第三章饱和多相流体的 油藏岩石的渗流特性 第一节油藏流体的界面张力 、两相界面的界面能 1定义:子力场不 平衡而使表面层分子储 存有多余的能量,称为 两相界面的界面能或表圈311体(水)相内分子和表面层分子的 面能)。 力场示意图
1 第三章 饱和多相流体的 油藏岩石的渗流特性 第一节 油藏流体的界面张力 一、两相界面的界面能 1.定义：子力场不 平衡而使表面层分子储 存有多余的能量，称为 两相界面的界面能(或表 面能)
2界面能的性质 第二相 (1)界面能依存于两相界面; ≤的 第一相 (2)界面能分布于整个界面层; (3)界面越大,界面能也就越大;图312两相界面界面能分布示意图 热力学第二定律:任何界面能都有趋于最小的趋势。 (4)两相界面层界面能的大小和两相分子的极性有关; 两相分子极性差越大,界面的界面能越大,反之越小。 (5两相界面的界面能和物质的相态有关系。 液气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。 2
2 2.界面能的性质： (1)界面能依存于两相界面； (2)界面能分布于整个界面层； (3)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； (5)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。 两相分子极性差越大，界面的界面能越大，反之越小。 液-气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
空气(3) L.3 油(2 012=01,+0 O12 水() 图3.1.3三相周界界面张力 相互作用示意图 ①两相界面张力的大小等于其比界面能。 ②界面张力的作用点为三相周界的接触点。 ③界面张力的方向,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 指向使界面收缩的方向。 3
3 ③界面张力的方向，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 指向使界面收缩的方向。 ①两相界面张力的大小等于其比界面能。 ②界面张力的作用点为三相周界的接触点。 1，3 1，2 2，3 = +
3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 (1)不同的物质,界面张力不同; 表311不同液体在室温条件下(20℃)与空气接触时的界面张力 物质正已烷乙隧正辛烷四氯化碳邻二甲苯 界面张力18417.0 (mN/m) 21.8 26.9 30.3 物质苯三氯甲烷二氯乙烷二硫化磯甲苯 界面张力 mN/m 29.028532.573.232.85
4 3.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。 (1)不同的物质，界面张力不同； 29.0 28.5 32.5 73.2 32.85 界面张力 (mN/m) 物质 苯 三氯甲烷 二氯乙烷 二硫化碳 甲苯 18.4 17.0 21.8 26.9 30.3 界面张力 (mN/m) 物质 正己烷 乙醚 正辛烷 四氯化碳 邻二甲苯 表3.1.1 不同液体在室温条件下(20℃)与空气接触时的界面张力
(2)与物质的相态有关; 表31.2水、水银与不同物质接触时的界面张力 第一相水银水银水银水水水水 第一相空气酒精苯「空气苯「正辛醇丁醇 界面张力 (mN/m) 4865364.0357272.935.08.51.76 般气一液界面的界面张力比液一液界面大
5 (2)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。 486.5 364.0 357.2 72.9 35.0 8.5 1.76 界面张力 (mN/m) 第一相 空气 酒精 苯 空气 苯 正辛醇 丁醇 第一相 水银 水银 水银 水 水 水 水 表3.1.2 水、水银与不同物质接触时的界面张力
(3)与物质的极性有关; 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。 (4)与温度有关; 方面:温度升高,增大了液体分子间的距离,使液相分 子间的引力减少 另一方面: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。 两者都使界面层内分子所受到的指向相内部的净引力减小。 温度升高,界面张力降低
6 (3)与物质的极性有关； (4)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， 界面张力越小，甚至发生互溶。 一方面：温度升高，增大了液体分子间的距离，使液相分 子间的引力减少； 另一方面：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。 两者都使界面层内分子所受到的指向相内部的净引力减小。 温度升高，界面张力降低
z 台16 15 8 285.68.411.214.016.819.6 p/MPa P/MPa 图31.6原油一氮气的表面张力与温度、 图31.7原油-气的表面张力和溶解度的关系 压力的关系 1-与空气分界面;2一与天然气分界面; 3-与CO2分界面;4-汽油与CO2分界面 -t=20℃;2-t=60℃;3-t=80℃
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(5)与压力有关; 压力升高: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 小,分子间引力减少。两者都使界面层内分子所受的 指向相内部的净引力减小。 压力升高,界面张力降低。 (6)与溶解气有关; 随压力升高原油CO2的表面张力比原油-天然气的表 面张力的降低较大,比原油空气的表面张力的降低更 大。这是因为CO2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。 气体溶解度增加,界面张力减小
8 (5)与压力有关； 压力升高：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 小，分子间引力减少。两者都使界面层内分子所受的 指向相内部的净引力减小。 压力升高，界面张力降低。 (6)与溶解气有关； 随压力升高原油-CO2的表面张力比原油-天然气的表 面张力的降低较大，比原油-空气的表面张力的降低更 大。这是因为CO2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。 气体溶解度增加，界面张力减小
二、油藏流体间的界面张力 油藏中存在:油-水、油气、水气 油、气、水与岩石的界面 流体在岩石孔隙中的分布孔隙中毛 管力的大小流体的渗流
9 二、油藏流体间的界面张力 油藏中存在：油-水、油-气、水-气 油、气、水与岩石的界面 流体在岩石孔隙中的分布孔隙中毛 管力的大小流体的渗流
1.油气界面 随温度、压力及油中溶解气量的增加,油气界 面张力降低 高温,高压 溶有大量的天然 油气界面的界面张力很小(远小于地面脱气原 油的表面张力) 原油中纯烃(包括饱和烷烃与不饱和烷烃)与气体 的界面张力随温度的升高而降低,随分子量的增 加而增加,这是因为分子量增加,分子间作用力 增强的缘故
10 1. 油气界面 随温度、压力及油中溶解气量的增加，油气界 面张力降低 油气界面的界面张力很小（远小于地面脱气原 油的表面张力） 高温，高压 溶有大量的天然 气 原油中纯烃(包括饱和烷烃与不饱和烷烃)与气体 的界面张力随温度的升高而降低，随分子量的增 加而增加，这是因为分子量增加，分子间作用力 增强的缘故