多相流體的滲流機理

多相流體的滲流機理第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月界面能的性質：(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；(5)兩相界面的界面能和物質的相態(tài)有關系。熱力學第二定律：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2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月界面張力的方向，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4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月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，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5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月與物質的相態(tài)有關；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、水銀與不同物質接觸時的界面張力第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月與物質的極性有關；與溫度有關；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。兩者都使界面層內分子所受到的指向相內部的凈引力減小。溫度升高，界面張力降低。第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月與壓力有關；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。兩者都使界面層內分子所受的指向相內部的凈引力減小。壓力升高，界面張力降低。與溶解氣有關；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8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月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9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月三、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10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月若溶質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，使界面張力減小。反之，C沉于A或者B相內部，界面張力增加。水中溶有某些無機鹽，如NaCl、MgCl2、CaCl2等(其極性大于水)，因為鹽在水相內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、酸等有機物質(其極性界于水、空氣之間)，因為溶質在水表面的濃度大于水相內部的濃度，所以水的表面張力降低；第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月溶解于兩相界面系統(tǒng)中的物質，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摩爾數(shù)，亦稱為比吸附；

C——

溶質的濃度,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)；

―--界面張力隨溶質濃度的變化率。第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月則表明沒有吸附發(fā)生。它表示界面張力隨溶質濃度的增加而降低，溶質為表面活性物質。它表明界面張力隨溶質濃度的增加而增加，此時溶質為非表面活性劑。若=0，若＞0，則比吸附G＜0，稱為負吸附；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，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13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月潤濕現(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15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月一、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16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月潤濕是指三相體系：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°理論標準實際標準θ<85°85°<θ<100°θ>100°θ＝0°θ=180°巖石潤濕性第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月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、潤濕性的實質潤濕的實質是固體界面能的減小。第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月潤濕反轉程度既與固體表面性質和活性劑的性質有關，又和活性劑的濃度有關。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。潤濕反轉第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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。第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月影響因素：(1)巖石的礦物組成(2)油藏流體組成(3)石油中的極性物質(4)礦物表面粗糙度第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月三、潤濕滯后在兩相驅替過程中出現(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。水驅油的潤濕角θ1＞θ油驅水的潤濕角θ2＜θ前進角后退角Δθ=θ1-θ2潤濕滯后的嚴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22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月潤濕角的改變與三種因素有關：(1)與三相周界的移動方向有關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23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)與三相周界的移動速度有關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24頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)固體表面的粗糙度和活性物質的吸附粗糙的