Параметр смачивания и краевой угол смачивания

 

 

s_1,2 1 В

2

q q Н

s_2,3 3 s_1,3 Тв. ф.

 

Из-за равенства векторов, т.к. капля неподвижна, получаются следующие соотношения:

s_2,3=s_1,3+s_1,2×соsq

соsq=(s_2,3 - s_1,3)/s_1,2

Такие соотношения называются законом (правилом) Юнга.

Величины s_1,3 и s_2,3 практически неизвестны, поэтому об их соотношениях судят косвенно по углу q.

q не зависит от размеров капли до определённых её размеров и определяется методом «висячей капли». Этот угол зависит также от природы контактирующих областей и полярности веществ.

 

Работа адгезии.

W_а=s_2,3+s_1,2 - s_1,3

или, записанная через угол q:

W_а=s_1,2×(1+соsq)

Это соотношение называется соотношением Дюпре-Юнга.

Þ s_2,3 - s_1,3=s_1,2×соsq,

где s_1,2×соsq называется натяжением смачиваемости, или смачиваемостью.

 

Теплота смачиваемости.

 

То количество тепла, которое выделятся при нанесении нами капли на поверхность.

6.3-24 кДж/кг – средняя теплота смачиваемости для месторождения Сибири.

 

 

З П З П

 

 

Все внутрипоровые поверхности (каверн, трещин и т.п.) обладают важным свойством – микрошероховатостью.

Для оценки смачиваемости используют классический подход, связанный с нахождением угла q, но он довольно условен. Характеристика имеет классификационный характер, и выглядит классификация следующим образом:

q=0° - поверхность полностью гидрофильна;

q=180° - поверхность полностью гидрофобна.

 

Наша поверхность в основном относится к смешанному (неравномерно смачиваемому) типу, т.к. нефть состоит из смоло-асфальтеновых компонентов, которые, адсорбируясь гидрофильными (по большей части своей) минералами, гидрофобизуют пласт, а плёнка адсорбированных тяжёлых углеводородов располагается неравномерно.

полевой

SiО₂ шпат плагиоклаз

 

В газовых месторождениях присутствует до 28-30% адсорбированных углеводородов.

 

Поверхность, покрытая битуминозной массой, гидрофобная. Поэтому наряду с гидрофильной поверхностью у нас присутствуют отдельные участки гидрофобности, что даёт сложную мозаичную смачиваемость пласта.

Поэтому такие мозаичные поверхности делятся в зависимости от угла q на следующие типы:

если 0°<q<90° - преимущественно гидрофильная поверхность;

если 90°<q<180° - преимущественно гидрофобная поверхность.

К преимущественно гидрофобным поверхностям относятся поверхности таких минералов как: битумы, ископаемые угли, гидрофобные глины (нефтематеринские породы, например баженовские глины).

К преимущественно гидрофильным – остальные глины, кварц, полевые шпаты, кальцит.

Поверхности таких минералов как доломит, ангидрит, а также известняк относятся либо к преимущественно гидрофильным, либо имеют избирательную смачиваемость.

Избирательная смачиваемость наиболее вероятна, если пластовые воды были повышенной минерализации, с повышенным содержанием ионов Са и Мg.

В карбонатных коллекторах условия для возникновения гидрофобных поверхностей более благоприятны, чем в терригенных.

Минералогический состав и углы смачивания на границе пластинки и капли не информативны.

Академиком Ребиндером был введён новый способ оценки смачиваемости: образец, предварительно насыщенный пластовой нефтью, изучают на какое-то физическое свойство, затем этот образец экстрагируют (удаляют все органические компоненты, в том числе смоло-асфальтеновый состав), снова проверяют на то же свойство и по разнице оценивают, какая часть была занята смоло-асфальтенами. Он предложил следующий параметр:

 

b=Q_см.в/Q_см.н - коэффициент Ребиндера,

 

где Q_см.в – теплота смачивания в водоносной среде;

Q_см.н – теплота смачивания в нефтеносной среде.

 

Ребиндер обнаружил, что если на горизонтальную поверхность воздействовать ПАВ, то деформационные свойства изменятся (поверхность станет мягче, так что её легче будет бурить).

По коэффициенту Ребиндера определяют характер смачивания:

если b>1, то пласт гидрофильный;

если b<1, то пласт гидрофобный.

 

Конечно, этот способ не нашёл определённого применения, поскольку дифференциация по теплоте смачивания невелика.

 

Был предложен способ изучения параметра Ребиндера с помощью ядерно-магнитного резонанса. Если мы воздействуем магнитным полем, а затем поле снимаем, молекулы начинают прецессировать и b определяется по спиновому времени (времени релаксации). Этот способ получил название – метода спиново- решёточной релаксации.

b=t_в/t_н

Выравнивание собственных моментов по направлению естественного магнитного поля и искусственного, которое мы создаём.

Н

 

Н¢

 

Лекция №17_1