Кинетический гистерезис смачивания

В предыдущем параграфе явления смачивания рассматри­вались при равновесном состоянии системы. В пластовых же условиях чаще всего наблюдаются неустановившиеся процессы, происходящие на поверхностях раздела фаз. Внешне при та­ком процессе изменяется угол смачивания в зависимости от скорости и направления движения менисков в капиллярных каналах.

Кинетическим гистерезисом смачивания при­нято называть изменение угла смачивания при передвижении по твердой поверхности трехфазного периметра смачивания.

При изучении кинетического гистерезиса смачивания уста­новлены следующие общие закономерности.

Гистерезис зависит от направления движения периметра смачивания, т, е. от того, происходит ли вытеснение с твердой поверхности воды нефтью или нефти водой (рис. VI.5). Угол, образующийся при вытеснении нефти водой (q_2,1). принято на­зывать наступающим, а угол образующийся при вытеснении воды нефтью (q_1,2),— отступающим. При этом отсту­пающий q_1,2, наступающий q_2,1 и статический q углы всегда на­ходятся в соотношении q_2,1>q>q_1,2.

Рис. VI.5 Схема изменения углов смачивания при изменении направ­ления движения мениска в капилляр­ном канале

Гистерезис смачивания зависит от скорости перемещения трехфазной границы раздела фаз по твердой поверхности, а также от адсорбции на ней веществ и от шероховатости твер­дого тела.

С увеличением скорости вытеснения нефти водой из капил­лярных каналов пористой среды вследствие гистерезисных яв­лений наступающий угол смачивания возрастает и может стать больше 90°, если даже, в статических условиях поверхность ка­пилляра гидрофильна.

Причины гистерезиса еще недостаточно изучены. Одни ис­следователи считают, что он обусловлен силами трения, вызы­ваемыми неровностью поверхности, так как на полированных поверхностях гистерезис проявляется слабо. Другие наиболее вероятной считают молекулярную природу гистерезиса, завися­щего от прочности сцепления с твердой поверхностью молекул соприкасающихся фаз. При вытеснении из пор нефти воды при­ходится удалять с твердой поверхности адсорбированные моле­кулы полярных компонентов нефти. Поэтому возникает допол­нительное сопротивление растеканию воды по поверхности. В зависимости от порядка смачивания значение этих сил сопротивления неодинаково, чем и обусловлено различие, отступающих и наступающих углов.

Следует учитывать, что если энергия прилипания жид­кости к твердой поверхности больше энергии сцепления мо­лекул жидкости, то вытесняе­мая жидкость оставляет на по­верхности пленку толщиной, соизмеримой с радиусом действия молекулярных сил. Это — одна из причин образования остаточной пленочной нефти в пласте.

В пластовых условиях гистерезис смачивания осложняется влиянием остаточной воды, которая, по-видимому, способствует улучшению смачивания поверхности капиллярных каналов вы­тесняющей водой.

Дата добавления: 2014-11-07