特征（相对渗透率）
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❖ 表面层分子a所受的合力的方向指向水相内部并 与表面垂直。
❖ 分子a有向水相内部运动的趋势，即水相表面有 自动缩小的趋势。
❖ 表面层分子力场的不平衡使得表面层分子储存了 多余的能量，我们把这种能量称为‘自由能’— —即两相界面层的自由表面能。
❖ 如果要想把水的内部分子举升到水面，就必须做 功。只有对其作功才能使液相内的水分子上升到 水表面，这种能量（功）就转化为自由表面能。
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自由界面能的性质
❖ （1）只有存在不互溶的两相时自由界面能才存在。
▪ 以上是水-空气界面。同理对于任意两相，不论是气 和液、液和液，还是气和固、液和固的界面，都存在 有上述的自由界面能。
▪ 而完全互溶的两相（例如酒精和水、煤油和原油）， 由于它们之间不存在界面，所以也就不存在自由界面 能。
❖ （2）界面越大，自由界面能也越大
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1.比表面能和表面张力
❖ 两相界面的表面张力只是自由表面能的一种表示 方法，两相界面上并不存在着什么“张力”，只 有三相周界上，表面能才表现出表面张力的作用。
▪ 在过渡层中，分子的热力学性质也是逐渐过渡并且是 连续变化的，最终分子力场达到平衡的某一单相。
▪ 例如，水与空气接触的表面层厚度至少有几个分子层 厚。
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自由界面能的性质
❖ （4）自由界面能的大小与两相分子性质有关系。 ▪ 两相分子的极性差越大，界面能越大。 ▪ 水是液体中极性最大的，而干净的空气极性 很小，因此水-空气界面的表面能最大。 ▪ 原油和四氯化碳的极性差很小，乃至界面消 失而互溶，正因为如此，油层物理实验中用四 氯化碳来提取岩心中的石油。
第三章
储层中多相流体的渗流机理
❖ 储层流体物性 ❖ 储层岩石物性 ❖ 储层中多相流体的渗流机理
❖ 一般说来油藏中单相流体的情况极少，大多存在 不互溶的油、水两相流体或是油、气、水三相流 体。
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储层中多相流体的特点
❖ 1、流体与岩石、流体与流体的接触面积相当大 ▪ 油藏岩石是比面极大的多孔介质，即使孔道中 只含有一相流体时，它与岩石孔隙的接触面积 已经相当大。
❖ 界面自由能或表面张力产生的根本原因是分子间 的引力，即由于相同分子或不同分子之间分子引 力的差异所构成。
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1.比表面能和表面张力
❖ 比表面能的单位：
▪ SI单位制：焦耳/米2（J/m 2 ），1焦耳/米2 （J/m 2 ）=1牛顿／米（N/m），工程上常用 毫牛顿／米（mN/m）。
▪ CGS单位制：尔格/厘米2 。1尔格/厘米2 =1达 因／厘米（dyn/cm）。
❖ （5）自由界面能还与两相的相态有关。
▪ 液相和气相界面的自由表面能一般比液相和液 相界面的自由界面能要大。
▪ 液和固之间的自由界面能大于液和气之间的自 由表面能。
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二、比表面能和表面张力
❖ 比表面能： ▪ 单位表面积具有的自由表面能，也叫表面张力。
❖ 表面能和表面张力是两个不同的概念。它们的意 义不同（仅仅是数值相等），在热力学上多用表 面能的概念，而表面张力则多用在力学和实际应 用中。
❖ 为宏观上掌握油井生产规律，合理开发油田，改 善开发效果以及提高采收率等工作打下基础。
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第一节 储层流体的界面张力
❖ 一、两相界面的界面能
❖ 物质界面层的分子与其内部分子所处的状态不同。 ❖ 在水相的内部，由于同时受到周围同类分子力的作用，所
以其分子力场处于相对平衡状态。
❖ 把由相内分子力引起的一些性质称“体积性质” ❖ 把由两相界面分子引起的性质称“界面性质” ❖ 任何两相分界面称“界面”
▪ 而当油藏流体以油、气、水两相或三相同时存 在于岩石孔隙中时，在各相流体之间、流体与 岩石颗粒固相间就存在着多种界面——水和岩 石、油和岩石、油和水、油和气、气和水等多 种接触面，这些界面总面积极大。
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储层中多相流体的特点
❖ 2、与两相界面有关的问题 ▪ 各相流体之间、流体与岩石表面之间——两相界面分 子的相互作用造成了有关界面性质的很多问题：
• 水驱油问题、 • 油水界面时的毛细管附加阻力问题、 • 互溶混相驱油时的油水界面消失的问题。
❖ 3、与表面或界面性质有关 ▪ 界面张力、吸附作用、油水对岩石孔隙表面的有选择 性地润湿等现象。加上油藏岩石的孔隙孔道很小，结 构复杂，又会引起毛细管现象、各种附加阻力效应等 等，从而对油藏流体的分布和流动有重大的影响。
▪ 根据热力学第二定律知，任何自由能都有趋于最小的 趋势。
▪ 由于等体积物体以球体表面积最小，表面能也最小， 所以水银滴掉在桌面上变成球形，而不是其它形状， 以使自由表面能居于最小 （3）界面是具有一定厚度的界面层 ▪ 界面层的结构和性质与每一相的性质都不同，是一个 逐渐过渡的分子层。在该过渡层中的分子，都具有自 由表面能，只是大小不同而已。
❖ 例子：
▪ 当两相中其中一相为气体时，则把界面称“表面”
▪ 把固和液、液和液相接触的界面称“界面”
▪ 把固体和气体接触界面称“固体表面”
▪ 把液体和气体接触界面称“液体表面”
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一、两相界面的界面能 分子B
分子A
分子B在液相内部,它所受的分子合力为零,可以在液相内自由运动.
分子A在界面层,它所受的分子合力不为零,其合力指向液体内部, 因此,如果要把液相内部的分子移动到液体表面就必须克服这个 合力而做功,即:表面层分子比内部分子具有多余的能量.
▪ 1毫牛顿／米（mN/m）=1达因／厘米 （dyn/cm）
❖ 从因次上看，比表面能等于单位长度上的力，所 以习惯上把比表面能称为表面张力，用符号σ表 示。
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1.比表面能和表面张力
❖ 由于体系表面层上的分子力的不对称作用，使得 其能量比相内分子能量高，故增加体系的新表面 积，相当于把更多的分子从相内移到表层来，就 必须克服相内分子的吸引力而做功，这种作功的 能量就转化为新生界面的表面能。