Параметр смачивания и краевой угол смачивания
s1,2 1 В
2
q 
q Н
s2,3 3 s1,3 Тв. ф.
Из-за равенства векторов, т.к. капля неподвижна, получаются следующие соотношения:
s2,3=s1,3+s1,2×соsq
соsq=(s2,3 - s1,3)/s1,2
Такие соотношения называются законом (правилом) Юнга.
Величины s1,3 и s2,3 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.
Wа=s2,3+s1,2 - s1,3
или, записанная через угол q:
Wа=s1,2×(1+соsq)
Это соотношение называется соотношением Дюпре-Юнга.
Þ s2,3 - s1,3=s1,2×соsq,
где s1,2×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=Qсм.в/Qсм.н - коэффициент Ребиндера,
где Qсм.в – теплота смачивания в водоносной среде;
Qсм.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=tв/tн
Выравнивание собственных моментов по направлению естественного магнитного поля и искусственного, которое мы создаём.
Н
Н¢
Лекция №17_1