Капиллярность

В капиллярных порах горных пород зоны аэрации развиваются так называемые капиллярные явления, приводящие к подъему капиллярной воды на определенную высоту. Поверхность воды в этом случае приобретает вид мениска, обращенного выпуклостью вниз (рис.19).

Высота капиллярного поднятия определяется по формулам и опытным путем – в лабораторных условиях. Она прямо пропорциональна поверхностному натяжению и углу смачивания и обратно пропорциональна радиусу трубки (поры), плотности жидкости и ускорению силы тяжести:

где, σ – поверхностное натяжение, дин/см

α – угол между стенкой капилляра и силой «в»

r – радиус трубки (поры), см

ρ – плотность жидкости, г/см³

g – ускорение силы тяжести, см/сек²

При расчетах Н_к для воды при t⁰=0⁰С, σ = 75,6 дкм/см;

α = 0, ρ =1, g = 980 см/сек².

Рис.18. Схема капиллярного поднятия воды

Рис. 19. Разновидности капиллярной воды: I – капиллярно – подвешенная вода; II – капиллярно-поднятая вода.

Силы поверхностного натяжения «вв» направлены при этом по касательной к шаровой поверхности мениска (рис.19). Вертикальные составляющие СС силы поверхностного натяжения, суммируются в силу Р, под действием которой вода в капилляре поднимается на высоту Н_к (мера капиллярности горных пород) (рис. 19). Высота капиллярного поднятия зависит от размера пор капилляров; гранулометрического состава пород зоны аэрации; формы частиц, плотности и однородности их сложения; удельного веса; температуры; минерализации и ионно-солевого состава воды.

С увеличением температуры уменьшается поверхностное натяжение и, соответственно, высота капиллярного поднятия. С увеличением минерализации возрастает поверхностное натяжение и, следовательно, Н_к. Хлоридная натриевая вода поднимается выше, чем сульфатная натриевая при прочих равных условиях.

В связи с многочисленными факторами, влияющими на Н_к, верхняя поверхность капиллярной каймы в зоне аэрации является неровной.

По соотношению величины Н_к и мощности перекрывающих глинистых пород можно разделить капиллярную воду на капиллярно-подвешенную и капиллярно-поднятую (рис.19).

Для определения Н_к в песчано-глинистых породах существует формула Козени:

где, n – коэффициент пористости

d_е – эффективный диаметр

При определении Н_к нефти в сухих песках пользуются формулой Е. Дифрови:

где, Ө - угол контакта нефти с песком (обычно Ө = 0)

d – средний диаметр песчинок, мм

n – пористость песка, %

В лабораторных условиях Н_к определяется с помощью стеклянной трубки и капилляриметров (Г.Н. Каменского).

Таблица 4

Значения предельной высоты капиллярных поднятий

для некоторых горных пород

Породы	Значения Нк, см
Песок крупнозернистый среднезернистый мелкозернистый Супесь Суглинок Глина мягкая Глина	2,0-3,5 3,5-35,0 35,0-120,0 120,0-350 350-650 650-1200 1200 и более

Дата добавления: 2014-01-07