毛管壓力的概念和性質(zhì)

一.毛管的概念

由于底層中流體流動的空間是一些彎彎曲曲樟遣、大小不等阳距、彼此曲折相通的復(fù)雜小孔道腐巢,這些孔道可看成是變斷面、且表面粗糙的毛細(xì)管腻脏。而儲層巖石則可以看為一個(gè)多維的相互連通的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)鸦泳,以下毛細(xì)管束模型是將毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)簡化成由大小相同的毛細(xì)管構(gòu)成的模型,用平均半徑代表它變化的孔隙尺寸永品,由于真實(shí)的流體流過的距離與簡化模型的直線距離油差異做鹰,這里引入一個(gè)迂曲系數(shù)進(jìn)行校正。由于流體1滲流的基本空間是毛管鼎姐,因此研究油氣水在毛管中出現(xiàn)的特性就顯得十分重要了钾麸。

迂曲系數(shù)計(jì)算公式
毛細(xì)管束簡化模型

二.毛管中的液體上升

如下圖所示,我們可以看到同樣材質(zhì)的紙條將其插入紅色液體中炕桨,由于毛細(xì)管力的存在使其克服重力向上吸附饭尝,同時(shí)由于不同紙條的寬度d的大小也導(dǎo)致液面上升高度有所差別,下面我們就來定量分析一下献宫。

生活中的毛細(xì)現(xiàn)象

2.1氣液體系的毛細(xì)管力

毛管壓力:毛管中彎液面兩側(cè)非潤濕相與濕相的壓力差钥平,潤濕張力界面張力σ共同作用對其彎液面內(nèi)部產(chǎn)生的附加壓力。

水傾向于潤濕管壁內(nèi)部表面姊途,在下圖的B'處存在三個(gè)界面表面張力σ12(空氣與水)涉瘾、σ23(空氣與管壁)奈惑、σ13(管壁與水)

B'處三相周界受力:σ23-σ13(附著張力/潤濕張力)=σ12cosθ(指向凹液面內(nèi)側(cè))

水柱受到向上及向下的力:(σ23-σ13)*2πr=πr2pgh-----------h=2σ12cosθrpg

示意圖

三.毛管壓力的性質(zhì)

3.1基本性質(zhì)

1.毛管力為毛管中彎液面兩側(cè)非濕相與濕相的壓力差,是潤濕張力與界面張力σ共同作用對其彎液面內(nèi)部產(chǎn)生的附加壓力睡汹。

2.毛管壓力方向指向彎液面凹側(cè)肴甸;大小為液柱產(chǎn)生的壓力,且Pa與cosθ囚巴、σ成正比原在,與r成反比。

3.毛管力存在于任何方向放置的毛細(xì)管中彤叉。

4.當(dāng)巖石親水庶柿、水在毛管力的作用下會自動進(jìn)入巖心,這個(gè)過程稱作吸吮過程或自吸過程秽浇;當(dāng)巖石親油浮庐,必須施加外力克服毛管力,巖心才能吸水柬焕,該過程稱為驅(qū)替過程审残。

3.2親油親水性

1.Pc與毛管半徑r成反比,r越小斑举,Pc越大搅轿;

2.Pc與兩相流體的界面自由能σ成正比,σ越大Pc越大富玷;

3.Pc與cosθ成正比璧坟,θ<90°時(shí),毛管孔道親水赎懦,毛管力Pc為正雀鹃,水面自發(fā)上升;θ>90°時(shí)励两,毛管孔道親油毛管力Pc為負(fù)黎茎,水面自發(fā)下降;

4.傾斜毛管的毛管力的特征(如圖)

水平毛細(xì)管驅(qū)油示意圖
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