多相流體的滲流機(jī)理

多相流體的滲流機(jī)理第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日界面能的性質(zhì)：(1)界面能依存于兩相界面；(2)界面能分布于整個界面層；(3)界面越大，界面能也就越大；(4)兩相界面層界面能的大小和兩相分子的極性有關(guān)；(5)兩相界面的界面能和物質(zhì)的相態(tài)有關(guān)系。熱力學(xué)第二定律：任何界面能都有趨于最小的趨勢。兩相分子極性差越大，界面的界面能越大，反之越小。液-氣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。第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日二、比界面能和界面張力單位面積界面上具有的界面能數(shù)值表示兩相界面的界面能大小，稱為比界面能。Us——

兩相界面的界面能，J(焦耳)；A——

界面面積，m2；σ——比界面能，J/m2。J/m2=N·m/m2=N/m比界面能可看作是作用于單位界面長度上的力，稱界面張力。只有在三相周界上才有1.概念第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日界面張力的方向，若界面為平面則在界面上，若界面為曲面，則在界面切線上，方向指向使界面收縮的方向。兩相界面張力的大小等于其比界面能。界面張力的作用點為三相周界的接觸點。第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日2.界面張力的影響因素界面張力產(chǎn)生的根本原因是界面層中分子的凈吸引力。不同的物質(zhì)，界面張力不同；32.8573.232.528.529.0界面張力(mN/m)甲苯二硫化碳二氯乙烷三氯甲烷苯物質(zhì)30.326.921.817.018.4界面張力(mN/m)鄰二甲苯四氯化碳正辛烷乙醚正己烷物質(zhì)表3.1.1不同液體在室溫條件下(20℃)與空氣接觸時的界面張力第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日與物質(zhì)的相態(tài)有關(guān)；一般氣－液界面的界面張力比液－液界面大。1.768.535.072.9357.2364.0486.5界面張力(mN/m)丁醇正辛醇苯空氣苯酒精空氣第一相水水水水水銀水銀水銀第一相表3.1.2水、水銀與不同物質(zhì)接觸時的界面張力第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日與物質(zhì)的極性有關(guān)；與溫度有關(guān)；兩相分子的極性越相近，兩相分子間的引力越大，界面張力越小，甚至發(fā)生互溶。一方面：溫度升高，增大了液體分子間的距離，使液相分子間的引力減少；另一方面：增加了液體的蒸發(fā)，加大了蒸氣的密度，使氣相與液相間的引力增加。兩者都使界面層內(nèi)分子所受到的指向相內(nèi)部的凈引力減小。溫度升高，界面張力降低。第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日與壓力有關(guān)；壓力升高：氣相分子間距離減小，增大了與液相分子間的引力；氣體在液體中的溶解度增加，液體密度減小，分子間引力減少。兩者都使界面層內(nèi)分子所受的指向相內(nèi)部的凈引力減小。壓力升高，界面張力降低。與溶解氣有關(guān)；隨壓力升高原油-CO2的表面張力比原油-天然氣的表面張力的降低較大，比原油-空氣的表面張力的降低更大。這是因為CO2比天然氣更易溶解于原油，天然氣比空氣易溶于原油的緣故。氣體溶解度增加，界面張力減小。第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日3.油藏流體間的界面張力存在：油-水、油-氣、水-氣油、氣、水與巖石的界面流體在巖石孔隙中的分布孔隙中毛管力的大小流體的滲流第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日三、吸附作用兩相界面層的分子受力不平衡，因此存在界面能。物質(zhì)總有使其界面能趨于最小的趨勢。這種趨勢表現(xiàn)為界面面積減小，也可通過吸附與其相鄰的物質(zhì)分子來實現(xiàn)，后者是吸附的原理。液體界面的吸附極性端朝向水而非極性端朝向空氣，使空氣對表面上分子的引力增加，空氣與水之間的極性差減小，從而使界面張力減小。第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日若溶質(zhì)在兩相界面上的吸附符合“極性均衡”原則，即：極性A＞極性C＞極性B，則C為吸附在A、B兩相界面層的物質(zhì)，使界面張力減小。反之，C沉于A或者B相內(nèi)部，界面張力增加。水中溶有某些無機(jī)鹽，如NaCl、MgCl2、CaCl2等(其極性大于水)，因為鹽在水相內(nèi)部的濃度大于在表面上的濃度，所以水的表面張力增加。水中溶有醇、酸等有機(jī)物質(zhì)(其極性界于水、空氣之間)，因為溶質(zhì)在水表面的濃度大于水相內(nèi)部的濃度，所以水的表面張力降低；第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日溶解于兩相界面系統(tǒng)中的物質(zhì)，自發(fā)地濃集于兩相界面上并極巨減小該界面層的表面張力的這種過程稱之為“吸附”，被吸附的物質(zhì)叫做“表面活性劑”。吉布斯(Gibbs)吸附等溫式：G——

吸附量，單位面積界面層中多余的溶質(zhì)摩爾數(shù)，亦稱為比吸附；

C——

溶質(zhì)的濃度,mg/L；

σ——

界面張力,mN/m；

T、R——分別為絕對溫度和通用氣體常數(shù)；

―--界面張力隨溶質(zhì)濃度的變化率。第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日則表明沒有吸附發(fā)生。它表示界面張力隨溶質(zhì)濃度的增加而降低，溶質(zhì)為表面活性物質(zhì)。它表明界面張力隨溶質(zhì)濃度的增加而增加，此時溶質(zhì)為非表面活性劑。若=0，若＞0，則比吸附G＜0，稱為負(fù)吸附；若＜0，則比吸附G＞0，稱為正吸附；溶解于兩相界面系統(tǒng)中的物質(zhì)，自發(fā)地濃集于兩相界面上并極巨減小該界面層的表面張力的這種過程稱之為“吸附”。第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日潤濕現(xiàn)象:干凈的玻璃板上滴一滴水銀水銀聚攏形成球狀干凈的玻璃板上滴一滴水水迅速散成薄薄的一層在銅片上滴一滴水銀水銀呈饅頭狀第二節(jié)油藏巖石潤濕性和油水微觀分布第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日一、巖石的潤濕性1、潤濕的定義液體在表面分子力作用下在固體表面的流散現(xiàn)象。2、衡量潤濕性的參數(shù)潤濕角θ過氣液固或液液固三相交點對液滴表面所作的切線與液固表面所夾的角。油水對固體表面的潤濕平衡1－水2－油3－固體(從極性大的一端算起)定義第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日潤濕是指三相體系：一相為固體,另一相為液體,第三相為氣體或另一種液體。液體是否潤濕固體,總是相對于另一相氣體(或液體)而言的。3、潤濕性的判斷θ<90°巖石表面親水θ=90°巖石表面中間潤濕θ>90°巖石表面親油θ＝0°巖石表面完全水濕巖石表面完全油濕θ=180°理論標(biāo)準(zhǔn)實際標(biāo)準(zhǔn)θ<85°85°<θ<100°θ>100°θ＝0°θ=180°巖石潤濕性第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日3－固體1－水2－油油水對固體表面的潤濕平衡潤濕張力或附著張力若σ2.3＞σ1.3,則A＞0,θ＜90°,水對固體表面選擇性潤濕。凡是能使固體界面能減小的液體將潤濕固體表面。4、潤濕性的實質(zhì)潤濕的實質(zhì)是固體界面能的減小。第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日潤濕反轉(zhuǎn)程度既與固體表面性質(zhì)和活性劑的性質(zhì)有關(guān)，又和活性劑的濃度有關(guān)。由于表面活性劑的吸附，使固體表面的潤濕性發(fā)生改變的現(xiàn)象。潤濕反轉(zhuǎn)第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日二、儲層巖石的潤濕性及其影響因素既有親水油藏,也有親油油藏,還有各種不同程度的中性潤濕油藏。固體表面的潤濕性主要取決于固體和液體的性質(zhì)。第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日影響因素：(1)巖石的礦物組成(2)油藏流體組成(3)石油中的極性物質(zhì)(4)礦物表面粗糙度第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日三、潤濕滯后在兩相驅(qū)替過程中出現(xiàn)潤濕滯后：指由于三相周界沿固體表面移動的遲緩而產(chǎn)生潤濕角改變的現(xiàn)象。水驅(qū)油的潤濕角θ1＞θ油驅(qū)水的潤濕角θ2＜θ前進(jìn)角后退角Δθ=θ1-θ2潤濕滯后的嚴(yán)重程度靜潤濕滯后動潤濕滯后根據(jù)引起潤濕滯后的原因不同第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日潤濕角的改變與三種因素有關(guān)：(1)與三相周界的移動方向有關(guān)由于潤濕次序不同而引起的潤濕角改變的現(xiàn)象稱為靜潤濕滯后。第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日(2)與三相周界的移動速度有關(guān)由于三相周界移動速度變化引起的潤濕角改變的現(xiàn)象稱為動潤濕滯后。第二十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日(3)固體表面的粗糙度和活性物質(zhì)的吸附粗糙的礦物