Поверхностное (межфазное) натяжение.

Поверхностное натяжение σ – избыток свободной энергии сосредоточенной на 1 см² площади поверхностного слоя на границе раздела двух фаз. По поверхностному натяжению пластовых жидкостей на различных поверхностях раздела можно судить о свойствах соприкасающихся фаз, закономерностях взаимодействия жидких и твердых тел, процессах адсорбции, о качественном и количественном составе полярных компонентов в жидкости, интенсивности проявления капиллярных сил и тд.

Поверхностное натяжение связано с такими понятиями как свободная энергия поверхностного слоя жидкости и сила поверхностного натяжения.

Свободная энергия поверхности: Е= σ·s, где σ- поверхностное натяжение; s- суммарная поверхность двух фаз.

Сила поверхностного натяжения - сила, действующая на единицу длины периметра взаимодействия двух фаз (линию смачивания): F= σ·L, где L - линия смачиваемости.

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от давления, температуры, газового фактора, свойств флюидов. Если поверхностное натяжение между двумя жидкостями, газом и жидкостью можно измерить, то на поверхности раздела порода-жидкость и порода-газ измерить трудно.

Капиллярное давление 

Капиллярное давление – это поверхностное явление в пористых средах, возникающее из-за наличия преимущественной смачиваемости поровых каналов, оно выражает разность давления в смачиваемой и несмачиваемой фазах. Из-за характера смачиваемости капиллярное давление может вытеснить нефть из породы или мешать вытеснению. В породе смачивающая фаза занимает мелкие поры, несмач.- крупные. В гидрофобной породе капилляр. давление направлено в сторону воды и препятствует проникновению воды в мелкие поры, занятые нефтью. В гидрофильной породе вода под действием капилл. давления вытесняет нефть из сужений в крупные поры. В них нефть после вытеснения остается в виде отдельных капель, окруженных водной фазой. Общее количество остаточной нефти в гидрофильных колл-ах значительно меньше чем в гидрофобных.

Основная часть нефти добывается из капиллярных и субкапиллярных пор. Капиллярные размером от 0,5 –0,0002 мм, субкапиллярные размером менее 0,0002 мм величина капиллярного давления определяется

Рк=2cos*r.

-поверхностное натяжение, угол смачивания, r-радиус капилляра.

При 90⁰ Рк0, при 0⁰ Ркбесконечности, при 180⁰ Ркбесконечности. Pк; rPк

θ>180˚, то Р_к – направлено по движению жидкости, т.е. капиллярные силы помогают процессу вытеснения; θ<180˚, то препятствуют вытеснению жидкости.

Гидрофильный капилляр θ<180˚        Гидрофобный капилляр θ>180˚

Газ выделяется из нефти в виде пузырьков. При прохождении пузырьков газа через суженные участки капилляров пузырьки деформируются, т.е. возникают дополнительные сопротивления. Вследствие неравенства радиусов кривизны менисков пузырек должен преодолеть △Р_к=Р₁-Р₂ (эффект Жамена).