1
第三章 饱和多相流体的
油藏岩石的渗流特性
第一节 油藏流体的界面张力
一、两相界面的界面能
1.定义,子力场不
平衡而使表面层分子储
存有多余的能量，称为
两相界面的 界面能 (或表
面能 )。
2
2.界面能的性质：
(1)界面能依存于两相界面；
(2)界面能分布于整个界面层；
(3)界面越大，界面能也就越大；
(4)两相界面层界面能的大小和两相分子的极性有关；
(5)两相界面的界面能和物质的相态有关系。
热力学第二定律：任何界面能都有趋于最小的趋势。
两相分子极性差越大，界面的界面能越大，反之越小。
液 -气界面的界面能一般比液 -液界面的界面能要大 (有
的比液 -液界面的界面能小 )，固相的表面能更大。
3
③ 界面张力的方向，若界面为平面则在界面
上，若界面为曲面，则在界面切线上，方向
指向使界面收缩的方向。
① 两相界面张力的 大小 等于其比界面能。
② 界面张力的 作用点 为三相周界的接触点。
322131,，,??? ??
4
3.界面张力的影响因素
界面张力产生的根本原因是界面层中分子的净
吸引力。
(1)不同的物质，界面张力不同；
32.8573.232.528.529.0界面张力(mN/m)
甲苯二硫化碳二氯乙烷三氯甲烷苯物质
30.326.921.817.018.4界面张力(mN/m)
邻二甲苯四氯化碳正辛烷乙醚正己烷物质
表 3.1.1 不同液体在室温条件下 (20℃ )与空气接触时的界面张力
5
(2)与物质的相态有关；
一般气－液界面的界面张力比液－液界面大。
1.768.535.072.9357.2364.0486.5界面张力 (mN/m)
丁醇正辛醇苯空气苯酒精空气第一相
水水水水水银水银水银第一相
表 3.1.2 水、水银与不同物质接触时的界面张力
6
(3)与物质的极性有关 ；
(4)与温度有关；
两相分子的极性越相近，两相分子间的引力越大，
界面张力越小，甚至发生互溶。
一方面：温度升高，增大了液体分子间的距离，使液相分
子间的引力减少；
另一方面：增加了液体的蒸发，加大了蒸气的密度，使气
相与液相间的引力增加。
两者都使界面层内分子所受到的指向相内部的净引力减小。
温度升高，界面张力降低。
7
8
(5)与压力有关；
压力升高：气相分子间距离减小，增大了与液相分子
间的引力；气体在液体中的溶解度增加，液体密度减
小，分子间引力减少。两者都使界面层内分子所受的
指向相内部的净引力减小 。
压力升高，界面张力降低。
(6)与溶解气有关；
随压力升高原油 -CO2的表面张力比原油 -天然气的表
面张力的降低较大，比原油 -空气的表面张力的降低更
大。这是因为 CO2比天然气更易溶解于原油，天然气
比空气易溶于原油的缘故。
气体溶解度增加，界面张力减小。
9
二、油藏流体间的界面张力
油藏中存在, 油 -水、油 -气、水 -气
油、气、水与岩石的界面
流体在岩石孔隙中的分布孔隙中毛
管力的大小流体的渗流
10
1,油气界面
随温度、压力及油中溶解气量的增加，油气界
面张力降低
油气界面的界面张力很小（远小于地面脱气原
油的表面张力）
高温，高压
溶有大量的天然
气
原油中纯烃 (包括饱和烷烃与不饱和烷烃 )与气体
的界面张力随温度的升高而降低，随分子量的增
加而增加，这是因为分子量增加，分子间作用力
增强的缘故。
11
2,油水界面
影响因素,油、水性质及温度、压力和溶解气量
原油
非极性物质,原油中的烷烃、环烷烃和芳
香烃等
极性的表面活性物质,烃类的氧、硫、氮化物
（环烷酸、胶质、沥青质等）水 极性物质
油水界
面张力
原油中烃类分子的大小及活性物质的多少
12
① 无溶解气的纯油水系统的界面张力
卡佳霍夫 (1956年 ),没有影响
因为增加温度和提高压力将同时改变油水
各自的分子间作用力，它们之间的差值仍可能
保持不变，因此界面张力不变。
更多的研究认为,温度对油水界面张力的影
响比较明显,温度升高，油水界面张力降低 ；压
力对油水界面张力也有影响，但影响较小，随 压
力升高一般略有升高，但有时还可能略有降低,
这主要取决于油水的组成及压缩性。
13
14
② 有溶解气的纯油水系统的界面张力
因为天然气在原油中的溶解量远大于在水
中的溶解量, 使油水极性差别增大造成的；当
压力高于泡点压力 时, 增加压力 油水界面张力
减小, 因为天然气已全部溶于液体, 压力上升
使油的压缩, 因此油相分子间作用力增加, 油
水分子间作用力增加, 使油水界面张力降低 。
温度 对油水界面张力的影响一般是 温度升高，
界面张力减小,因为油中溶解的气量减小，油水
极性差减小。
15
16
三,吸附作用
两相界面层的分子受力不平衡，因此存在界面能。
物质总有使其界面能趋于最小的趋势。这种趋势表现
为界面面积减小，也可通过吸附与其相邻的物质分子
来实现，后者是吸附的原理。
1.液体界面的吸附
极性端朝向水而非极性端朝向
空气，使空气对表面上分子的引力
增加，空气与水之间的极性差减小，
从而使界面张力减小。
17
2,极性均衡原则,若溶质在两相界面上的吸附符合
“极性均衡”原则，即,极性 A＞极性 C＞极性 B，则 C为
吸附在 A,B两相界面层的物质，使界面张力减小。反之，
C沉于 A或者 B相内部，界面张力增加。
水中溶有某些无机盐,如 NaCl,MgCl2,CaCl2等
(其极性大于水 )，因为盐在水相内部的浓度大于在表面上的
浓度，所以水的表面张力增加。
水中溶有醇、酸等有机物质 (其极性界于水、空气
之间 )，因为溶质在水表面的浓度大于水相内部的浓度，所
以水的表面张力降低；
18
二,比界面能和界面张力
单位面积界面上具有的界面能数值表
示两相界面的界面能大小，称为 比界面能 。
Us—— 两相界面的界面能,J(焦耳 )；
A—— 界面面积,m2；
σ—— 比界面能,J/m2。
A
U s＝?
J/m2=N〃m/m 2=N/m
比界面能可看作是作用于单位界面
长度上的力称 界面张力 。
1.概念
19
溶解于两相界面系统中的物质，自发地浓集于两相界
面上并极巨减小该界面层的表面张力的这种过程称之为
,吸附,，被吸附的物质叫做,表面活性剂”。
吉布斯 (Gibbs)吸附等温式：
dC
dC
RTG
?1??
G— 吸附量,单位面积界面层中多余的溶质摩尔数，亦称
为 比吸附 ；
C— 溶质的浓度,mg/L；
σ— 界面张力,mN/m；
T,R— 分别为绝对温度和通用气体常数；
― 界面张力随溶质浓度的变化率。dCd?
20
它表示界面张力随溶质浓度的增加而降
低，溶质为表面活性物质。
它表明界面张力随溶质浓度的增加而增
加，此时溶质为非表面活性剂。
则表明没有吸附发生。若 =0，
dC
d?
若 ＞ 0，则比吸附 G＜ 0，称为 负吸附；
dC
d?
若 ＜ 0，则比吸附 G＞ 0，称为 正吸附；
dC
d?
21
22
2,固体界面的吸附
(4)吸附量与被吸附物质的浓度成正比,浓度越大，吸
附量越大。气体具有较大的压缩性，固体表面对气体的吸附
量随压力的升高而增大。
(1)固体表面对被吸附物质的 吸附量 (一般用单位质量
的固体的吸附量表示 )随着 吸附界面 面积的 增大 而增加；
(2)固体表面是凹凸不平的，表面物质成分也不均一，
不同的成分具有不同的吸附性能，所以 固体的吸附 具有 选择
性。
(3)吸附是放热的，所以 升高温度，吸附量降低。
但有的体系，温度升高溶质的溶解度降低，使溶质在
固体表面的吸附量增加，此时，若溶解度降低超过了温度
对吸附量的影响时，吸附量将随温度的增加而增大；
23
气体 在固体表面上的吸附量可用 兰格缪 (Langmuir)吸
附等温式 表示：
bP1
bPVV
?? ?
式中 V—— 单位质量固体吸附剂吸附的气体的克分子数, mol/g;
V∞ —— 单位质量固体吸附剂所能吸附的气体的最大克分子数, mol/g;
P—— 气体的压力, MPa；
b—— 吸附常数 。
液体溶质 在固体表面上的吸附可用兰格缪 (langmuir)
的吸附等温式，
b1
bC
?
? ???
式中 г—— 吸附量, mol/(g吸附剂 )；
г∞ —— 饱和吸附量 (即 1克吸附剂当表面盖满一层时所能吸附的溶
质的克分子数 ),mol/g;
C—— 溶质浓度, mol/L；
b—— 吸附系数, 其数值与温度, 溶质和溶剂的性质有关 。
24
通常情况下，液体成分比气体复杂。
液体中常溶有其它物质
水中常溶有各种盐类 石油是一种多成分的混合物
固体表面吸附溶剂、溶质
极性吸附剂容易吸附极性物质
非极性吸附剂容易吸附非极性物质
对不同物质的吸附能力是不同的
遵循,极性相近原则,
25
3.油藏岩石表面的吸附现象
组成岩石的矿物多是极性的
水 是一种极性很强的液体
水易被岩石所吸附
在孔隙内壁形成一牢固的 吸附层
在半径小于或等于吸附层厚度
的孔隙中油气很难进入
只有半径大于吸附层厚度的孔隙
才能储集油气，才是 有效孔隙
油 是一种多组分的混合物
油在岩石表面的吸附取决于石油中
所含极性物质的多少，同时也受岩
石成分、温度、压力等因素的影响。
油不易被岩石吸附
石油中的各种烃类为 非极性物质
油中各种烃的氧、硫、氮
化合物具有 极性结构
可以被岩石表面所吸附
26
润湿现象,
干净的玻璃板上滴一滴水银 水银聚拢形成球状
干净的玻璃板上滴一滴水 水迅速散成薄薄的一层
在铜片上滴一滴水银 水银呈馒头状
第二节 油藏岩石润湿性
和油水微观分布
27
一、岩石的润湿性
1,润湿的定义
液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象 。
2,衡量润湿性的参数 润湿角 θ
定义,过气液固或液液
固三相交点对液滴表面所
作的切线与液固表面所夹
的角。
油水对固体表面的润湿平衡
1－水 2－油 3－固体
(从极性大的一端算起 )
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润湿是指三相体系, 一相为固体,另一相为液体,
第三相为气体或另一种液体。
液体是否润湿固体,总是相对于另一相气体 (或液
体 )而言的。
3.润湿性的判断
θ<90° 岩石表面 亲水
θ=90° 岩石表面 中间润湿
θ>90° 岩石表面 亲油
θ＝ 0° 岩石表面 完全水湿
岩石表面 完全油湿θ=180°
θ<85°
85° < θ < 100°
θ>100°
θ＝ 0°
θ=180°
理论标准 实际标准岩石润湿性
29
???
?
???
? ?
?
21
3132a r c c o s
，
，，
?
???
???? c o s213132,，,??
3－固体1－水 2－油
油水对固体表面的润湿平衡
A??? ???? co s2,13,13,2
润湿张力或
附着张力
4,润湿性的实质
若 σ2.3＞ σ1.3,则 A＞ 0,θ＜ 90°,水对固体表面 选择性润湿。
凡是能使固体界面能减小的液体将润湿固体表面。
润湿的实质 是固体界面能的减小。
30
润湿反转程度 既与固体表面性质和活性剂的性质
有关，又和活性剂的浓度有关。
润湿反转,由于表面活性剂的吸附，使固体表面
的润湿性发生改变的现象。
31
二,储层岩石的润湿性及其影响因素
既有亲水油藏,也有亲油油藏,还有各种不同程度的中
性润湿油藏。
固体表面的润湿性 主要取决于 固体和液体的性质。
32
影响因素：
(1)岩石 的矿物组成
(2)油藏流体组成
(3)石油中的极性
物质
(4)矿物表面粗糙度
33
三、润湿滞后 在两相驱替过程中出现
润湿滞后,指由于三相周界沿固体表面移动的
迟缓而产生润湿角改变的现象 。
水驱油的润湿角 θ1＞ θ
油驱水的润湿角 θ2＜ θ
前进角
后退角
Δθ=θ1-θ2 润湿滞后的严重程度
静润湿滞后
动润湿滞后根据引起润湿滞后的原因不同
34
润湿角的改变与三种因素有关：
(1)与三相周界的移动方向有关
由于 润湿次序不同
而引起的润湿角改
变的现象称为 静 润
湿滞后。
35
(2)与三相周界的移动速度有关
由于 三相周界移
动速度变化 引起的润湿
角改变的现象称为 动润
湿滞后。
36
(3)固体表面的粗糙度和活性物质的吸附
粗糙 的矿物表面和
有 活性剂吸附 的表
面对 三相 周界的移
动影响很大，使 滞
后 现象加重。
37
四、界面张力及润湿角的测定
毛细管上升法
悬滴法
旋转液滴法
液滴（气泡）最大压力法
液滴质量（或体积）法
吊板法
界面张力 油藏岩石润湿性
直接测定法 测润湿角
?光学投影法
?吊板法
间接测定法
?自吸吸入法
?自吸离心法
?自吸驱替法
?
?
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
毛细管上升法
旋转液滴法
液滴（气泡）最大压力法
液滴质量（或体积）法
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
毛细管上升法
旋转液滴法
液滴（气泡）最大压力法
液滴质量（或体积）法
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
毛细管上升法
旋转液滴法
液滴（气泡）最大压力法
液滴质量（或体积）法
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
38
39
21
1
oo
o
VV
V
离心吸水排油量自动吸水排油量
自动吸水排油量水湿指数
?
?
21
1
ww
w
VV
V
离心吸油排水量自动吸油排水量
自动吸油排水量油湿指数
?
?
1~0.80.7~0.60.3~0.40~0.2水湿指数
0~0.20.3~0.4两指数接
近
0.7~0.61~0.8油湿指数
亲水弱亲水中性弱亲油亲油
润湿性
润湿指数
由润湿指数评价岩石的润湿性
40
五、油水在岩石孔道中的微观分布
1.亲水岩石中的油水分布
(a)当含水饱和度很低时,水附着于颗粒表面，围绕颗粒
接触处形成水环,称之为,环状分布,。
(b)当含水饱和度增加时,水环的大小也随之增加,直至增
到水环彼此连通起来,成为,迂回状,分布，参于流动。
(c)随含水饱和度的进一步增加,最终油则失去连续性而破
裂成油珠,称为,孤滴状,分布,油滴虽然靠水流能将其带
走,但它很容易遇到狭窄的孔隙喉道而被卡住,形成对液流
的阻力。
湿相驱替非湿相的过程称为,吸吮过程,
41
42
43
2,亲油岩石中的油水分布
非湿相驱替湿相的过程称为“驱替过程。”
(a)含水饱和度较低时,油分布在岩石表面，水首
先沿着大孔道形成曲折迂回的连续水流渠道,而油
只是在水流的摩擦携带作用下沿孔隙壁面流动；
(b)当继续注水时,水逐渐进入较小的孔道,并使这
些小孔道串联起来形成另外一些水流渠道；
(c)当形成的水流渠道多得几乎使水畅通地渗流时,
油实际上已被憋死,残余的油停留在一些小孔道内
及在水流通道的固体表面上以油膜形式存在。
44
45
六、岩石润湿性对 注水开发油田的影响
1.亲水岩石,
2.亲油岩石,
位于孔道中间的油很容易被驱替出，水驱结束后
孔隙空间只剩下被分割的油滴。
位于岩石颗粒表面和微孔隙中的油很难驱替出来。
亲水岩石的水驱采收率 大于 亲油岩石的水驱采收率。
3.同样条件下
第三章 饱和多相流体的
油藏岩石的渗流特性
第一节 油藏流体的界面张力
一、两相界面的界面能
1.定义,子力场不
平衡而使表面层分子储
存有多余的能量，称为
两相界面的 界面能 (或表
面能 )。
2
2.界面能的性质：
(1)界面能依存于两相界面；
(2)界面能分布于整个界面层；
(3)界面越大，界面能也就越大；
(4)两相界面层界面能的大小和两相分子的极性有关；
(5)两相界面的界面能和物质的相态有关系。
热力学第二定律：任何界面能都有趋于最小的趋势。
两相分子极性差越大，界面的界面能越大，反之越小。
液 -气界面的界面能一般比液 -液界面的界面能要大 (有
的比液 -液界面的界面能小 )，固相的表面能更大。
3
③ 界面张力的方向，若界面为平面则在界面
上，若界面为曲面，则在界面切线上，方向
指向使界面收缩的方向。
① 两相界面张力的 大小 等于其比界面能。
② 界面张力的 作用点 为三相周界的接触点。
322131,，,??? ??
4
3.界面张力的影响因素
界面张力产生的根本原因是界面层中分子的净
吸引力。
(1)不同的物质，界面张力不同；
32.8573.232.528.529.0界面张力(mN/m)
甲苯二硫化碳二氯乙烷三氯甲烷苯物质
30.326.921.817.018.4界面张力(mN/m)
邻二甲苯四氯化碳正辛烷乙醚正己烷物质
表 3.1.1 不同液体在室温条件下 (20℃ )与空气接触时的界面张力
5
(2)与物质的相态有关；
一般气－液界面的界面张力比液－液界面大。
1.768.535.072.9357.2364.0486.5界面张力 (mN/m)
丁醇正辛醇苯空气苯酒精空气第一相
水水水水水银水银水银第一相
表 3.1.2 水、水银与不同物质接触时的界面张力
6
(3)与物质的极性有关 ；
(4)与温度有关；
两相分子的极性越相近，两相分子间的引力越大，
界面张力越小，甚至发生互溶。
一方面：温度升高，增大了液体分子间的距离，使液相分
子间的引力减少；
另一方面：增加了液体的蒸发，加大了蒸气的密度，使气
相与液相间的引力增加。
两者都使界面层内分子所受到的指向相内部的净引力减小。
温度升高，界面张力降低。
7
8
(5)与压力有关；
压力升高：气相分子间距离减小，增大了与液相分子
间的引力；气体在液体中的溶解度增加，液体密度减
小，分子间引力减少。两者都使界面层内分子所受的
指向相内部的净引力减小 。
压力升高，界面张力降低。
(6)与溶解气有关；
随压力升高原油 -CO2的表面张力比原油 -天然气的表
面张力的降低较大，比原油 -空气的表面张力的降低更
大。这是因为 CO2比天然气更易溶解于原油，天然气
比空气易溶于原油的缘故。
气体溶解度增加，界面张力减小。
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二、油藏流体间的界面张力
油藏中存在, 油 -水、油 -气、水 -气
油、气、水与岩石的界面
流体在岩石孔隙中的分布孔隙中毛
管力的大小流体的渗流
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1,油气界面
随温度、压力及油中溶解气量的增加，油气界
面张力降低
油气界面的界面张力很小（远小于地面脱气原
油的表面张力）
高温，高压
溶有大量的天然
气
原油中纯烃 (包括饱和烷烃与不饱和烷烃 )与气体
的界面张力随温度的升高而降低，随分子量的增
加而增加，这是因为分子量增加，分子间作用力
增强的缘故。
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2,油水界面
影响因素,油、水性质及温度、压力和溶解气量
原油
非极性物质,原油中的烷烃、环烷烃和芳
香烃等
极性的表面活性物质,烃类的氧、硫、氮化物
（环烷酸、胶质、沥青质等）水 极性物质
油水界
面张力
原油中烃类分子的大小及活性物质的多少
12
① 无溶解气的纯油水系统的界面张力
卡佳霍夫 (1956年 ),没有影响
因为增加温度和提高压力将同时改变油水
各自的分子间作用力，它们之间的差值仍可能
保持不变，因此界面张力不变。
更多的研究认为,温度对油水界面张力的影
响比较明显,温度升高，油水界面张力降低 ；压
力对油水界面张力也有影响，但影响较小，随 压
力升高一般略有升高，但有时还可能略有降低,
这主要取决于油水的组成及压缩性。
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② 有溶解气的纯油水系统的界面张力
因为天然气在原油中的溶解量远大于在水
中的溶解量, 使油水极性差别增大造成的；当
压力高于泡点压力 时, 增加压力 油水界面张力
减小, 因为天然气已全部溶于液体, 压力上升
使油的压缩, 因此油相分子间作用力增加, 油
水分子间作用力增加, 使油水界面张力降低 。
温度 对油水界面张力的影响一般是 温度升高，
界面张力减小,因为油中溶解的气量减小，油水
极性差减小。
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三,吸附作用
两相界面层的分子受力不平衡，因此存在界面能。
物质总有使其界面能趋于最小的趋势。这种趋势表现
为界面面积减小，也可通过吸附与其相邻的物质分子
来实现，后者是吸附的原理。
1.液体界面的吸附
极性端朝向水而非极性端朝向
空气，使空气对表面上分子的引力
增加，空气与水之间的极性差减小，
从而使界面张力减小。
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2,极性均衡原则,若溶质在两相界面上的吸附符合
“极性均衡”原则，即,极性 A＞极性 C＞极性 B，则 C为
吸附在 A,B两相界面层的物质，使界面张力减小。反之，
C沉于 A或者 B相内部，界面张力增加。
水中溶有某些无机盐,如 NaCl,MgCl2,CaCl2等
(其极性大于水 )，因为盐在水相内部的浓度大于在表面上的
浓度，所以水的表面张力增加。
水中溶有醇、酸等有机物质 (其极性界于水、空气
之间 )，因为溶质在水表面的浓度大于水相内部的浓度，所
以水的表面张力降低；
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二,比界面能和界面张力
单位面积界面上具有的界面能数值表
示两相界面的界面能大小，称为 比界面能 。
Us—— 两相界面的界面能,J(焦耳 )；
A—— 界面面积,m2；
σ—— 比界面能,J/m2。
A
U s＝?
J/m2=N〃m/m 2=N/m
比界面能可看作是作用于单位界面
长度上的力称 界面张力 。
1.概念
19
溶解于两相界面系统中的物质，自发地浓集于两相界
面上并极巨减小该界面层的表面张力的这种过程称之为
,吸附,，被吸附的物质叫做,表面活性剂”。
吉布斯 (Gibbs)吸附等温式：
dC
dC
RTG
?1??
G— 吸附量,单位面积界面层中多余的溶质摩尔数，亦称
为 比吸附 ；
C— 溶质的浓度,mg/L；
σ— 界面张力,mN/m；
T,R— 分别为绝对温度和通用气体常数；
― 界面张力随溶质浓度的变化率。dCd?
20
它表示界面张力随溶质浓度的增加而降
低，溶质为表面活性物质。
它表明界面张力随溶质浓度的增加而增
加，此时溶质为非表面活性剂。
则表明没有吸附发生。若 =0，
dC
d?
若 ＞ 0，则比吸附 G＜ 0，称为 负吸附；
dC
d?
若 ＜ 0，则比吸附 G＞ 0，称为 正吸附；
dC
d?
21
22
2,固体界面的吸附
(4)吸附量与被吸附物质的浓度成正比,浓度越大，吸
附量越大。气体具有较大的压缩性，固体表面对气体的吸附
量随压力的升高而增大。
(1)固体表面对被吸附物质的 吸附量 (一般用单位质量
的固体的吸附量表示 )随着 吸附界面 面积的 增大 而增加；
(2)固体表面是凹凸不平的，表面物质成分也不均一，
不同的成分具有不同的吸附性能，所以 固体的吸附 具有 选择
性。
(3)吸附是放热的，所以 升高温度，吸附量降低。
但有的体系，温度升高溶质的溶解度降低，使溶质在
固体表面的吸附量增加，此时，若溶解度降低超过了温度
对吸附量的影响时，吸附量将随温度的增加而增大；
23
气体 在固体表面上的吸附量可用 兰格缪 (Langmuir)吸
附等温式 表示：
bP1
bPVV
?? ?
式中 V—— 单位质量固体吸附剂吸附的气体的克分子数, mol/g;
V∞ —— 单位质量固体吸附剂所能吸附的气体的最大克分子数, mol/g;
P—— 气体的压力, MPa；
b—— 吸附常数 。
液体溶质 在固体表面上的吸附可用兰格缪 (langmuir)
的吸附等温式，
b1
bC
?
? ???
式中 г—— 吸附量, mol/(g吸附剂 )；
г∞ —— 饱和吸附量 (即 1克吸附剂当表面盖满一层时所能吸附的溶
质的克分子数 ),mol/g;
C—— 溶质浓度, mol/L；
b—— 吸附系数, 其数值与温度, 溶质和溶剂的性质有关 。
24
通常情况下，液体成分比气体复杂。
液体中常溶有其它物质
水中常溶有各种盐类 石油是一种多成分的混合物
固体表面吸附溶剂、溶质
极性吸附剂容易吸附极性物质
非极性吸附剂容易吸附非极性物质
对不同物质的吸附能力是不同的
遵循,极性相近原则,
25
3.油藏岩石表面的吸附现象
组成岩石的矿物多是极性的
水 是一种极性很强的液体
水易被岩石所吸附
在孔隙内壁形成一牢固的 吸附层
在半径小于或等于吸附层厚度
的孔隙中油气很难进入
只有半径大于吸附层厚度的孔隙
才能储集油气，才是 有效孔隙
油 是一种多组分的混合物
油在岩石表面的吸附取决于石油中
所含极性物质的多少，同时也受岩
石成分、温度、压力等因素的影响。
油不易被岩石吸附
石油中的各种烃类为 非极性物质
油中各种烃的氧、硫、氮
化合物具有 极性结构
可以被岩石表面所吸附
26
润湿现象,
干净的玻璃板上滴一滴水银 水银聚拢形成球状
干净的玻璃板上滴一滴水 水迅速散成薄薄的一层
在铜片上滴一滴水银 水银呈馒头状
第二节 油藏岩石润湿性
和油水微观分布
27
一、岩石的润湿性
1,润湿的定义
液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象 。
2,衡量润湿性的参数 润湿角 θ
定义,过气液固或液液
固三相交点对液滴表面所
作的切线与液固表面所夹
的角。
油水对固体表面的润湿平衡
1－水 2－油 3－固体
(从极性大的一端算起 )
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润湿是指三相体系, 一相为固体,另一相为液体,
第三相为气体或另一种液体。
液体是否润湿固体,总是相对于另一相气体 (或液
体 )而言的。
3.润湿性的判断
θ<90° 岩石表面 亲水
θ=90° 岩石表面 中间润湿
θ>90° 岩石表面 亲油
θ＝ 0° 岩石表面 完全水湿
岩石表面 完全油湿θ=180°
θ<85°
85° < θ < 100°
θ>100°
θ＝ 0°
θ=180°
理论标准 实际标准岩石润湿性
29
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21
3132a r c c o s
，
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???? c o s213132,，,??
3－固体1－水 2－油
油水对固体表面的润湿平衡
A??? ???? co s2,13,13,2
润湿张力或
附着张力
4,润湿性的实质
若 σ2.3＞ σ1.3,则 A＞ 0,θ＜ 90°,水对固体表面 选择性润湿。
凡是能使固体界面能减小的液体将润湿固体表面。
润湿的实质 是固体界面能的减小。
30
润湿反转程度 既与固体表面性质和活性剂的性质
有关，又和活性剂的浓度有关。
润湿反转,由于表面活性剂的吸附，使固体表面
的润湿性发生改变的现象。
31
二,储层岩石的润湿性及其影响因素
既有亲水油藏,也有亲油油藏,还有各种不同程度的中
性润湿油藏。
固体表面的润湿性 主要取决于 固体和液体的性质。
32
影响因素：
(1)岩石 的矿物组成
(2)油藏流体组成
(3)石油中的极性
物质
(4)矿物表面粗糙度
33
三、润湿滞后 在两相驱替过程中出现
润湿滞后,指由于三相周界沿固体表面移动的
迟缓而产生润湿角改变的现象 。
水驱油的润湿角 θ1＞ θ
油驱水的润湿角 θ2＜ θ
前进角
后退角
Δθ=θ1-θ2 润湿滞后的严重程度
静润湿滞后
动润湿滞后根据引起润湿滞后的原因不同
34
润湿角的改变与三种因素有关：
(1)与三相周界的移动方向有关
由于 润湿次序不同
而引起的润湿角改
变的现象称为 静 润
湿滞后。
35
(2)与三相周界的移动速度有关
由于 三相周界移
动速度变化 引起的润湿
角改变的现象称为 动润
湿滞后。
36
(3)固体表面的粗糙度和活性物质的吸附
粗糙 的矿物表面和
有 活性剂吸附 的表
面对 三相 周界的移
动影响很大，使 滞
后 现象加重。
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四、界面张力及润湿角的测定
毛细管上升法
悬滴法
旋转液滴法
液滴（气泡）最大压力法
液滴质量（或体积）法
吊板法
界面张力 油藏岩石润湿性
直接测定法 测润湿角
?光学投影法
?吊板法
间接测定法
?自吸吸入法
?自吸离心法
?自吸驱替法
?
?
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
毛细管上升法
旋转液滴法
液滴（气泡）最大压力法
液滴质量（或体积）法
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
毛细管上升法
旋转液滴法
液滴（气泡）最大压力法
液滴质量（或体积）法
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
毛细管上升法
旋转液滴法
液滴（气泡）最大压力法
液滴质量（或体积）法
油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
间接测定法
自吸吸入法
自吸离心法
自吸驱替法
38
39
21
1
oo
o
VV
V
离心吸水排油量自动吸水排油量
自动吸水排油量水湿指数
?
?
21
1
ww
w
VV
V
离心吸油排水量自动吸油排水量
自动吸油排水量油湿指数
?
?
1~0.80.7~0.60.3~0.40~0.2水湿指数
0~0.20.3~0.4两指数接
近
0.7~0.61~0.8油湿指数
亲水弱亲水中性弱亲油亲油
润湿性
润湿指数
由润湿指数评价岩石的润湿性
40
五、油水在岩石孔道中的微观分布
1.亲水岩石中的油水分布
(a)当含水饱和度很低时,水附着于颗粒表面，围绕颗粒
接触处形成水环,称之为,环状分布,。
(b)当含水饱和度增加时,水环的大小也随之增加,直至增
到水环彼此连通起来,成为,迂回状,分布，参于流动。
(c)随含水饱和度的进一步增加,最终油则失去连续性而破
裂成油珠,称为,孤滴状,分布,油滴虽然靠水流能将其带
走,但它很容易遇到狭窄的孔隙喉道而被卡住,形成对液流
的阻力。
湿相驱替非湿相的过程称为,吸吮过程,
41
42
43
2,亲油岩石中的油水分布
非湿相驱替湿相的过程称为“驱替过程。”
(a)含水饱和度较低时,油分布在岩石表面，水首
先沿着大孔道形成曲折迂回的连续水流渠道,而油
只是在水流的摩擦携带作用下沿孔隙壁面流动；
(b)当继续注水时,水逐渐进入较小的孔道,并使这
些小孔道串联起来形成另外一些水流渠道；
(c)当形成的水流渠道多得几乎使水畅通地渗流时,
油实际上已被憋死,残余的油停留在一些小孔道内
及在水流通道的固体表面上以油膜形式存在。
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六、岩石润湿性对 注水开发油田的影响
1.亲水岩石,
2.亲油岩石,
位于孔道中间的油很容易被驱替出，水驱结束后
孔隙空间只剩下被分割的油滴。
位于岩石颗粒表面和微孔隙中的油很难驱替出来。
亲水岩石的水驱采收率 大于 亲油岩石的水驱采收率。
3.同样条件下
