多相流体的渗流机理

第一节油藏流体的界面张力一、两相界面的界面能分子力场不平衡而使表面层分子储存有多余的能量，称为两相界面的界面能(或表面能)。界面能的性质：(1)界面能依存于两相界面；(2)界面能分布于整个界面层；(3)界面越大，界面能也就越大；(4)两相界面层界面能的大小和两相分子的极性有关；(5)两相界面的界面能和物质的相态有关系。热力学第二定律：任何界面能都有趋于最小的趋势。两相分子极性差越大，界面的界面能越大，反之越小。液-气界面的界面能一般比液-液界面的界面能要大(有的比液-液界面的界面能小)，固相的表面能更大。二、比界面能和界面张力单位面积界面上具有的界面能数值表示两相界面的界面能大小，称为比界面能。Us——两相界面的界面能，J(焦耳)；A——界面面积，m2；σ——比界面能，J/m2。AUs＝J/m2=N·m/m2=N/m比界面能可看作是作用于单位界面长度上的力，称界面张力。只有在三相周界上才有1.概念界面张力的方向，若界面为平面则在界面上，若界面为曲面，则在界面切线上，方向指向使界面收缩的方向。两相界面张力的大小等于其比界面能。界面张力的作用点为三相周界的接触点。322131，，，2.界面张力的影响因素界面张力产生的根本原因是界面层中分子的净吸引力。★不同的物质，界面张力不同；32.8573.232.528.529.0界面张力(mN/m)甲苯二硫化碳二氯乙烷三氯甲烷苯物质30.326.921.817.018.4界面张力(mN/m)邻二甲苯四氯化碳正辛烷乙醚正己烷物质表3.1.1不同液体在室温条件下(20℃)与空气接触时的界面张力★与物质的相态有关；一般气－液界面的界面张力比液－液界面大。1.768.535.072.9357.2364.0486.5界面张力(mN/m)丁醇正辛醇苯空气苯酒精空气第一相水水水水水银水银水银第一相表3.1.2水、水银与不同物质接触时的界面张力★与物质的极性有关；★与温度有关；两相分子的极性越相近，两相分子间的引力越大，界面张力越小，甚至发生互溶。一方面：温度升高，增大了液体分子间的距离，使液相分子间的引力减少；另一方面：增加了液体的蒸发，加大了蒸气的密度，使气相与液相间的引力增加。两者都使界面层内分子所受到的指向相内部的净引力减小。温度升高，界面张力降低。★与压力有关；压力升高：气相分子间距离减小，增大了与液相分子间的引力；气体在液体中的溶解度增加，液体密度减小，分子间引力减少。两者都使界面层内分子所受的指向相内部的净引力减小。压力升高，界面张力降低。★与溶解气有关；随压力升高原油-CO2的表面张力比原油-天然气的表面张力的降低较大，比原油-空气的表面张力的降低更大。这是因为CO2比天然气更易溶解于原油，天然气比空气易溶于原油的缘故。气体溶解度增加，界面张力减小。3.油藏流体间的界面张力存在：油-水、油-气、水-气油、气、水与岩石的界面流体在岩石孔隙中的分布孔隙中毛管力的大小流体的渗流三、吸附作用两相界面层的分子受力不平衡，因此存在界面能。物质总有使其界面能趋于最小的趋势。这种趋势表现为界面面积减小，也可通过吸附与其相邻的物质分子来实现，后者是吸附的原理。液体界面的吸附极性端朝向水而非极性端朝向空气，使空气对表面上分子的引力增加，空气与水之间的极性差减小，从而使界面张力减小。若溶质在两相界面上的吸附符合“极性均衡”原则，即：极性A＞极性C＞极性B，则C为吸附在A、B两相界面层的物质，使界面张力减小。反之，C沉于A或者B相内部，界面张力增加。水中溶有某些无机盐，如NaCl、MgCl2、CaCl2等(其极性大于水)，因为盐在水相内部的浓度大于在表面上的浓度，所以水的表面张力增加。水中溶有醇、酸等有机物质(其极性界于水、空气之间)，因为溶质在水表面的浓度大于水相内部的浓度，所以水的表面张力降低；溶解于两相界面系统中的物质，自发地浓集于两相界面上并极巨减小该界面层的表面张力的这种过程称之为“吸附”，被吸附的物质叫做“表面活性剂”。吉布斯(Gibbs)吸附等温式：dCdCRTG1G——吸附量，单位面积界面层中多余的溶质摩尔数，亦称为比吸附；C——溶质的浓度,mg/L；σ——界面张力,mN/m；T、R——分别为绝对温度和通用气体常数；―--界面张力随溶质浓度的变化率。dCd则表明没有吸附发生。它表示界面张力随溶质浓度的增加而降低，溶质为表面活性物质。它表明界面张力随溶质浓度的增加而增加，此时溶质为非表面活性剂。若=0，dCd若＞0，则比吸附G＜0，称为负吸附；dCd若＜0，则比吸附G＞0，称为正吸附；dCd溶解于两相界面系统中的物质，自发地浓集于两相界面上并极巨减小该界面层的表面张力的这种过程称之为“吸附”。润湿现象:干净的玻璃板上滴一滴水银水银聚拢形成球状干净的玻璃板上滴一滴水水迅速散成薄薄的一层在铜片上滴一滴水银水银呈馒头状第二节油藏岩石润湿性和油水微观分布一、岩石的润湿性1、润湿的定义液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。2、衡量润湿性的参数润湿角θ过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作的切线与液固表面所夹的角。油水对固体表面的润湿平衡1－水2－油3－固体(从极性大的一端算起)定义润湿是指三相体系：一相为固体,另一相为液体,第三相为气体或另一种液体。液体是否润湿固体,总是相对于另一相气体(或液体)而言的。3、润湿性的判断θ90°岩石表面亲水θ=90°岩石表面中间润湿θ90°岩石表面亲油θ＝0°岩石表面完全水湿岩石表面完全油湿θ=180°理论标准实际标准θ85°85°θ100°θ100°θ＝0°θ=180°岩石润湿性213132arccos，，，cos213132，，，3－固体1－水2－油油水对固体表面的润湿平衡Acos2,13,13,2润湿张力或附着张力若σ2.3＞σ1.3,则A＞0,θ＜90°,水对固体表面选择性润湿。凡是能使固体界面能减小的液体将润湿固体表面。4、润湿性的实质润湿的实质是固体界面能的减小。润湿反转程度既与固体表面性质和活性剂的性质有关，又和活性剂的浓度有关。由于表面活性剂的吸附，使固体表面的润湿性发生改变的现象。润湿反转二、储层岩石的润湿性及其影响因素既有亲水油藏,也有亲油油藏,还有各种不同程度的中性润湿油藏。固体表面的润湿性主要取决于固体和液体的性质。影响因素：(1)岩石的矿物组成(2)油藏流体组成(3)石油中的极性物质(4)矿物表面粗糙度三、润湿滞后在两相驱替过程中出现润湿滞后：指由于三相周界沿固体表面移动的迟缓而产生润湿角改变的现象。水驱油的润湿角θ1＞θ油驱水的润湿角θ2＜θ前进角后退角Δθ=θ1-θ2润湿滞后的严重程度静润湿滞后动润湿滞后根据引起润湿滞后的原因不同润湿角的改变与三种因素有关：(1)与三相周界的移动方向有关由于润湿次序不同而引起的润湿角改变的现象称为静润湿滞后。(2)与三相周界的移动速度有关由于三相周界移动速度变化引起的润湿角改变的现象称为动润湿滞后。(3)固体表面的粗糙度和活性物质的吸附粗糙的矿物表面和有活性剂吸附的表面对三相周界的移动影响很大，使滞后现象加重。四、界面张力及润湿角的测定界面张力油藏岩石润湿性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直接测定法测润湿角光学投影法吊板法间接测定法自吸吸入法自吸离心法自吸驱替法