表面张力

表面张力

由于储油气岩石的孔隙系统具有很大的比表面，因此，当储层流体与具有很大比表面的矿物颗粒表面相接触时，就会产生分子-表面现象。岩石的比表面越大，在表面层上产生分子-表面现象的反应也就越强烈。

通常把形成1cm²表面所做的功，称为自由表面能吵行或表面张力。

斯坦丁^［15］（M.B.Standing）和霍考特（E.W.Hocott）等学者曾在实验室中测定过高温高压下气-水和油-水之间的界面张力^［14］，其测定结果如图5.3所示。由图可见，随着温度升高，气-水和油-水的界面张力都下降；随着压力升高，气-水的表面张力急剧下降，而油-水的界面张力开始上升，在压力大于10MPa后界面张力逐渐平稳。根据实验确定的地层条件下的气-水表面张力一般为30～50dyn/cm，油-水界面张力则在30～35dyn/cm。当温度超过150℉

℉为华氏度单位，它与摄氏度（℃）之间的换算关系为： .

℉为华氏度单位，它与摄氏度（℃）之间的换算关系为： .

图5.3 表面张力或界面张力作为温度与压力的函数

图5.3 表面张力或界面张力作为温度与压力的函数

在大气温度和压力下，甲烷气-地层水的界面张力约为70dyn/cm。随着温度的变化，在压力增高每0.68MPa时，气-水界面张力降低5～10dyn/cm。随着压力的不同，在温度增加时气-水界面张力约降低0.1～1.0dyn/（cm·℉）。已作出温度和压力对甲烷-水系统影响的诺谟图（图5.4），可以据此估算一定地下温度和压力下的甲烷-水的界面张力。当气相中有较多的乙烷、丙烷和其他重组分时，会使界面张力降低，使其低于诺谟图所表示的纯甲烷-水系统的数值。

图5.4 不同温度和压力下甲烷-水界面张力的诺谟图

图5.4 不同温度和压力下甲烷-水界面张力的诺谟图

①1磅＝4.44822N.1平方英寸＝6.451600×10^-4m².

许多学者研究了温度对于油水界面张力的影响，其总的趋势是温度增高，油水界面张力降低。综合一些研究者的成果来看，对于孔隙系统-原油-地层水来说，为了勘探的目的，可以设定油水界面张力当温度每升高1℉时，其值降低约0.1dyn/cm是合理的^［16］。

图5.5 估算储层温度时的油-水界面张力的诺模图 ^［16］

图5.5 估算储层温度时的油-水界面张力的诺模图 ^［16］

假定增加1℉温度时减少0.1dyn/cm。（1）：地面油水界面张力为20.9dyn/cm，地层温度为175℉，油-水启蠢系统平均地下界面张力为10dyn/cm。（2）：地面界面张力为28dyn/cm（70℉时平均值），地层温度为150℉，地下界面张力为20dyn/cm

如果所研究的油-水系统只有在地表温度下测定的界面张力值，那么，根据估算油藏温度下油水界面张力的诺谟图（图5.5），可以悄碰陪查出在地层温度下的油-水界面张力，查图方法见图下的实例说明。必须注意，在温度和压力很高的情况下，界面张力数值不清，诺谟图的线条不能延伸到5dyn/cm以下。可是，在高温高压下油-水界面张力会继续下降，甚至变为零。根据图5.5可知，地层条件下油-水界面张力可以从5dyn/cm变化到35dyn/cm。利文斯通（Livingston）^［17］通过对美国34个不同年代得克萨斯油藏的原油和地层水的测定，认为：对于中等密度原油（30～40°API），70℉时界面张力为21dyn/cm；低密度原油（大于40°API）界面张力约为15dyn/cm；高密度原油（小于30°API）界面张力则为30dyn/cm。随着原油密度和黏度降低，界面张力也随之降低。