提高原油采收率原理(EOR)第二章-1-B

第二章油層中的界面現(xiàn)象

InterfacialPhenomenainFormation預(yù)備知識1、界面曲界面兩側(cè)壓力差毛細(xì)管現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象吸附現(xiàn)象巖石表面的帶電現(xiàn)象水驅(qū)油時的分散現(xiàn)象地層中存在液、固、氣三相，可產(chǎn)生多種界面現(xiàn)象，對提高采收率有重要影響2、界面現(xiàn)象1凈吸引力2凈吸引力指向液體內(nèi)部3表面能3、表面張力表面能自動趨于減少的規(guī)律在凈吸引力的作用下，表面有自動收縮的傾向。曲界面壓力差、吸附、潤濕和毛細(xì)管現(xiàn)象都是該規(guī)律起作用的表現(xiàn)。第一節(jié)曲界面兩側(cè)的壓力差

PRESSUREDIFFERENCEBETWEENTWOSIDESofCURVEDINTERFACE1、球形曲界面壓差的實(shí)驗(yàn)證明p1p2p1p2一、球形曲界面壓力差2、球形曲界面兩側(cè)壓差產(chǎn)生原因表面能趨于減少，氣泡表面傾向于收縮，必然會產(chǎn)生一種作用，去阻礙氣泡表面增大，即表面能趨于減少的傾向會對鼓泡的方向施加壓力，阻礙表面增大，稱為表面收縮壓。表面收縮壓與鼓泡的壓力平衡

p=p1–p2對于液體下的一個氣泡，半徑為r，在p作用下試圖增加其體積，半徑增加dr，體積增加dV=4r2dr，表面積增加dA=8rdr按照熱力學(xué)，此過程作功W=pdV=p4r2dr3、球形曲界面兩側(cè)壓差公式推導(dǎo)按照表面能的概念，表面能增加dA=8rdr容積功=表面能增加p4r2dr=

8rdr說明：球形曲界面，內(nèi)部的壓力總是大于外部的壓力；r為曲率半徑；p1/r；只適用于球形界面；根據(jù)能量守恒原則即界面能增量與容積功相等導(dǎo)出圖2-1任意曲面兩側(cè)的壓力差一般的曲界面兩側(cè)壓力差的公式，Laplace公式能量守恒Δp.xydz=σ(xdy+ydx）容積功=（xydz)Δp界面能增量=σ(xdy+ydx)xx+dxyy+dyzz+dzABCDΔpA,B,C,D,二、任意曲界面壓力差式中，R1、R2是任意曲面的兩個主曲率半徑AOB與A，O，B相似Laplace公式1、球面2、柱面L3、馬鞍形面LLaplace公式有三種重要的形式當(dāng)曲界面為球面時:R=R1=R2當(dāng)曲界面為柱面時:R2=∞當(dāng)曲界面為馬鞍形面時:R1與R2一正一負(fù)柱面馬鞍形面第二節(jié)毛細(xì)管現(xiàn)象

CAPILLARYPHENOMENA一、毛細(xì)管上升或下降現(xiàn)象毛細(xì)管上升高度的計(jì)算對公式的理解巖石中的流動孔隙可看作毛細(xì)管，毛細(xì)現(xiàn)象的存在使油水氣界面為過渡帶油藏中存在油-水、油-氣過渡帶的原因（1）孔喉結(jié)構(gòu)使毛細(xì)管力得不到充分發(fā)揮（2）親水地層，毛細(xì)管力是水驅(qū)油動力親油地層，毛細(xì)管力是水驅(qū)油阻力（3）毛細(xì)管縫上升高度計(jì)算公式r′—1/2縫寬2Jamin效應(yīng)（1）計(jì)算公式Jamin效應(yīng)是指液珠或氣泡通過喉孔時由于界面變形而對液流產(chǎn)生的阻力效應(yīng)。p2-p1——液珠或氣泡前后的壓力差；σ——界面張力；R1、R2——液珠或氣泡通過喉孔時前后的曲率半徑。p2p3p1R2（2）賈敏效應(yīng)始終為阻力效應(yīng)親油親水親水地層Jamin效應(yīng)發(fā)生在油珠或氣泡通過喉孔之前；親油地層Jamin效應(yīng)發(fā)生在油珠或氣泡通過喉孔之后。慢快Hanes

由于Jamin效應(yīng)的存在，使一個液珠或氣泡通過喉孔的全過程分成兩個階段：一個是有Jamin效應(yīng)階段；另一個是沒有Jamin效應(yīng)階段。在前一個階段，液珠或氣泡通過的速度較慢；在后一個階段，液珠或氣泡通過的速度較快，因此產(chǎn)生一個躍動。這個躍動稱為Haines躍動，它是液珠或氣泡通過喉孔時由于Jamin效應(yīng)的產(chǎn)生和消失引起的。液珠和氣泡通過孔隙介質(zhì)各個喉孔時就是這樣一個躍動一個躍動的前進(jìn)。Haines躍動，由于氣泡或液滴通過喉孔時的Jamin效應(yīng)引起的。Jamin具有疊加作用Jamin效應(yīng)使驅(qū)油劑的流度得到控制－調(diào)剖作用Jamin效應(yīng)具有疊加作用，即總的Jamin效應(yīng)是各個喉孔Jamin效應(yīng)的加和。i=1，2，3……當(dāng)泡沫通過不均質(zhì)地層時，它將首先進(jìn)入高滲透層。由于Jamin效應(yīng)的疊加，所以它的流動阻力逐漸在提高，隨著注入壓力的增加，泡沫可以依次進(jìn)入滲透性較小，流動阻力較大而原先不能進(jìn)入的中低滲透層，向地層注泡沫或乳狀液，就是通過疊加的Jamin效應(yīng)使驅(qū)油劑的流度得到控制。第三節(jié)潤濕現(xiàn)象

WETTINGPHENOMENA一、潤濕概念二、分類三、潤濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)四、潤濕滯后一、潤濕概念潤濕定義固體表面上一種流體被另一種流體取代引起表面能下降的過程。

U=(固液-固氣)A可理解為：固體表面的A流體能自發(fā)取代B流體，認(rèn)為A在固體表面是潤濕的。圖2-6潤濕的類型（G、L代表兩種液體，S代表固體）潤濕現(xiàn)象是指固體界面的一種流體被另一種流體取代的現(xiàn)象。沾濕潤濕鋪展?jié)櫇窠駶櫇袢N潤濕類型G—流體（氣體）；S—固體；L—流體（液體）。表2-1不同潤濕類型的特點(diǎn)圖2-7液珠重新沾回巖石表面的過程按照潤濕類型的概念，水驅(qū)油過程應(yīng)屬浸濕潤濕，而一個分散的液珠重新沾回巖石表面應(yīng)屬沾濕潤濕。二、潤濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)1、接觸角2、粘附功1、接觸角1、接觸角（潤濕角）沿氣液固三相交點(diǎn)對液滴表面所作切線與液固界面所夾的角。

<90°,潤濕好>90°,潤濕不好=0°,完全潤濕=180°,完全不潤濕接觸角畫法玻璃表面石蠟表面空氣空氣練習(xí)找出油滴在砂粒表面的潤濕角油滴水找出油滴在砂粒表面的潤濕角砂粒油滴水砂粒根據(jù)力的平衡原則：圖2-8固體表面液滴的三相交點(diǎn)（O）的受力-1潤濕涉及三相，與三個界面張力有關(guān)。Young方程2、粘附功2、粘附功將單位面積（如1m2）固液界面在第三相中拉開所作之功。Us=氣液1m2

+氣固1m2-液固1m2=（氣液+氣固-液固）1m2W粘=氣液（1+cos）對驅(qū)油而言

W粘=油水（1+cos）3潤濕滯后同一液體接觸面積不變(高平不一）前進(jìn)角(advancing