Капиллярные эффекты — поверхностные явления в пористых средах, возникающие вследствие наличия преимущественной смачиваемости поверхности поровых каналов
Капиллярные эффекты — поверхностные явления в пористых средах, возникающие вследствие наличия преимущественной смачиваемости поверхности поровых каналов
Капиллярные эффекты (капиллярное давление и капиллярная пропитка) — поверхностные явления в пористых средах, возникающие вследствие наличия преимущественной смачиваемости поверхности поровых каналов.Если капилляр привести в контакт со смачивающей его поверхность жидкостью, то стремясь сократить избыточную поверхностную энергию, жидкость начнет самопроизвольно двигаться по капилляру.
В вертикальном капилляре жидкость будет подниматься до тех пор, пока поверхностные силы не будут уравновешены весом столба жидкости.
Высоту столба жидкости можно охарактеризовать гидростатическим давлением, соответственно уравновешивающие его в капилляре поверхностные силы можно представить как капиллярное давление.
Капиллярное давление рк связано с радиусом капилляра следующим соотношением:
рк = 2 * ό * соsӨ / г (3.14)
Капиллярное давление выражает разность давления в смачивающей и несмачивающей фазах.
Оно направлено в сторону Iнамачивающейся фазы.
В зависимости от характера смачиваемости породы капиллярное давление может способствовать вытеснению нефти из породы или же препятствовать ему.
Под действием капиллярного давления смачивающая фаза может самопроизвольно впитываться в пористую среду, вытесняя из нее несмачивающую фазу.
Так как смачивающая жидкость обладает меньшей свободной поверхностной энергией, а мелкие поры — большей удельной поверхностью, то смачивающая и несмачивающая фазы самопроизвольно перераспределяются в пористой среде таким образом, чтобы смачивающая фаза занимала мелкие поры, а не смачивающая — крупные. При таком распределении фаз достигается минимум свободной поверхностной энергии.
Явление, при котором смачивающая жидкость внедряется в пористую среду исключительно под действием капиллярных сил, называется капиллярной пропиткой.
Характер вытеснения нефти водой в гидрофобном (а) и гидрофильном (б) пластах
На рисунке показан характер вытеснения нефти водой из гидрофобного и гидрофильного пластов.
В гидрофобной породе вода как несмачивающая фаза движется по наиболее широким порам, а нефть — смачивающая фаза, покрывает поверхность зерен и остается в сужениях поровых каналов.
Капиллярное давление, направленное в сторону несмачивающей фазы (воды), препятствует проникновению воды в мелкие поры, занятые нефтью.
В гидрофильной породе вода под действием капиллярного давления вытесняет нефть из сужений в крупные поры.
В них нефть после вытеснения остается в виде отдельных капель, окруженных водной фазой.
Общее количество остаточной нефти в гидрофильных коллекторах значительно меньше по сравнению с гидрофобными.
Особенно важную роль капиллярная пропитка играет в породах с сильно неоднородными коллекторскими свойствами и пористо-трещинноватых коллекторах.