多相流体的渗流机理精.ppt

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1、多相流体的渗流机理第1页，本讲稿共26页界面能的性质：界面能的性质：(1)界面能依存于两相界面界面能依存于两相界面；(2)(2)界面能分布于整个界面层界面能分布于整个界面层；(3)界面越大，界面能也就越大界面越大，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两相界面层界面能的大小和两相分子的极性有关；(5)(5)两相界面的界面能和物质的相态有关系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。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。两相分子极性差越大，界面的界面能越大，反之越小。液液-气

2、界面的界面能一般比液气界面的界面能一般比液-液界面的界面能要大液界面的界面能要大(有的比液有的比液-液界面的界面能小液界面的界面能小)，固相的表面能更大。，固相的表面能更大。第2页，本讲稿共26页二、二、比界面能和界面张力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，称为面的界面能大小，称为比界面能比界面能。U Us s 两相界面的界面能，两相界面的界面能，J(J(焦耳焦耳)；A A 界面面积，界面面积，m m2 2；比界面能，比界面能，J/m2。J/m2=Nm/m2=N/m比界面能可看作是作用于单位界面长度上的力，称比界面能

3、可看作是作用于单位界面长度上的力，称界面张力界面张力。只有在只有在三相周三相周界上才界上才有有1.1.概念概念第3页，本讲稿共26页v界面张力的界面张力的方向方向，若界面为平面则在界面上，若界，若界面为平面则在界面上，若界面为曲面，则在界面切线上，方向面为曲面，则在界面切线上，方向指向指向使界面收缩使界面收缩的方向。的方向。v两相界面张力的两相界面张力的大小大小等于其比界面能。等于其比界面能。v界面张力的界面张力的作用点作用点为三相周界的接触点。为三相周界的接触点。第4页，本讲稿共26页2.界面张力的影响因素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。界面张力产生的根本原

4、因是界面层中分子的净吸引力。不同的物质，界面张力不同；不同的物质，界面张力不同；32.8573.232.528.529.0界面张力界面张力(mN/m)甲苯甲苯二硫化碳二硫化碳二氯乙烷二氯乙烷三氯甲烷三氯甲烷苯苯物质物质30.326.921.817.018.4界面张力界面张力(mN/m)邻二甲苯邻二甲苯四氯化碳四氯化碳正辛烷正辛烷乙醚乙醚正己烷正己烷物质物质表表3.1.1 不同液体在室温条件下不同液体在室温条件下(20)与空气接触时的界面张力与空气接触时的界面张力第5页，本讲稿共26页与物质的相态有关；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。一般气液界面的界面张力比液液界面大。1.

5、768.535.072.9357.2364.0486.5界面张力界面张力(mN/m)丁醇丁醇正辛醇正辛醇苯苯空气空气苯苯酒精酒精空气空气第一相第一相水水水水水水水水水银水银水银水银水银水银第一相第一相表表3.1.2 水、水银与不同物质接触时的界面张水、水银与不同物质接触时的界面张力力第6页，本讲稿共26页与物质的极性有关；与物质的极性有关；与温度有关；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，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。界面张力越小，甚至发生互溶。一方面一方面：温度升高，增大了液体分子间的距离，：温度升高，增大了液体分子间的距离，使液相

6、分子间的引力减少；使液相分子间的引力减少；另一方面另一方面：增加了液体的蒸发，加大了蒸气的密：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。度，使气相与液相间的引力增加。两者两者都使界面层内分子所受到的指向相内部的都使界面层内分子所受到的指向相内部的净净引力减小引力减小。温度升高，界面张力降低。温度升高，界面张力降低。第7页，本讲稿共26页与压力有关；与压力有关；压力升高压力升高：气相分子间距离减小，增大了与液相分子：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。小，分子间引力

7、减少。两者两者都使界面层内分子所受的都使界面层内分子所受的指向相内部的指向相内部的净引力减小净引力减小。压力升高，界面张力降低。压力升高，界面张力降低。与溶解气有关；与溶解气有关；随压力升高原油随压力升高原油-CO2的表面张力比原油的表面张力比原油-天然气的表面天然气的表面张力的降低较大，比原油张力的降低较大，比原油-空气的表面张力的降低更大。空气的表面张力的降低更大。这是因为这是因为CO2比天然气更易溶解于原油，天然气比空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。气易溶于原油的缘故。气体溶解度增加，界面张力减小。气体溶解度增加，界面张力减小。第8页，本讲稿共26页3.油藏流体间的

8、界面张力存在：油油-水、油水、油-气、水气、水-气气油、气、水与岩石的界面油、气、水与岩石的界面 流体在岩石孔隙中的分布流体在岩石孔隙中的分布孔隙中毛管力的大小孔隙中毛管力的大小流体的渗流流体的渗流 第9页，本讲稿共26页三、三、吸附作用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，后者是实现，后者是吸附吸附的原理。的原理。液体界面的吸附液体界面的吸附极

9、性端朝向水而非极性端朝向空气，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，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，从而空气与水之间的极性差减小，从而使界面张力减小。使界面张力减小。第10页，本讲稿共26页若溶质在两相界面上的吸附符合若溶质在两相界面上的吸附符合“极性均衡极性均衡”原则，即：原则，即：极性极性A极性极性C极性极性B，则，则C为吸附在为吸附在A、B两相界面层的两相界面层的物质，使物质，使界面张力减小界面张力减小。反之，。反之，C沉于沉于A或者或者B相内部，界相内部，界面张力增加。面张力增加。水中溶有某些无机盐水中溶有某些无机盐，如，如NaCl、Mg

10、Cl2、CaCl2等等(其极性其极性大于水大于水)，因为盐在水相内部的浓度大于在表面上的浓度，因为盐在水相内部的浓度大于在表面上的浓度，所以所以水的表面张力增加水的表面张力增加。水中溶有醇、酸等有机物质水中溶有醇、酸等有机物质(其极性界于水、空气之间其极性界于水、空气之间)，因为溶质在水表面的浓度大于水相内部的浓度，所以因为溶质在水表面的浓度大于水相内部的浓度，所以水的水的表面张力降低表面张力降低；第11页，本讲稿共26页溶解于两相界面系统中的物质，自发地浓集于两相界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面上并极巨减小该界面层的表面张力的这

11、种过程称之为为“吸附吸附”，被吸附的物质叫做，被吸附的物质叫做“表面活性剂表面活性剂”。吉布斯吉布斯(Gibbs)(Gibbs)吸附等温式：吸附等温式：G G 吸附量，单位面积界面层中多余的溶质摩尔数，亦称为吸附量，单位面积界面层中多余的溶质摩尔数，亦称为比吸附比吸附；C C 溶质的浓度溶质的浓度,mg/L,mg/L；界面张力界面张力,mN/m,mN/m；T T、R R分别为绝对温度和通用气体常数；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。界面张力随溶质浓度的变化率。第12页，本讲稿共26页则表明则表明没有吸附没有吸附发生。发生。它表示界面张力随溶质浓度的增加而降低，它表示界

12、面张力随溶质浓度的增加而降低，溶质为溶质为表面活性物质表面活性物质。它表明界面张力随溶质浓度的增加而增加，它表明界面张力随溶质浓度的增加而增加，此时溶质为此时溶质为非表面活性剂非表面活性剂。若若 =0，若若 0 0，则比吸附，则比吸附G G0 0，称为，称为负吸附负吸附；若若 0 0，则比吸附，则比吸附G G0 0，称为，称为正吸附正吸附；溶解于两相界面系统中的物质，自发地浓集于两相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称之为“吸附吸附”。第13页，本讲稿共26页第14页，本讲稿共26页润湿现象

13、润湿现象:干净的玻璃板上滴一滴水银干净的玻璃板上滴一滴水银水银聚拢形成球状水银聚拢形成球状干净的玻璃板上滴一滴水干净的玻璃板上滴一滴水水迅速散成薄薄的一层水迅速散成薄薄的一层在铜片上滴一滴水银在铜片上滴一滴水银水银呈馒头状水银呈馒头状第二节第二节 油藏岩石润湿性油藏岩石润湿性和油水微观分布和油水微观分布第15页，本讲稿共26页一、岩石的润湿性一、岩石的润湿性1 1、润湿的定义、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。液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。2 2、衡量润湿性的参数、衡量润湿性的参数润湿角润湿角过气液固或液液固三相过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作的交点对液

14、滴表面所作的切线与液固表面所夹的切线与液固表面所夹的角。角。油水对固体表面的润湿平衡油水对固体表面的润湿平衡1水水 2油油 3固体固体(从极性大的一端算起从极性大的一端算起)定义第16页，本讲稿共26页润湿润湿是指三相体系：一相为是指三相体系：一相为固体固体,另一相为另一相为液体液体,第三相为第三相为气体或另一种液体气体或另一种液体。液体是否润湿固体液体是否润湿固体,总是相对于另一相气体总是相对于另一相气体(或液体或液体)而言的。而言的。3 3、润湿性的判断、润湿性的判断909090岩石表面岩石表面亲油亲油00岩石表面岩石表面完全水湿完全水湿岩石表面岩石表面完全油湿完全油湿=180=180理论

15、标准实际标准858585 10085 10010000=180=180岩石润湿性第17页，本讲稿共26页3固体固体1水水 2油油油水对固体表面的润湿平衡油水对固体表面的润湿平衡润湿张力或润湿张力或附着张力附着张力若若2.32.31.31.3,则则A A0,0,90,90,水对固体表面选择性润湿。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。凡是能使固体界面能减小的液体将润湿固体表面。4 4、润湿性的实质、润湿性的实质润湿的润湿的实质实质是是固体界面能的减小固体界面能的减小。第18页，本讲稿共26页润湿反转程度既与固体表面性质和活性剂的性质有关，又和润湿反转程度既与固体表面

16、性质和活性剂的性质有关，又和活性剂的浓度有关。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发生改变的现象。润湿反转润湿反转第19页，本讲稿共26页二、二、储层岩石的润湿性及其影响因素储层岩石的润湿性及其影响因素既有既有亲水亲水油藏油藏,也有也有亲油亲油油藏油藏,还有各种不同程度的还有各种不同程度的中性中性润湿油藏。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。固体表面的润湿性主要取决于固体和液体的性质。第20页，本讲稿共26页影响因素：影响因素：(1)(1)岩石的矿物组成岩石的矿物组成(2)油藏流体组成油藏流体组成(3

17、)石油中的极性物质石油中的极性物质(4)矿物表面粗糙度矿物表面粗糙度第21页，本讲稿共26页三、润湿滞后三、润湿滞后在两相驱替过程中出现在两相驱替过程中出现润湿滞后润湿滞后：指由于三相周界沿固体表面移动的迟缓：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。而产生润湿角改变的现象。水驱油的润湿角水驱油的润湿角1油驱水的润湿角油驱水的润湿角2前进角前进角后退角后退角=1-2润湿滞后的严重程度润湿滞后的严重程度静润湿滞后静润湿滞后动润湿滞后动润湿滞后根据根据引起引起润湿滞后的润湿滞后的原因原因不同不同第22页，本讲稿共26页润湿角的改变与三种因素有关：润湿角的改变与三种因素有关：(1)(

18、1)与三相周界的移动方向有关与三相周界的移动方向有关由于由于润湿次序不同润湿次序不同而引而引起的润湿角改变的现象起的润湿角改变的现象称为称为静润湿滞后静润湿滞后。第23页，本讲稿共26页(2)(2)与三相周界的移动速度有关与三相周界的移动速度有关由于由于三相周界移动速度变化三相周界移动速度变化引起的润湿角改变的现象引起的润湿角改变的现象称为称为动润湿滞后动润湿滞后。第24页，本讲稿共26页(3)(3)固体表面的粗糙度和活性物质的吸附固体表面的粗糙度和活性物质的吸附粗糙的矿物表面粗糙的矿物表面和和有有活性剂吸附的表面活性剂吸附的表面对对三相周界的移动影响三相周界的移动影响很大，很大，使滞后现象加重使滞后现象加重。第25页，本讲稿共26页四、界面张力及润湿角的测定四、界面张力及润湿角的测定界面张力界面张力油藏岩石润湿性油藏岩石润湿性v毛细管上升法毛细管上升法v悬滴法悬滴法v旋转液滴法旋转液滴法v液滴（气泡）最大压力法液滴（气泡）最大压力法v液滴质量（或体积）法液滴质量（或体积）法v吊板法吊板法v直接测定法直接测定法测润湿角测润湿角光学投影法光学投影法吊板法吊板法v间接测定法间接测定法自吸吸入法自吸吸入法自吸离心法自吸离心法自吸驱替法自吸驱替法第26页，本讲稿共26页