油层物理3.1-2004

1、1.1.界面和表面界面和表面 一、两相界面的界面能(interfacial energy) 表面：当接触的两相中有一相为气相时，把与气相表面：当接触的两相中有一相为气相时，把与气相接触的界面称为表面。接触的界面称为表面。经常把经常把“界面界面”和和“表面表面”混用。混用。 界面：互不相溶的两相间的接触面界面：互不相溶的两相间的接触面 3.1 油藏流体的界面张力油藏流体的界面张力2.界面层分子的受力分析 (1)(1)液体内部分子分子力场平衡液体内部分子分子力场平衡(2)(2)液体表面分子受到指向液体内部的净吸引力液体表面分子受到指向液体内部的净吸引力界面能界面能: : 由于分子力场不平衡而使界面

2、层分子储存的多由于分子力场不平衡而使界面层分子储存的多余能量称为两相界面的界面能余能量称为两相界面的界面能( (或表面能或表面能) )。 3.界面能的性质 (1)(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)(3)界面能与界面面积成正比界面能与界面面积成正比 (4)(4)界面能的大小与两相分子的极性有关。界面能的大小与两相分子的极性有关。 (5) (5)界面能还与物质的相态有关。界面能还与物质的相态有关。 二、比界面能和界面张力(specific interfacial energy and interfacial tension

3、) 1.1.比界面能比界面能定义：单位界面面积上所具有的界面能定义：单位界面面积上所具有的界面能 AUs单位：单位：J/m2 J/m2=Nm/m2=N/m 2.2.界面张力界面张力 定义：作用于单位界面长度上的收缩力定义：作用于单位界面长度上的收缩力 平衡时：平衡时：作用点：三相周界的接触点作用点：三相周界的接触点 大小：等于各自的比界面能大小：等于各自的比界面能方向：界面为平面则在界面上，界面为曲面，则方向：界面为平面则在界面上，界面为曲面，则在界面切线上，方向指向使界面收缩的方向在界面切线上，方向指向使界面收缩的方向 3 . 22 . 13 . 1界面张力的三要素：界面张力的三要素： 3.

4、 界面张力的测定方法 (1)(1)细管上升法细管上升法 (2)(2)滴法滴法(3)(3)旋转液滴法旋转液滴法 (4)(4)液滴最大压力法液滴最大压力法 (5) (5)液滴质量法液滴质量法 (6)(6)吊板法吊板法 4.4.影响界面张力的因素影响界面张力的因素(1)(1)两相物质两相物质 (2)(2)物质的相态物质的相态 一般地，气液界面张力大于液液界面张力。一般地，气液界面张力大于液液界面张力。表表3-1-1 3-1-1 不同液体在室温条件下与空气接触时的表面张力不同液体在室温条件下与空气接触时的表面张力物 质表面张力mN/m 物 质表面张力mN/m正己烷乙醚正辛烷四氯化碳邻二甲苯18.417

5、.021.826.930.3苯三氯甲烷二氯乙烷二硫化碳甲苯29.028.532.673.232.8(3)(3)物质的极性物质的极性 (4)(4)温度和压力温度和压力 温度升高，温度升高，气液界气液界面张力降面张力降低。低。两相分子的极性越接近，界面张力越小。两相分子的极性越接近，界面张力越小。压力升高，压力升高，气液界气液界面张力降面张力降低。低。5.5.油藏流体间的界面张力油藏流体间的界面张力油藏油藏岩石岩石孔隙孔隙中的中的界面界面油水油水油气油气 水气水气 油、气、水与岩石油、气、水与岩石 界面张力界面张力 (5)(5)溶解气溶解气 1.1.液体界面的吸附液体界面的吸附 三、吸附作用吸附的

6、定义 溶解于两相界面系统中的物质，自发地浓集于两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降低该界面层的界面张力的过程相界面上并降低该界面层的界面张力的过程 规定：规定：直线端直线端非极性端非极性端圆圆 端端极性端极性端 或：溶质在相界面浓或：溶质在相界面浓度和相内浓度不同的度和相内浓度不同的现象称为吸附。现象称为吸附。 若极性若极性AA极性极性CC极性极性B B，则，则C C为吸附在为吸附在A A、B B界面上界面上的物质。的物质。 极性均衡原则 吉布斯比吸附公式 dcdCRTG1G G0 0，称为正吸附，它表示界面张力随溶质浓度的增加而降低，称为正吸附，它表示界面张力随溶质浓度的

7、增加而降低，溶质为表面活性物质。溶质为表面活性物质。 G G0 0，称为负吸附，它表明界面张力随溶质浓度的增加而增加，称为负吸附，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此时溶质为非表面活性剂 若若G=0G=0，则表明没有吸附发生，则表明没有吸附发生 G-比吸附，指与相内比比吸附，指与相内比较，界面层单位面积上的较，界面层单位面积上的多余吸附量多余吸附量 2.固体界面的吸附 固体界面的吸附规律固体界面的吸附规律 (1)固体表面对被吸附物质的吸附量随界面面积的增大而增加；固体表面对被吸附物质的吸附量随界面面积的增大而增加； (2)固体表面凹凸不平，表面物质成分也不均一，不同的

8、成固体表面凹凸不平，表面物质成分也不均一，不同的成分具有不同的吸附性能，所以固体的吸附具有选择性。固体分具有不同的吸附性能，所以固体的吸附具有选择性。固体表面不同部位的吸附效果常有较大差异；表面不同部位的吸附效果常有较大差异； (3)(3)吸附是放热的，升高温度，吸附量降低。但有的体系，吸附是放热的，升高温度，吸附量降低。但有的体系，温度升高溶质的溶解度降低，使溶质在固体表面的吸附量增温度升高溶质的溶解度降低，使溶质在固体表面的吸附量增加，此时，若溶解度降低超过了温度对吸附量的影响时，吸加，此时，若溶解度降低超过了温度对吸附量的影响时，吸附量将随温度的增加而增大；附量将随温度的增加而增大；(4

9、)(4)吸附量与被吸附物质的浓度成正比，浓度越大，吸附量越吸附量与被吸附物质的浓度成正比，浓度越大，吸附量越大。气体具有较大的压缩性，固体表面对气体的吸附量随压大。气体具有较大的压缩性，固体表面对气体的吸附量随压力的升高而增大力的升高而增大 3.气体在固体表面上的吸附气体在固体表面上的吸附 式中式中 V V单位质量固体吸附剂吸附的气体的克分子数，单位质量固体吸附剂吸附的气体的克分子数，mol/g mol/g V V单位质量固体吸附剂所能吸附的气体的最大克分子单位质量固体吸附剂所能吸附的气体的最大克分子数，数，mol/gmol/g p p气体的压力，气体的压力，MPa MPa bpbpVV1 b

10、 b吸附常数吸附常数 兰格缪(Langmuir)吸附等温式： 4.液体在固体表面上的吸附液体在固体表面上的吸附 式中式中 吸附量吸附量，mol/g 饱和吸附量饱和吸附量( (即一克吸附剂当表面盖满一层时所能即一克吸附剂当表面盖满一层时所能吸附的溶质的克分子数吸附的溶质的克分子数) )，mol/g C C溶质浓度溶质浓度，mol/L b b吸附系数，与温度、溶质和溶剂的性质有关吸附系数，与温度、溶质和溶剂的性质有关 兰格缪(Langmuir)吸附等温式： bbC15.储层岩石的选择性吸附储层岩石的选择性吸附 (1)(1)岩石方面岩石方面 ( (2)2)流体方面流体方面 储层岩石吸附对三次采油的影响：储层岩石吸附对三次采油的影响： 利用储层岩石表面具有选择性吸附的特点，三次利用储层岩石表面具有选择性吸附的特点，三次