油層物理

延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院郝海彥三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流特性及應(yīng)用

1儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定第一節(jié)儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定

——界面吸附現(xiàn)象油層物理

三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流特性及應(yīng)用

減少自由能的趨勢(shì)表現(xiàn)減少表面積(如水銀在桌面上成球形)通過(guò)吸附與其相鄰的物質(zhì)分子，以減少其本身的表面自由能通過(guò)潤(rùn)濕作用來(lái)降低體系的自由能發(fā)生于物質(zhì)表面或兩相界面的吸附現(xiàn)象，隨著界面面積的增加，吸附作用將隨之加大。對(duì)于高度分散、比面很大的儲(chǔ)層巖石而言，儲(chǔ)層中所發(fā)生的吸附現(xiàn)象不應(yīng)忽視。一、吸附第一節(jié)儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定

——界面吸附現(xiàn)象油層物理

1.吸附過(guò)程

吸附過(guò)程既可能發(fā)生在靜態(tài)條件下，也可能發(fā)生在動(dòng)態(tài)條件下。通常根據(jù)吸附分子與固體表面原子結(jié)合力的性質(zhì)，吸附作用可劃分為：物理吸附和化學(xué)吸附兩類(lèi)。

※物理吸附：吸附質(zhì)分子保存其個(gè)性，并在吸附劑的表面保持范德華力。吸附質(zhì)分子落到吸附劑表面，并在其上保持一定時(shí)間的力場(chǎng)，然后解吸。開(kāi)始吸附速度大大超過(guò)解吸速度，但這個(gè)差別逐漸減小，直至兩個(gè)速度均衡，即進(jìn)入吸附平衡，結(jié)果吸附質(zhì)分子在吸附劑表面形成吸附層(界面層)?！瘜W(xué)吸附：吸附質(zhì)分子與吸附劑形成表面化學(xué)化合物，并且是通過(guò)共價(jià)力實(shí)現(xiàn)鍵合的。

在實(shí)際情況下，則多發(fā)生混合吸附。三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流特性及應(yīng)用

一、吸附第一節(jié)儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定

——界面吸附現(xiàn)象油層物理

1.吸附過(guò)程

符號(hào)“-O”：直線(xiàn)端代表非極性的碳?xì)滏湥癘”代表極性基團(tuán)。由于水分子是極性的，所以，肥皂分子的極性端則朝向水，從而使水表面層的分子極性差減少，水表面層的自由表面能也隨之降低，表面張力減小?？梢钥闯?，這一過(guò)程與自由表面能趨于最小的結(jié)論是一致的。圖3-5“鈉”肥皂的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

圖3-6表面活性物質(zhì)濃集在兩相界面層上的示意圖三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流特性及應(yīng)用

例：無(wú)離子純水中加入少量活性劑(如肥皂)。

現(xiàn)象：活性劑水的表面張力比純水時(shí)降低了。一、吸附第一節(jié)儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定

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2.定義溶解在具有兩相界面系統(tǒng)中的物質(zhì)，自發(fā)地集聚到兩相界面層上，并減低該界面層的界面張力，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“吸附”。二、表面活性物質(zhì)定義：被吸附在兩相界面層上、并能大大減低表面張力的這種物質(zhì)，叫做表面活性物質(zhì)或表面活性劑。三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流特性及應(yīng)用

三、比吸附第一節(jié)儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定

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定義：界面層單位面積上比相內(nèi)多余的吸附量叫比吸附，記為大寫(xiě)字母G。吉布斯吸附等溫式：式中：G—表吉布斯吸附量，為單位面積表面層中溶質(zhì)的摩爾數(shù)與溶液內(nèi)任一相當(dāng)薄層中溶質(zhì)的摩爾數(shù)之差值(或過(guò)剩值，或多余量)；C—溶質(zhì)在溶液內(nèi)部的平衡濃度；?σ/?C—恒溫時(shí)，表面張力隨溶液濃度的變化率，代表溶質(zhì)表面活性的大小，也稱(chēng)表面活度；T和R分別為絕對(duì)溫度和通用氣體常數(shù)。T和R—絕對(duì)溫度和通用氣體常數(shù)。三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流特性及應(yīng)用

三、比吸附第一節(jié)儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定

——界面吸附現(xiàn)象油層物理

討論：

若?σ/?C>0時(shí)，則比吸附G>0，稱(chēng)為正吸附，它表示表面張力隨溶質(zhì)濃度的增加而降低,此溶質(zhì)為活性物質(zhì)。

若?σ/?C>0時(shí)，則比吸附G<0，稱(chēng)為負(fù)吸附，它表明表面張力隨溶質(zhì)濃度的增加而增大。（多數(shù)的無(wú)機(jī)鹽如氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣等，當(dāng)其溶于水中之后，由于增加了水相分子的內(nèi)聚力，從而增加了油—水、氣—水界面張力。使表面張力增高的這類(lèi)物質(zhì)稱(chēng)為表面非活性物質(zhì)。）

若?σ/?C=0時(shí),則比吸附G=0，沒(méi)有吸附發(fā)生。三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流特性及應(yīng)用

四、比吸附和表面張力與表面活性物質(zhì)濃度的關(guān)系第一節(jié)儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定

——界面吸附現(xiàn)象油層物理

結(jié)論：當(dāng)表面活性物質(zhì)的濃度較小時(shí)，隨濃度的增加，表面張力的減小和比吸附的增大都較快。但是，當(dāng)濃度增加到一定程度以后，比吸附卻不再增加，而趨于比吸附最大值G。這是因?yàn)槲皆趦上嘟缑鎸由系谋砻婊钚詣┪镔|(zhì)隨濃度的增加，則愈趨飽和所致。圖3-7比吸附和表面張力等溫線(xiàn)三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流特性及應(yīng)用

第一節(jié)儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定——界面吸附現(xiàn)象油層物理

結(jié)論：

在水中的活性劑分子彼此聚集在一起，憎水的非極性端向內(nèi)互相靠攏，親水基向外形成所謂膠束。由于非極性的憎水端完全被極性端包圍在內(nèi)部，與水脫離接觸，因此也能穩(wěn)定地溶于水中，而對(duì)水的表面張力幾乎無(wú)多大的影響。三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流特性及應(yīng)用

圖3-8兩相界面層吸附物質(zhì)濃度的變化四、比吸附和表面張力與表面活性物質(zhì)濃度的關(guān)系第一節(jié)儲(chǔ)層流體界面張力的測(cè)定——界面吸附現(xiàn)象油層物理

總結(jié)：

凡是吸附作用的產(chǎn)生都將滿(mǎn)足一個(gè)原則，極性A大于極性C大于極性B，其中C為吸附在A(yíng)、B兩相界面層的物質(zhì)，這就是“極性均衡原則”。三儲(chǔ)層巖石中多相流體的滲流