油层物理第三节润湿

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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。
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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：
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
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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。
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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。
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
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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
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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。
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2、润湿程度的衡量——接触角
❖ 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
gs Ls gL cos
❖ 该式即著名的杨氏(Young-Kugpt)方程。
cos gs Ls gL
arc
c
os
gs
Ls
gL
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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。
❖ 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。
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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）。
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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。
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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。
❖ 通过分析我们不难得出几个结论： ▪ ①润湿现象总是发生在三相体系之中，其中一相必为固体，另外 两相可以为液液或液气。 ▪ ②润湿现象也是一种表面现象，是发生在三相（其中一相必为固 相）同时存在时，三种相界面上自由表面能平衡（系统的总自由 界面能最低）的结果。是自由表面能在三相存在的条件下（其中 两相液体在固体表面上）发生作用的一种特殊现象。 ▪ 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，固体不亲哪一相而憎另一相流体，或者说 哪 一相液体容易沿固体表面流散。 ▪ ④我们平常所说的亲油、亲水是指当两种非混相流体（如油和水） 在分子力作用下，某种液体自发地将另一种液体从固体表面驱走 的能力。也就是两种液体要比较谁相对来说铺能力强，我们就说 固体表面亲谁，或谁亲固体表面，所以说润湿相对的而不是绝对 的，一种流体只有同另一种液体相比较也许又为湿相了。如在石 英表面上当油水两相比较也许又为比较为非湿相，水为湿相；但 当油气共存时，油又为湿相了。
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2、润湿程度的衡量——接触角
❖ 油-水-岩石系统的润湿性：
▪ (1)当θ＜90°时，水可以润湿岩石，岩石亲水或称水湿 ▪ (2)当θ=90°时，油、水润湿岩石的能力相当，岩石既
不亲水也不亲油，即为中性润湿； ▪ (3)当θ＞90°时，油可以润湿岩石，岩石亲油或称油湿
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2、润湿程度的衡量——接触角
L 1cm2
Ls S
L
G gL gs
S
Baidu Nhomakorabea
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：
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。
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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）。