Поверхностные силы и капиллярное давление

СВОЙСТВА ПОРИСТОЙ СРЕДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ НЕСКОЛЬКО ФАЗ

В предыдущих разделах физические свойства пористых сред определены относительно однофазной системы. Такие простое системы редко встречаются в реальных нефтяных пластах, которые обычно содержат две и даже три фазы. При наличии в норовом пространстве только одной фазы имеется только одна категория сил, характеризующих взаимодействие между породой и этой фазой. Если пористая среда содержит более одной фазы, то в ней действуют по меньшей мере три категории сил, проявляющихся в виде капиллярного давления и смачиваемости. Поэтому для более полной классификации свойств нефтяных пластов приведенные выше основные определения следует несколько уточнить и дополнить новыми, например такими, как капиллярное давление, относительная проницаемость и смачиваемость.

При объяснении поведения многофазных систем необходимо учитывать влияние сил, действующих на границе раздела двух несмешивающихся фаз. Когда одной из фаз является жидкость, а другой— газ, их границей раздела по существу является поверхность жидкости. Сила взаимодействия молекул друг с другом пропорциональна произведению их масс и обратнопропорциональна квадрату расстояния между ними. При рассмотрении системы вода — нефть (т. е. жидкостей, которые в основном насыщают пласты) видно, что на их границе раздела всегда существует поверхностное натяжение. Молекула воды, удаленная от поверхности раздела, со всех сторон окружена другими молекулами воды. Поэтому результирующая сила взаимодействия этой молекулы с другими молекулами равна нулю. Молекула, расположенная на поверхности раздела, подвержена действию, с одной стороны, молекул нефти, расположенных выше границы раздела, а с другой стороны — молекул воды, лежащих ниже этой границы. Результирующая сила взаимодействия этой молекулы не равна нулю. Вследствие этого возникают силы поверхностного натяжения и образуется поверхность типа упругой мембраны. Для перемещения молекулы воды из жидкости на поверхность раздела необходимо затратить определенную работу. Эту работу часто называют свободной поверхностной энергией жидкости. Свободная поверхностная энергия, имеющая размерность эрг/см², может быть определена как работа, необходимая для образования единицы площади новой поверхности. С другой стороны, поверхностное натяжение — это сила на единицу длины, необходимая для образования новой поверхности, выражаемая в дин/см и численно равная величине поверхностной энергии в эрг/см².

Дата добавления: 2014-11-08