Избирательное смачивание.

В нефтяном пласте всегда приходится иметь дело как минимум с тремя фазами (напомним, что фазами в физике нефтяного пласта называют любые несмешивающиеся среды: твердый скелет, воду, нефть или газ). Если смачивание твердой поверхности происходит одной фазой в присутствии другой, такое явление называется избирательным смачиванием (рис.2.4.6).

Краевым углом избирательного смачивания называют угол, образованный твердой поверхностью и касательной к поверхности одной жидкости в присутствии другой в точке ее периметра, который отсчитывается в сторону более полярной жидкости.

Рис. 2.4.6. Избирательное смачивание в системе «нефть – вода – твердая поверхность.

Обозначим для более общего случая

, ,

что соответствует рисунку 2.4.7.

Рис. 2.4.7. Схема избирательного смачивания.

Принимая во внимание «силовое» определение коэффициента поверхностного натяжения, рассмотрим их соотношение на рис. 2.4.4. В условиях термодинамического равновесия векторов имеем:

(2.4.1)

 

Если исключить силу тяжести, то угол q зависит только от молекулярных свойств поверхности твердого тела и соприкасающихся фаз. Поэтому

(2.4.2)

Уравнение (4.2) называется уравнением Юнга. Выражение называют натяжением смачивания.

В случае, если θ < 90º, то cosθ > 0 и из (2.4.2) имеем:

, т.е.

Это означает, что поверхность в этом случае лучше смачивается водой (жидкостью 1) и является гидрофильной (рис.2.4.8).

Если θ > 90º, cosθ < 0 и , поверхность лучше смачивается нефтью (жидкостью 2) и является гидрофобной (рис.2.4.8).

Рис. 4.7. Избирательное смачивание гидрофильной поверхности.

Рис. 2.4.8. Избирательное смачивание гидрофобной поверхности.

Краевой угол смачивания зависит также от шероховатости поверхности, механического строения молекул, адсорбции молекул газа и других веществ, загрязнения поверхности, электрического заряда, изменение химического строения поверхности

Особенно большое значение имеет адсорбция полярных молекул на поверхности горных пород. Так, кварц, известняк и другие минералы, которыми в основном представлены нефтесодержащие породы, по своей природе гидрофильны. Однако, реальные нефтесодержащие породы в значительной степени гидрофобизованынефтью и часто очень слабо смачиваются водой.