第三章第三章 储层中多相流体的渗流特性储层中多相流体的渗流特性一一 储层岩石中的界面现象储层岩石中的界面现象二二 储层岩石的润湿性储层岩石的润湿性三三 储层岩石中的毛管压力储层岩石中的毛管压力四四 储层岩石中的各种阻力效应储层岩石中的各种阻力效应五五 储层岩石中的相对渗透率储层岩石中的相对渗透率 第一节第一节 储层岩石的界面现象储层岩石的界面现象•教学目的：•掌握两相界面的自由表面能和表面张力，吸附现象和表面张力的关系•教学重点和难点：•自由表面能和表面张力，吸附现象和表面张力的关系•教法说明：课堂讲授•教学内容： 一一 界面自由能和界面张力界面自由能和界面张力1 1、两相界面的界面自由能、两相界面的界面自由能（（1 1）定义：）定义： 内聚力：同向分子间的力叫内聚力内聚力：同向分子间的力叫内聚力 附着力：异向分子间的力叫附着力附着力：异向分子间的力叫附着力2 2）净吸力与内聚力、附着力的关系：）净吸力与内聚力、附着力的关系： 净吸力净吸力= =内聚力内聚力——附着力附着力（（3 3）界面自由能）界面自由能 •因此，分子因此，分子B B要移动到分子要移动到分子A A的位置必须克服这个的位置必须克服这个合力而做功。
合力而做功•这种表面分子比液体内部分子多余的能量称为界这种表面分子比液体内部分子多余的能量称为界面自由能面自由能分子分子B所受合力为所受合力为零，可以自零，可以自由运动由运动分子分子A A所受合力不所受合力不为零，合力为零，合力指向液体内指向液体内部部 Aα相β相SB热热力力学学性性质质α相相β相相ASB两相物质的表面分子层性质示意图两相物质的表面分子层性质示意图a-假想几何界面假想几何界面b-界面热力学性质界面热力学性质（4）自由界面能具有如下性质：•只有存在两相不互溶的两相时自由表面能才存在只有存在两相不互溶的两相时自由表面能才存在•界面越大，自由表面能越大界面越大，自由表面能越大•表面或界面是具有一定厚度的界面层表面或界面是具有一定厚度的界面层•两相界面层自由表面能的大小与两相分子的性质有关两相界面层自由表面能的大小与两相分子的性质有关•还和物质的相态、密度、分子量有关还和物质的相态、密度、分子量有关α相相β相相 2、比表面能和界面张力（（1 1）定义：）定义： 比表面能：比表面能：单位面积具有的自由表面能，单位面积具有的自由表面能，也叫表面张力也叫表面张力 （（2 2））皂膜拉伸试验皂膜拉伸试验 xLdxFбб做功的能量转化为新生界面的表面能做功的能量转化为新生界面的表面能 •表面能和表面张力是两个不同的概念。
nб亦表示形成单位面积亦表示形成单位面积所消耗的功，即比表面所消耗的功，即比表面能б—每单位长度上每单位长度上的作用力，即表面的作用力，即表面张力张力 •（3）界面张力示意图 油油界面张力界面张力的方向：的方向：平面上或平面上或曲线的切曲线的切线上线上界面张力界面张力的作用点的作用点两相表面两相表面张力的大张力的大小为各自小为各自的比表面的比表面能能 3、影响界面张力的因素•（1）物质的影响因素•两相间分子的极性差越大，表面能就越大两相间分子的极性差越大，表面能就越大物质与空气接触时的表面张力（20°C）mN/m与水接触时的界面张力（20°C）mN/m水银484.0375水72.8苯28.633.4变压器油39.145.1杜依玛兹石油27.230.3某些物质与空气、水的界面张力某些物质与空气、水的界面张力 •(2)、温度和压力的影响•对于任何液气两相来说，都会有随着温度和压力增加，表面张力减小的现象•4、油藏流体间的界面张力•（（1）油）油—气界面张力气界面张力 ①①压力的影响：压力的影响： p↑,Rp↑,Rs s↑↑, ,ρρo o↓,↓,内聚力内聚力↓↓ρρg g↑,↑,附着力附着力↑↑，静吸力，静吸力↓↓，，所以：所以：σσ↓↓ ②②温度的影响：温度的影响： T↑T↑ρρo o↓↓＞＞ρρg g↓↓, ,内聚力内聚力↓↓＞＞附着力附着力↓↓ 所以：静吸力所以：静吸力↓↓，，σσ↓↓原油与原油与4 4种气体表面张力和溶解度的关系种气体表面张力和溶解度的关系汽油与汽油与co2气气与与co2气气与天然气与天然气与空气与空气 •（2）油—水界面张力•a.a.油水系统油水系统•温度和压力的改变对油水间的界面张力基温度和压力的改变对油水间的界面张力基本上无影响。
本上无影响脱气原油脱气原油饱和氮的原油饱和氮的原油 •b.油气水系统•P P＜＜PbPb时：时：P↑→RsP↑→Rs↑→↑→σσ↑↑ T T ↑→ ↑→ RsRs ↓↓→→σσ↓↓ •P P＞＞PbPb时：时：P P↑↑→ → ρρo ↑o ↑→ → σσ↓↓（（不明显不明显）） T T↑→ ↑→ RsRs ↓↓→→σσ↓↓ 二二 界面吸附现象界面吸附现象•1 1、、吸附的概念吸附的概念•溶解于两相系统中的物质，自发地聚集溶解于两相系统中的物质，自发地聚集到两相界面层并急剧降低该界面层的表到两相界面层并急剧降低该界面层的表面张力的现象面张力的现象•2 、表面活性剂•（（1）定义：被吸附在两相界面上、且）定义：被吸附在两相界面上、且能大大降低界面张力的的物质叫做表面能大大降低界面张力的的物质叫做表面活性物或称表面活性剂活性物或称表面活性剂 •（（2）表面活性剂的化学结构）表面活性剂的化学结构 表面活性剂分子是一种两亲分子，含有一个表面活性剂分子是一种两亲分子，含有一个极性端和一个非极性端。
极性端和一个非极性端 从结构上看，它们的一端是由碳、氢所做成从结构上看，它们的一端是由碳、氢所做成的基团，具有对称的非极性结构，称为碳氢链，的基团，具有对称的非极性结构，称为碳氢链，另一端具有非对称的极性基团另一端具有非对称的极性基团 •3、比吸附、比吸附•（（1）定义：）定义：单位面积界面层中溶质的物质的量单位面积界面层中溶质的物质的量•（（2）计算公式）计算公式• G—吸附量，亦称比吸附吸附量，亦称比吸附• ρρ——溶质的质量浓度溶质的质量浓度• бб——界面张力界面张力• T T，，R R——绝对温度和通用气体常数绝对温度和通用气体常数 •（（3）比吸附与表面活性剂浓度的关系）比吸附与表面活性剂浓度的关系• 当表面活性物质浓度较小时，随浓度的增加，当表面活性物质浓度较小时，随浓度的增加，表面张力的减小和比吸附的增大都较快，当浓度表面张力的减小和比吸附的增大都较快，当浓度增加到一定程度后，比吸附不再增加，趋于最大增加到一定程度后，比吸附不再增加，趋于最大值值 。