Кинетический гистерезис смачивания.

Гистерезисные явления наблюдаются не только в описанных выше статических условиях пространственного расположения капли жидкости, но и при перемещении периметра смачивания в связи с движением самой капли (рис. 2.4.10).

 

 

Рис.2.4.10. Кинетический гистерезис смачивания на плоскости.

На рис. 2.4.10 приведен пример изменения краевого угла смачивания на наклонной плоскости. При этом капля вначале будет оставаться на месте и лишь при достижении некоторого критического значения угла смачивания начнет стекать по поверхности. Здесь так же, как и в статическом случае, углы и - наступающий и отступающий, соответственно. С увеличением скорости движения капли наступающий угол увеличивается, а отступающий уменьшается. При больших скоростях угол может стать больше 90⁰. Это значит, что даже в случае смачивающей жидкости, она будет свободно двигаться вдоль поверхности. В реальной пористой среде это может привести к нежелательным последствиям. В связи с этим рассмотрим движение трехфазного периметра смачивания в капилляре (рис. 2.4.11).

 

Рис.2.4.11. Кинетический гистерезис смачивания в капилляре.

В зависимости от порядка смачивания (гидрофильности или гидрофобности) внутренней поверхности капилляра первоначальный, находящийся в равновесном состоянии трехфазный периметр смачивания – поверхность раздела фаз двух жидкостей и ограничивающий его контур твердой поверхности - будет вогнута в одну сторону. Однако, если привести такую систему в движение краевой угол смачивания начнет изменяться и, в отличие от статического случая уже не сможет принять первоначальное значение. Изменение краевого угла смачивания при передвижении по поверхности твердого тела трехфазного периметра смачивания называется кинетическим гистерезисом смачивания. Также как и в статическом случае имеют местонаступающий (вода вытесняет нефть) и отступающий (нефть вытесняет воду) углы смачивания. При движении периметра смачивания изменение углов смачивания будет зависеть от направления движения, но условие > > будет выполняться, как и в случае статического гистерезиса (рис. 2.4.11а).

Величина кинетического гистерезиса смачивания зависит также от скорости движения флюидов, степени их адсорбции на твердой поверхности, ее шероховатости и т.д. В случае очень больших скоростей наступающий угол смачивания может стать , что приведет к прорыву воды в капилляре даже в условиях гидрофильной поверхности (рис. 2.4.11б).

Объяснение гистерезисных явлений связывают с молекулярной теорией взаимодействия Гиббса: при вытеснении нефти водой вода удаляет с твердой поверхности адсорбированные молекулы полярных компонентов нефти, что приводит к возникновению дополнительного сопротивления перемещению воды вдоль твердой поверхности. В зависимости от порядка смачивания величина этих сил сопротивления неодинаковы, чем и обусловлено различие в отступающих и наступающих углах смачивания. Если энергия прилипания нефти к твердой поверхности больше энергии сцепления ее молекул в объеме, то на скелете породы останется пленка нефти, окруженная водой, что является одной из причин невозможности полного извлечения нефти из нефтяного пласта.