Или друга течност. Има два вида намокряне:
- Потапяне(цялата повърхност на твърдо вещество е в контакт с течност)
- Контакт(състои се от три фази - твърда, течна, газообразна)
Ако течността е в контакт с твърдо вещество, тогава има две възможности:
- течните молекули се привличат една към друга по-силно, отколкото към твърдите молекули. В резултат на това силите на привличане между молекулите на течността я събират в капчица. Така се държи върху стъкло, вода върху парафин или "мазна" повърхност. В този случай те казват, че течността не мокриповърхност;
- течните молекули се привличат една към друга по-слабо, отколкото към твърдите молекули. В резултат на това течността има тенденция да се притиска към повърхността и се разпространява по нея. Ето как се държи живакът върху цинкова плоча, водата върху чисто стъкло или дърво. В този случай те казват, че течността мокриповърхност.
ОПИТ!
Ако спуснете стъклотозалепете в живак и след това го отстранете, тогава няма да има живак върху него. Ако тази пръчка е потопена във вода, след като я издърпате, в края й ще остане капка вода. Този опит показва, че молекулитеживакът се привлича един към друг по-силно, отколкото към молекулите в купчинала, а водните молекули се привличатса по-слаби един към друг, отколкото къмстъклени молекули.
Ако течните молекули пригравитират един към друг по-слаби, отколкото към молекулите на твърдо вещество, тогава течността се наричаовлажняване на това вещество. Например, водата се намокря стъкло и не намокря парафина. Ако молекулите на течността се привличат една към друга по-силно, отколкото към молекулите на твърдото вещество,тогава течността се нарича не омокряща това вещество. Живакът не намокря стъклото, но намокря чиста мед и цинк.
Поставете хоризонтално плоска чиния с твърдо вещество и пуснете тестовата течност върху нея. Тогавакапката ще бъде позиционирана или както е показано на фиг. 5 (а), или както е показано на фиг. 5( б).
Фиг. 5 (а) Фиг. 5 (б)
В първия случай течността е sma чете твърдо, но във втория не. Маркирано на фиг. 5ъгълът θ се нарича контактен ъгъл. Оформя се контактният ъгълплоска повърхност на твърдо тяло и равнина, допирателна към свободната повърхност на течност където граничат твърдо, течно и газово; вътрешен ръбВ ъгъла винаги има течност. За овлажняване на течности контактният ъгъл е остър, а за ненамокряне е тъп.За да не се изкриви контактният ъгъл от действието на гравитацията, падането трябва да бъде възможно най-малко.
Проявата на повърхностно напрежение може да бъде открита чрез наблюдение на явленията, възникващи на границата между твърдо вещество и течност.
Ако, когато течност влезе в контакт с твърдо вещество, взаимодействието между техните молекули е по-силно от взаимодействието между молекулите в самата течност, тогава течността има тенденция да увеличава контактната повърхност и се разпространява върху твърдото вещество. В този случай те казват, че течността мокри твърдо вещество (вода върху стъкло, живак върху желязо). Ако взаимодействието между молекулите на твърдото вещество и молекулите на течността е по-слабо, отколкото между молекулите на самата течност, тогава течността ще има тенденция да намали повърхността на контакт с твърдото вещество. В този случай те казват, че течността не мокри твърдо вещество (вода върху парафин, живак върху стъкло).
Помислете за капка течност върху повърхността на твърдо вещество. Формата на капката се установява под въздействието на три среди: течност Ф, твърдо T, въздух или газ Г... Тези три медии имат обща граница – кръгът, който ограничава капката. Към линията на контакт на трите среди се прилагат три сили на повърхностно напрежение, които са насочени тангенциално към вътрешната страна на контактната повърхност на съответните две среди. Нека покажем посоката им в точката О- точката на пресичане на линията на контакт на трите медии с равнината на чертежа (фиг. 12.4.1 и 12.4.2).
Тези сили на единица дължина на линията на контакт са равни на съответните повърхностни напрежения. Ъгълът между допирателните към повърхността на течност и твърдо тяло се нарича ъгъл на ръба ... Условието за равновесие на капката (фиг. 12.4.1) е равенството на нула на проекциите на силите на повърхностното напрежение върху посоката на допирателната към повърхността на твърдото тяло:
От това равенство следва, че контактният ъгъл може да бъде остър или тъп, в зависимост от стойностите на и. Ако, тогава ъгълът също е остър, т.е. течността навлажнява твърда повърхност. Ако, тогава ъгълът е тъп, т.е. течността не навлажнява твърдата повърхност.
Контактният ъгъл трябва да отговаря на условието
Ако това условие не е изпълнено, тогава капка течност не може да бъде в равновесие при никакви условия. Ако тогава течността се разстила по повърхността на твърдото вещество, покривайки го с тънък филм (керосин върху стъклената повърхност) - настъпва пълно намокряне. Ако, тогава течността се изтегля в сферична капка (роса върху повърхността на лист на дърво).
12.5. Капилярни явления
Повърхността на омокрящата течност в тясна тръба (капиляра) приема вдлъбната форма, а не омокряща - изпъкнала. Такива извити повърхности на течността се наричат менисци ... Нека капилярът е под формата на цилиндрична тръба с радиус на канала rпотопен в единия си край в течност, намокряща стените му (фиг. 12.5.1). Менискусът в него ще има сферична форма ( Ре радиусът на сферата). Под менискуса налягането на течността ще бъде по-малко, отколкото в широк съд, където повърхността на течността е практически плоска. Следователно в капиляра течността се издига на височина з, при което теглото на течния стълб в него ще балансира отрицателното допълнително налягане:
където е плътността на течността. Имайки предвид това, получаваме
По този начин височината на издигане на омокрящата течност в капиляра е толкова по-голяма, колкото по-малък е нейният радиус. Същата формула ви позволява да определите дълбочината на слягане в капиляра на ненамокряща течност.
Пример 12.5.1... Стъклена тръба с вътрешен диаметър на канала, равен на 1мм Намерете масата на водата, която е влязла в тръбата.
Решение:
Намокряне или ненамокряне на повърхността на твърдо вещество с течност също се отнася до повърхностни явления. Когато капка течност се приложи върху твърда повърхност, между молекулите на течността и твърдото вещество възникват привличащи сили. Ако тези сили на привличане са по-големи от силите на привличане между молекулите на течността, тогава капката течност ще се разпространи по повърхността, т.е. течността овлажнява твърдото. Ако силите на привличане между молекулите на течността са по-големи, отколкото между молекулите на течност и твърдо вещество, тогава течността не овлажнява повърхността.
Формата на капката зависи от степента на намокряне (ненамокряне). Ъгълът, който капка течност образува с повърхността, се нарича контактен ъгъл на намокряне.Има три основни типа намокряне, в зависимост от стойностите на контактния ъгъл.
1. Ненамокряне (слабо омокряне) - контактният ъгъл е тъп, например вода върху тефлон.
2. Намокряне (ограничено намокряне) - контактният ъгъл е остър, например вода върху метал, покрит с оксиден филм.
3. Пълно намокряне. Ъгълът на контакт не е зададен, капката се разпространява в тънък филм, например живак върху оловната повърхност, почистен от оксидния филм.
Повърхността, която е намокрена с вода, се нарича хидрофилен.
Веществата с хидрофилна повърхност включват диамант, кварц, стъкло, целулоза и метали. Повърхностите, навлажнени от неполярни течности са хидрофобниили олефилна. Те включват повърхности от графит, талк, сяра, парафин, тефлон.
На повърхността може изкуствено да се даде свойството да се навлажнява от течност. Например, за да се подобри овлажняването на мазна повърхност с вода, към водата се добавя повърхностно активно вещество. И за да придадат водоотблъскващи свойства, те се смазват с масло. Например, ако повърхността на масата е намазана със слой растително масло, тогава тестото няма да се придържа към масата. Това използват професионалните сладкари и пекари.
Омокрянето играе важна роля при обогатяването на рудата чрез фтотация.Същността на този процес е, че фино натрошената руда, съдържаща отпадъчни скали, се навлажнява с вода и се добавя повърхностно активно вещество. През получената каша се продухва въздух. Получената пяна пренася нагоре ценните минерални частици, които не се овлажняват от водата, а намокрената от водата отпадъчна скала (пясък) потъва на дъното под действието на гравитацията.
Флотацията се използва и в хранително-вкусовата промишленост, например в производството на нишесте. Основната суровина за производство на нишесте е царевичното зърно, което освен нишесте съдържа протеини и мазнини. При преминаване на въздушни мехурчета през суспензията, протеиновите частици се придържат към тях и плуват, образувайки лесно отстраняема пяна на повърхността, а нишестените зърна се утаяват на дъното.
Омокрянето е от голямо значение при машинната обработка на материалите – рязане, пробиване и шлайфане. Твърдите тела са пронизани с пукнатини с различна дебелина. Под въздействието на външни натоварвания тези пукнатини се разширяват и тялото се срива. Когато товарът се отстрани, пукнатините могат да се "срутят". Когато твърдо вещество се обработва механично в течност, която го овлажнява, течността, попадайки в микропукнатините, предотвратява затварянето им. Следователно, унищожаването на твърди вещества в течност
Става по-лесно, отколкото във въздуха.
Омокрянето е повърхностно явление, включващо взаимодействието на течност с повърхността на твърдо или друго вещество.
Има два вида намокряне:
Потапяне (цялата повърхност на твърдо вещество е в контакт с течност)
Контакт (състои се от 3 фази - твърда, течна, газообразна)
Степента на омокряне се характеризира с контактния ъгъл. Ъгълът на омокряне (или контактен ъгъл) е ъгълът, образуван от допирателните равнини към повърхностните повърхности, които ограничават омокрящата течност, а върхът на ъгъла лежи върху линията на разделяне на трите фази. Измерено по метода на лежащата капка. В случай на прахове все още не са разработени надеждни методи, които дават висока степен на възпроизводимост (2008). Предложен е гравиметричен метод за определяне на степента на омокряне, но все още не е стандартизиран.
Измерването на степента на намокряне е много важно в много индустрии.
(бои и лакове, фармацевтични, козметични и др.). Например върху предните стъкла на автомобилите се нанасят специални покрития, които трябва да са устойчиви на различни видове замърсяване. Съставът и физичните свойства на покритията за стъкло и контактни лещи могат да бъдат оптимизирани чрез измерване на контактния ъгъл.
Когато течността влезе в контакт с повърхността на твърдо вещество, са възможни два случая: течността навлажнява твърдото вещество и не го овлажнява. Ако, например, капки живак се поставят върху повърхността на чистото желязо и върху чистото стъкло, тогава върху повърхността на желязото те ще се разпространят, а върху повърхността на стъклото ще имат форма, близка до сферична.
Ако силите на взаимодействие между молекулите на твърдото вещество и молекулите на течността са по-големи от силите на взаимодействие между молекулите на течността, тогава течността навлажнява твърдото вещество (живак-желязо). В противен случай течността не навлажнява твърдото вещество (живак-желязо).
Извитата повърхност на течност в тесни цилиндрични тръби или близо до стените на съд се нарича менискус.Повърхността на овлажняваща течност близо до твърдо вещество се издига и менискусът е вдлъбнат (фиг. 49.1, а).В немокра течност повърхността му близо до твърдо вещество леко пада и менискусът е изпъкнал (фиг. 49.1, б ).
Фигура 49.1
За да се определи дали течността е омокряща или немокряща по отношение на твърдо вещество, е възможно да се постави контактният ъгъл (ъгълът между повърхността на твърдото вещество и допирателната към повърхността на течността в точка M).
За течност, омокряща повърхността на твърдо вещество, контактният ъгъл е остър (< π/2); чем лучше смачивание, тем меньше. Для полного смачивания= 0. Для несмачивающих жидкостей краевой угол изменяется в пределах π/2 << π; при полном не смачивании= π.
При омокряща течност менискусът е вдлъбнат, в немокряща течност е изпъкнал.
Омокрянето зависи от съотношението между силите на сцепление на течните молекули с молекулите (или атомите) на намокреното тяло (адхезия) и силите на взаимно сцепление на течните молекули (кохезия).
Степента на омокряне се характеризира с контактния ъгъл. Ъгълът на омокряне (или контактният ъгъл) е ъгълът, образуван от допирателните равнини към повърхностните повърхности, които ограничават омокрящата течност, а върхът на ъгъла лежи върху линията на разделяне на трите фази. Измерено по метода на лежащата капка. При праховете все още не са разработени надеждни методи, които дават висока степен на възпроизводимост. Предложен е гравиметричен метод за определяне на степента на омокряне, но все още не е стандартизиран.
Измерването на степента на намокряне е много важно в много индустрии (бои и лакове, фармацевтични продукти, козметика и др.). Например върху предните стъкла на автомобилите се нанасят специални покрития, които трябва да са устойчиви на различни видове замърсяване. Съставът и физичните свойства на покритията за стъкло и контактни лещи могат да бъдат оптимизирани чрез измерване на контактния ъгъл.
Например, популярен метод за увеличаване на производството на нефт чрез инжектиране на вода в резервоара предполага, че водата запълва порите и изстисква маслото. В случай на малки пори и чиста вода това далеч не е така, следователно трябва да се добавят специални повърхностно активни вещества. Оценката на омокряемостта на скалите с добавяне на разтвори с различен състав може да бъде измерена с различни инструменти.
Омокряемост с вода.
Това свойство се проявява много ясно в способността на водата да "залепва" за много предмети, тоест да ги намокри. При изследване на това явление се установи, че всички вещества, които лесно се овлажняват с вода (глина, пясък, стъкло, хартия и т.н.), със сигурност съдържат кислородни атоми. За да се обясни естеството на омокрянето, този факт се оказа ключов: енергийно небалансираните молекули на повърхностния слой на водата са в състояние да образуват допълнителни водородни връзки с „външни“ кислородни атоми. Поради повърхностното напрежение и омокрящата способност водата може да се издигне в тесни вертикални канали до височина, по-голяма от позволената от гравитацията, тоест водата има свойството на капилярност.
Омокряемостта на твърдо вещество от течност е способността на течността да се разпространява по повърхността на твърдо вещество под въздействието на повърхностните молекулни сили.
Контурът на капка върху повърхността на твърдо вещество, по който влизат в контакт три фази - твърда, течна и газообразна, се нарича периметър на намокряне.Повърхностите на поровите канали на пореста среда се характеризират със значителна хетерогенност в омокряемостта. В тази връзка омокряемостта на скалата като цяло от различни течности може да се каже само като среден показател, който характеризира само съотношението и геометрията на областите с различна степен на омокряемост.
Средната селективна омокряемост на скалата с пластови флуиди може да бъде оценена чрез скоростта на поглъщане на вода в наситеното с нефт ядро. В този случай се измерва само относителната омокряемост на скалата (относително
(преодоляване на друга скална проба, чиито повърхностни свойства се приемат за известни). Това се дължи на зависимостта на скоростта на поглъщане на вода в пореста среда не само от големината на контактните ъгли, но и от многобройните свойства на скалата, чийто ефект е трудно да се вземе предвид.
Мярка за овлажняване на твърдо вещество от течност е контактният ъгъл v,образувана от повърхността на твърдо тяло и допирателна към повърхността на капката в точката на контакта й с тялото (фиг. 7).
Ориз. 7. Различни случаи на овлажняване на твърдо вещество от течност: течност омокря твърдо вещество (а); междинно състояние (б);течността не навлажнява твърдо вещество (v); 1 - течност; 2 - въздух; 3 - твърдо
Ако контактният ъгъл v< 90 °, след което течността навлажнява твърдата повърхност; ако ъгълът #> 90 °, тогава течността не навлажнява твърдата повърхност; ако ъгълът 0 = 90 °, тогава течността е в междинно състояние.
Намокрената с вода повърхност на твърдо вещество, за което v< 90 °, наречен хидрофилен.Немокра от вода твърда повърхност, за която в> 90 °, наречен хидрофобни.Омокрянето се получава в резултат на проявата на молекулни сили, действащи при разделянето на три фази: твърда - 3, газообразна - 2, течна - 1. Според способността на течността да навлажнява скалата, величината на повърхностното напрежение в преценява се системата скала-течност-газ или скала-течност-течност.
С равновесие на силите, приложени към единица дължина на периметъра на намокряне, ще имаме
където Gj_ 2, Gj_ 3 и G 2 _ 3 са повърхностни напрежения на границата между фази 1-2, 1-3, 2-3.
Скалите, които могат да съдържат нефт, газ, вода и да ги раздават по време на разработката, се наричат колекционери.Повечето от скалите на резервоара са от седиментен произход. Нефт и газ се съдържат в теригенни резервоари като пясъци, пясъчници, алевролити, а в карбонатни резервоари - варовици, доломити, тебешир.
Резервоарните скали трябва да имат капацитет (фиг. 8), т.е. система от пори (кухини), пукнатини и кухини.
Ориз. 8. Порно пространство в скалата: 1 - минерални зърна; 2 - поресто пространство на скалата, изпълнено с течност или газ
Но не всички скали с капацитет на резервоара са пропускливи за нефт и газ, т.е. колекционери. Ето защо е важно да се знае не само порьозността на резервоарите, но и пропускливостта. Пропускливостта на скалите зависи от напречните (към посоката на движение на въглеводородите) размери на кухините в скалата.
Обичайно е резервоарите да се разделят на три типа: гранулирани или порести (само кластични скали), пукнатини (всякакви скали) и кавернозни (само карбонатни скали).
Капацитетът на колектора на писалката се нарича порьозност.За характеризиране на порьозността се използва коефициентът на порьозност, който показва колко от общия обем на скалата е пори. Според размера си порите се делят на суперкапилярни (повече от 508 микрона), капилярни (508-0,2 микрона) и субкапилярни (по-малко от 0,2 микрона).
Нефтът, газът и водата в суперкапилярните пори се движат свободно под действието на гравитационните сили. В капилярните пори движението на нефт, газ и вода е затруднено поради проявата на силите на молекулярна кохезия. В субкапилярните пори не се осъществява движението на нефт, газ и вода. В резервоара движението на нефт, газ и вода се осъществява чрез комуникационни канали с размер над 0,2 микрона. Порьозността се разделя на обща, отворена и ефективна.
Общата порьозност е обемът на всички пори в скалата. Коефициентът на обща порьозност се представя от отношението на обема на всички пори Vj към обема на скалната проба V 2:
които общуват помежду си. Отворената порьозност се характеризира с коефициент на отворена порьозност £ no като отношение на общия обем на отворените пори V 0 към обема на скалната проба V 2".
Съществува и концепцията за ефективна порьозност, която се определя от наличието на пори в скалата, от които могат да се извличат нефт и газ по време на разработката. Ефективен коефициент на порьозност K P ^е равно на съотношението на обема на порите V eff, през
които са възможни за движение на нефт, газ и вода при определена температура и налягане до обема на скалната проба V 2:
коефициентът на порьозност на скалите варира от 17-25% до 40%.
Важен показател, характеризиращ свойствата на скалата да преминава нефт, газ и вода е пропускливост.Единицата за пропускливост е 1 μm 2. Това е пропускливостта на скалата, при филтриране през проба, чиято площ е 1 m 2, дължина 1 m и спад на налягането от 0,1 MPa, скоростта на потока на течност с вискозитет 1 MPa-s е 1 m 3 / сек. Пропускливостта зависи от размера и конфигурацията на порите, плътността на опаковане, счупването и относителното положение на скалните частици. Пропускливостта на натрошените варовици варира от 0,005 до 0,02 микрона, а на пясъчниците - от 0,05 до 3 микрона 2.
Порьозността и пропускливостта на нефтените и газовите резервоари често варират значително в един и същи резервоар. Размерът на порьозност и пропускливост значително влияе върху крайното извличане на нефт. В процеса на разработване на нефтени находища с цел повишаване на порьозността и пропускливостта се извършват различни геоложки и технически мерки, като киселинни обработки, хидравлично разбиване, разтоварване на пукнатини, обработка на формацията с оксид и др.
Определянето на порьозността и пропускливостта на нефтосъдържащите скали се извършва по материалите от геофизичните изследвания, пробите от керна, взети по време на сондиране, и според резултатите от изпитване на сондажи за приток. По пропускливост и порьозност, според A.A. Ханин (таблица 6), има шест класа резервоари.
Задържането на натрупвания от нефт и газ в скалите не е възможно, освен ако не са покрити с непроницаеми скали, наречени уплътнения. Гумите могат да бъдат глини, соли, гипс и анхидриди.
Таблица 6
| P / p No | Име на породата според разпространението на фракцията с размер на частиците | Ефективна порьозност, % | Газопропускливост, μm 2 | Оценка на резервоара по пропускливост и капацитет | Колекционерски клас |
| Среднозърнест пясъчник | 16,5 | >1 | много високо | аз | |
| Дребнозърнест алевролит | >1 | много високо | аз | ||
| Среднозърнест пясъчник | 15-16,5 | >1 | Високо | II | |
| Дребнозърнест алевролит | 26,5-29 | 0,5-1 | Високо | II | |
| Среднозърнест пясъчник | 11-15 | 0,1-0,5 | средно аритметично | NS | |
| Дребнозърнест алевролит | 20,5-26,5 | 0,1-0,5 | средно аритметично | III | |
| Среднозърнест пясъчник | 5,8-11 | 0,01-0,1 | намален | IV | |
| Дребнозърнест алевролит | 12-20,5 | 0,01-0,1 | намален | rv | |
| Среднозърнест пясъчник | 0,5-5,8 | 0,001-0,01 | ниско | V | |
| Дребнозърнест алевролит | 3,6-12 | 0,001-0,01 | ниско | V | |
| Среднозърнест пясъчник | 0,5 | < 0,001 | VI | ||
| Дребнозърнест пясъчник | < 0,001 | Колекторът няма индустриална стойност | VI | ||
| Груб алевролит | 3,3 | <0,001 | Колекторът няма индустриална стойност | VI | |
| Дребнозърнест алевролит | 3,6 | < 0,001 | Колекторът няма индустриална стойност | VI |
Гумите се отличават по естеството на разпределение, дебелина, еднородност на конституцията, плътност, пропускливост, минерален състав. Правете разлика между регионални, подрегионални, зонални и местни гуми.
Таблица 7.
Класификация на гумите според E.A. Бакиров
| P / p No | Име на гумите | Знак за подразделение |
| По район на разпространение | ||
| регионална | Разпределен в рамките на петролната и газова провинция или по-голямата част от нея | |
| Подрегионални | Разпространен в рамките на нефтената и газовата област или по-голямата част от нея | |
| Зонална | Разпределени в зона или зона на натрупване на нефт и газ | |
| Местни | Разпространява се на определени места | |
| Що се отнася до нивата на петрола и газа | ||
| Междуетажна | Припокривайте нивото на петрола и газа в едноетажни места или ги разделяйте на многоетажни места | |
| Вътреетажно | Разделете продуктивните хоризонти в рамките на нивото на нефт и газ | |
| По литоложки състав | ||
| Хомогенни (глина, карбонат, халоген) | Състои се от скали с еднакъв литоложки състав | |
| Хетерогенни: смесени (пясъчно-глинести; глинесто-карбонатни; теригенно-халогенни и др.) | Състои се от скали с различен литоложки състав, които нямат изразена настилка | |
| Наслоен | Състои се от редуващи се пластове от различни литоложки разновидности на скалите |
Регионалните уплътнения имат ареално разпространение, характеризират се с литологична консистенция и значителни
твърда дебелина. Те се наблюдават в определени региони (Волго-Уралски, Западносибирски провинции и др.)
Зоналните покрития се поддържат в рамките на отделна зона на издигания, те са по-малки по площ на разпространение от регионалните. Местни уплътнения се намират в мястото на натрупване и гарантират безопасността на отделните нефтени и газови находища.
Важна роля в екраниращите свойства на гумите играе степента на тяхната хомогенност. Наличието на прослойки от пясъчници и алевролити влошава свойствата на покривките.
Най-често има глинени покрития с добри екраниращи свойства, както и каменна сол и др. Колкото по-дебела е гумата, толкова значително по-високи са нейните изолационни свойства.
