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(shí)1、界面曲界面兩側(cè)壓力差毛細(xì)管現(xiàn)象潤(rùn)濕現(xiàn)象吸附現(xiàn)象巖石表面的帶電現(xiàn)象水驅(qū)油時(shí)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(duì)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(dòng)趨于減少的規(guī)律在凈吸引力的作用下，表面有自動(dòng)收縮的傾向。曲界面壓力差、吸附、潤(rùn)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(huì)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(huì)對(duì)鼓泡的方向施加壓力，阻礙表面增大，稱(chēng)為表面收縮壓。表面收縮壓與鼓泡的壓力平衡

p=p1–p2對(duì)于液體下的一個(gè)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(guò)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(shuō)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(gè)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(shí):R=R1=R2當(dāng)曲界面為柱面時(shí):R2=∞當(dāng)曲界面為馬鞍形面時(shí):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(duì)公式的理解巖石中的流動(dòng)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(guò)渡帶油藏中存在油-水、油-氣過(guò)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(dòng)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(guò)喉孔時(shí)由于界面變形而對(duì)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(guò)喉孔時(shí)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(guò)喉孔之前；親油地層Jamin效應(yīng)發(fā)生在油珠或氣泡通過(guò)喉孔之后。慢快Hanes

由于Jamin效應(yīng)的存在，使一個(gè)液珠或氣泡通過(guò)喉孔的全過(guò)程分成兩個(gè)階段：一個(gè)是有Jamin效應(yīng)階段；另一個(gè)是沒(méi)有Jamin效應(yīng)階段。在前一個(gè)階段，液珠或氣泡通過(guò)的速度較慢；在后一個(gè)階段，液珠或氣泡通過(guò)的速度較快，因此產(chǎn)生一個(gè)躍動(dòng)。這個(gè)躍動(dòng)稱(chēng)為Haines躍動(dòng)，它是液珠或氣泡通過(guò)喉孔時(shí)由于Jamin效應(yīng)的產(chǎn)生和消失引起的。液珠和氣泡通過(guò)孔隙介質(zhì)各個(gè)喉孔時(shí)就是這樣一個(gè)躍動(dòng)一個(gè)躍動(dòng)的前進(jìn)。Haines躍動(dòng)，由于氣泡或液滴通過(guò)喉孔時(shí)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(gè)喉孔Jamin效應(yīng)的加和。i=1，2，3……當(dāng)泡沫通過(guò)不均質(zhì)地層時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(guò)疊加的Jamin效應(yīng)使驅(qū)油劑的流度得到控制。第三節(jié)潤(rùn)濕現(xiàn)象

WETTINGPHENOMENA一、潤(rùn)濕概念二、分類(lèi)三、潤(rùn)濕程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)四、潤(rùn)濕滯后一、潤(rùn)濕概念潤(rùn)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(guò)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(rùn)濕的。圖2-6潤(rùn)濕的類(lèi)型（G、L代表兩種液體，S代表固體）潤(rùn)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(rùn)濕鋪展?jié)櫇窠駶?rùn)濕三種潤(rùn)濕類(lèi)型G—流體（氣體）；S—固體；L—流體（液體）。表2-1不同潤(rùn)濕類(lèi)型的特點(diǎn)圖2-7液珠重新沾回巖石表面的過(guò)程按照潤(rùn)濕類(lèi)型的概念，水驅(qū)油過(guò)程應(yīng)屬浸濕潤(rùn)濕，而一個(gè)分散的液珠重新沾回巖石表面應(yīng)屬沾濕潤(rùn)濕。二、潤(rùn)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(rùn)濕角）沿氣液固三相交點(diǎn)對(duì)液滴表面所作切線(xiàn)與液固界面所夾的角。

<90°,潤(rùn)濕好>90°,潤(rùn)濕不好=0°,完全潤(rùn)濕=180°,完全不潤(rùn)濕接觸角畫(huà)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(rùn)濕角油滴水找出油滴在砂粒表面的潤(rùn)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(rùn)濕涉及三相，與三個(gè)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(kāi)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(duì)驅(qū)油而言

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