Капілярні ефекти - студопедія

Капілярні ефекти (капілярний тиск і капілярна просочення) - поверхневі явища в пористих середовищах, що виникають внаслідок наявності переважної смачиваемости поверхні порових каналів.

Якщо капіляр привести в контакт зі смачивающей його поверхню рідиною, то прагнучи скоротити надлишкову поверхневу енергію, рідина почне мимовільно рухатися по капіляри. У вертикальному капілярі рідина буде підніматися до тих пір, поки поверхневі сили не будуть врівноважені вагою стовпа рідини. Висоту стовпа рідини можна охарактеризувати гідростатичним тиском, відповідно врівноважують його в капілярі поверхневі сили можна уявити як капілярний тиск. Капілярний тиск рк пов'язано з радіусом капіляра наступним співвідношенням:

рк = 2 * # 972; * Соs # тисяча двісті п'ятьдесят шість; / Г (3.14)

Капілярний тиск виражає різницю тиску в смачивающей і несмачіваемих фазах. Воно спрямоване в бік Iнамачівающейся фази. Залежно від характеру смачиваемости породи капілярний тиск може сприяти витісненню Нафти з породи або ж перешкоджати йому.

Мал. 3.8. Характер витіснення нафти водою в гідрофобному (а) і гідрофільній (б) пластах.

Під дією капілярного тиску змочувальна фаза може мимоволі вбиратися в пористе середовище, витісняючи з неї несмачіваемих фазу.

Так як змочувальна рідина має меншу вільної поверхневою енергією, а дрібні пори - більшою питомою поверхнею, то змочувальна і незмочувальна фази мимовільно перерозподіляються в пористої середовищі таким чином, щоб змочувальна фаза займала дрібні пори, а не змочує - великі. При такому розподілі фаз досягається мінімум вільної поверхневої енергії. Явище, при якому змочувальна рідина впроваджується в пористе середовище виключно під дією капілярних сил, називається капілярним просоченням.

На рис. 3.8 показаний характер витіснення нафти водою з гідрофобного і гідрофільного пластів. У гидрофобной породі вода як незмочувальна фаза рухається по найбільш широким порам, а нафта - змочувальна фаза, покриває поверхню зерен і залишається в звуженнях порових каналів. Капілярний тиск, спрямований в бік несмачіваемих фази (води), перешкоджає проникненню води в дрібні пори, зайняті нафтою. У гидрофильной породі вода під дією капілярного тиску витісняє нафту з звужень в великі пори. У них нафту після витіснення залишається у вигляді окремих крапель, оточених водною фазою. Загальна кількість залишкової нафти в гідрофільних колекторах значно менше в порівнянні з гідрофобними. Особливо важливу роль капілярна просочення грає в породах з сильно неоднорідними колекторськими властивостями і пористо - трещінноватих колекторах.