31储层岩石中的界面现象.ppt

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1、第三章储层中多相流体的渗流特性一储层岩石中的界面现象二储层岩石的润湿性三储层岩石中的毛管压力四储层岩石中的相对渗透率第一节储层岩石的界面现象教学目的：掌握两相界面的自由表面能和表面张力，吸附现象和表面张力的关系。教学重点和难点：自由表面能和表面张力，吸附现象和表面张力的关系。教法说明：课堂讲授第一节储层岩石的界面现象一.两相界面的自由表面能1.定义:由于界面层分子力场不平衡使得界面层分子储存了多余的能量,这就是两相界面层表面自由能。分子B要移动到分子A的位置必须克服这个合力而做功。这种表面分子比液体内部分子多余的能量称为界面自由能。分子B所受合力为零，可以自由运动分子A所受合力

2、不为零，合力指向液体内部2.自由表面能具有的几个性质A.只有当存在互不相溶的两相时，自由表面能才存在。B.界面越大，自由表面能也就越大。C.两相分子的极性差越大，表面能也越大。D.两相界面的自由表面能和物质的相态有关。E.界面层是一个逐步过渡的分子层Aα相β相SB热力学性质α相β相ASB两相物质的表面分子层性质示意图a-假想几何界面b-界面热力学性质α相β相二、比表面能或界面张力1.定义：比表面能：单位表面积具有的自由表面能，也叫表面张力。或增加单位表面积所作的功。xLdxFб做功的能量转化为新生界面的表面能表面能和表面张力是两个不同的概念。б亦表示形成单位面积所消耗的功，即比

3、表面能。б—每单位长度上的作用力，即表面张力2.比表面能的单位焦耳/米2（J/m2）1J/m2=1N•m/m2=1N/m★在CGS单位制中，比表面能的单位是:★在SI单位制中，比表面能的单位是:1达因/厘米=1毫牛顿/米图3-2三相周界界面张力示意图在两相界面只表现出能，不表现出力；在三相周界则表现出力，即表面张力（单位周界长度上的力）。2.比表面能的单位焦耳/米2（J/m2）1J/m2=1N•m/m2=1N/m★在CGS单位制中，比表面能的单位是:★在SI单位制中，比表面能的单位是:1达因/厘米=1毫牛顿/米界面张力示意图油界面张力的方向：平面上或曲线的切线上界面张力的作用点

4、两相表面张力的大小为各自的比表面能3、影响界面张力的因素1)对气-液表面而言A物质的性质影响两相间分子的极性差越大，表面能就越大。物质与空气接触时的表面张力（20°C）mN/m与水接触时的界面张力（20°C）mN/m水银484.0375水72.8苯28.633.4变压器油39.145.1杜依玛兹石油27.230.3某些物质与空气、水的界面张力B温度的影响随着温度增加，表面张力减小。C压力的影响随着压力增加，表面张力减小。2）对纯油——水系统压力和温度对油水表面张力没有影响2）对有溶解气存在的油——水系统A温度的影响随着温度增加，油水表面张力减小。B压力的影响◆当压力小于饱和压力

5、时，随着压力增加，表面张力增大。◆当压力大于饱和压力时，随着压力增加，表面张力减小。C油水极性差的影响油水极性差越大，油水表面张力越大。原油与4种气体表面张力和溶解度的关系汽油与co2气与co2气与天然气与空气油—水界面张力脱气原油饱和氮的原油三、吸附作用及其和表面张力的关系1、吸附的原理吸附：某物质在界面层中，浓度能自动发生变化的现象称为吸附。吸附剂：具有吸附作用的物质称为吸附剂（活性炭）。吸附质：被吸附的物质称为吸附质（溴）。2、固体表面的吸附固体的表面吸附具有下列规律：（1）固体表面对被吸附物质的吸附量，随着吸附表面的加大而增加。（2）固体表面凹凸不平，其表面物质成分也不

6、均一，所以固体的吸附具有选择性。（3）吸附作用都是放热的，所以升高温度，吸附量下降。（4）吸附量与被吸附物质的浓度成正比。3、液体表面的吸附1）几个基本概念图3-3溶液浓度对表面张力的影响1）几个基本概念正吸附：溶解物质在界面上的浓度大于溶液内部的浓度（降低界面张力）。负吸附：溶解物质在界面上的浓度小于内部浓度。表面活性剂：把那些溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质称为表面活性物质或表面活性剂。表面惰性物质：凡能使溶液表面张力升高的物质称为表面惰性物质。2）表面活性剂降低界面张力的机理图3-4钠肥皂分子的化学结构式溶质在两相界面的吸附符合“极性均衡”原则，即：极性A〉极性C〉

7、极性B，C为吸附在A、B两相界面层的物质。3）吸附与浓度的关系★吉布斯吸附公式G—吸附量，亦称比吸附。C—溶质的质量浓度。б—界面张力。T，R—绝对温度和通用气体常数。比吸附与表面活性剂浓度的关系当表面活性物质浓度较小时，随浓度的增加，表面张力的减小和比吸附的增大都较快，当浓度增加到一定程度后，比吸附不再增加，趋于最大值