Eller annan vätska. Vätning är av två typer:
- Nedsänkning(hela ytan på en fast kropp är i kontakt med en vätska)
- Kontakt(består av tre faser - fast, flytande, gasformig)
Om en vätska är i kontakt med ett fast ämne, finns det två möjligheter:
- Flytande molekyler attraheras till varandra starkare än till fasta molekyler. Som ett resultat av attraktionskraften mellan vätskans molekyler samlas den till en droppe. Så här beter den sig på glas, vatten på paraffin eller en "fet" yta. I det här fallet sägs vätskan göra det blöter inte yta;
- Molekylerna i en vätska attraheras svagare till varandra än till molekylerna i ett fast ämne. Som ett resultat tenderar vätskan att klamra sig fast vid ytan, sprider sig över den. Så beter sig kvicksilver på en zinkplatta, vatten på rent glas eller trä. I det här fallet sägs vätskan göra det väter yta.
EN UPPLEVELSE!
Om du sänker glasetstick i kvicksilver och ta sedan bort det, då kommer kvicksilver inte att vara på det. Om denna sticka sänks ner i vatten, kommer en droppe vatten att finnas kvar vid dess ände efter utdragning. Detta experiment visar att molekylernakvicksilver attraheras av varandra starkare än att stapla molekylerla, och vattenmolekyler attraherarär svagare för varandra än för glasmolekyler.
Om molekylerna i en vätskadras till varandra svagare, än till molekylerna i ett fast ämne kallas vätskan väta detta ämne. Till exempel, vatten väter rent glas och blöter inte paraffin. Om molekylerna i en vätska dras till varandra starkare än till molekylerna i ett fast ämne, då kallas vätskan icke-vätande detta ämne. Kvicksilver väter inte glas, men det väter ren koppar och zink.
Låt oss placera en horisontellt plan platta av fast substans och släppa testvätskan på den. Sedan droppen kommer att placeras antingen enligt fig. 5(a) eller enligt fig. 5(a). 5( b).
Fig. 5 (a) Fig. 5 (b)
I det första fallet, vätskan chivaet fast, och i den andra - nej. Markerad i Fig.5 vinkeln θ kallas kontaktvinkeln. Kontaktvinkeln bildas plan yta fast kropp och ett plan som tangerar vätskans fria yta där en fast kropp, vätska och gas gränsar; innerkantdet vänstra hörnet är alltid flytande. För att väta vätskor kontaktvinkeln är spetsig, och för icke-vätande sådana är den trubbig. För att förhindra att gravitationseffekten förvränger kontaktvinkeln bör droppen tas så liten som möjligt.
Ytspänningens manifestation kan detekteras genom att observera de fenomen som inträffar vid gränsytan mellan en fast kropp och en vätska.
Om, när en vätska kommer i kontakt med ett fast ämne, interaktionen mellan deras molekyler är starkare än interaktionen mellan molekylerna i själva vätskan, tenderar vätskan att öka kontaktytan och sprids över det fasta ämnet. I det här fallet sägs vätskan göra det väter fast (vatten på glas, kvicksilver på järn). Om interaktionen mellan ett fast ämnes molekyler och en vätskas molekyler är svagare än mellan själva vätskans molekyler, kommer vätskan att tendera att minska kontaktytan med det fasta ämnet. I det här fallet sägs vätskan göra det blöter inte fast kropp (vatten på paraffin, kvicksilver på glas).
Tänk på en droppe vätska på ytan av en fast kropp. Formen på en droppe sätts under påverkan av tre medier: vätska OCH, stel kropp T, luft eller gas G. Dessa tre medier har en gemensam gräns – en cirkel som begränsar droppen. Tre krafter av ytspänning appliceras på kontaktlinjen för tre medier, vilka är riktade tangentiellt in i kontaktytan för de motsvarande två medierna. Låt oss visa deras riktning vid punkten O- skärningspunkten för kontaktlinjen mellan tre medier och ritningens plan (fig. 12.4.1 och 12.4.2).
Dessa krafter, per längdenhet av kontaktlinjen, är lika med motsvarande ytspänningar. Vinkeln mellan tangenterna till ytan av en vätska och ett fast ämne kallas kontaktvinkel . Villkoret för en droppes jämvikt (fig. 12.4.1) är lika med noll av projektionerna av ytspänningskrafterna i tangentens riktning till den fasta kroppens yta:
Av denna likhet följer att kontaktvinkeln kan vara spetsig eller trubbig beroende på värdena för och . Om , då är vinkeln spetsig, dvs. vätska väter en fast yta. Om , så är vinkeln också trubbig, dvs. vätskan väter inte den fasta ytan.
Kontaktvinkeln måste uppfylla villkoret
Om detta villkor inte är uppfyllt kan en droppe vätska under inga omständigheter vara i jämvikt. Om vätskan sprider sig över den fasta kroppens yta och täcker den med en tunn film (fotogen på glasytan), - fullständig vätning sker. Om , då drar vätskan ihop sig till en sfärisk droppe (dagg på ytan av ett trädblad).
12.5. Kapillärfenomen
Ytan på vätvätskan, som ligger i ett smalt rör (kapillär), har en konkav form och inte vätande - konvex. Sådana krökta vätskeytor kallas menisker . Låt en kapillär i form av ett cylindriskt rör med en kanalradie r nedsänkt i ena änden i en vätska som väter dess väggar (Fig. 12.5.1). Menisken i den kommer att ha en sfärisk form ( Rär sfärens radie). Under menisken kommer vätskans tryck att vara mindre än i ett brett kärl, där vätskans yta är praktiskt taget platt. Därför, i kapillären, stiger vätskan till en höjd h, vid vilken vikten av vätskekolonnen i den kommer att balansera det negativa ytterligare trycket:
var är vätskans densitet. Med tanke på det får vi
Sålunda är höjden av höjningen av den vätande vätskan i kapillären desto större är dess radie. Samma formel gör det också möjligt att bestämma djupet av sättningar i kapillären hos en icke-vätande vätska.
Exempel 12.5.1. Ett glasrör med en inre kanaldiameter lika med 1mm. Hitta massan av vatten i röret.
Lösning:
Vätning eller icke-vätning av en fast yta av en vätska hänvisar också till ytfenomen. När en droppe vätska appliceras på en fast yta uppstår attraktionskrafter mellan molekylerna i vätskan och det fasta ämnet. Om dessa attraktionskrafter är större än attraktionskrafterna mellan vätskemolekyler så kommer vätskedroppen att spridas över ytan, d.v.s. vätska väter ett fast ämne. Om attraktionskraften mellan molekylerna i en vätska är större än mellan molekylerna i en vätska och en fast substans, så väter inte vätskan ytan.
Droppens form beror på graden av vätning (icke väta). Vinkeln som en vätskedroppe bildar med en yta kallas kontaktvinkel. Beroende på kontaktvinkelns värden finns det tre huvudtyper av vätning.
1. Icke-vätande (dålig vätning) - kontaktvinkeln är trubbig, till exempel vatten på teflon.
2. Vätning (begränsad vätning) - kontaktvinkeln är skarp, till exempel vatten på en metall belagd med en oxidfilm.
3. Fullständig vätning. Kontaktvinkeln är inte inställd, droppen sprider sig till en tunn film, till exempel kvicksilver på blyytan, renad från oxidfilmen.
En yta som fuktas av vatten kallas hydrofila.
Ämnen med en hydrofil yta inkluderar diamant, kvarts, glas, cellulosa och metaller. Ytor som väts av opolära vätskor är hydrofobisk eller olefil. Dessa inkluderar ytan av grafit, talk, svavel, paraffin, teflon.
Ytor kan på konstgjord väg ges egenskapen att vätas av vilken vätska som helst. Till exempel, för att förbättra vätning av en fet yta med vatten, tillsätts ett ytaktivt ämne till vattnet. Och för att ge vattenavvisande egenskaper smörjs de med olja. Till exempel om ytan på bordet är insmord med ett lager vegetabilisk olja degen fastnar inte på bordet. Detta är vad professionella konditorer och bagare använder.
Blötning spelar viktig roll vid anrikning av malmer med metoden bilder. Kärnan i denna process ligger i det faktum att finkrossad malm som innehåller gråberg fuktas med vatten och ett ytaktivt ämne tillsätts. Luft blåses genom den erhållna suspensionen. Det resulterande skummet bär uppåtgående partiklar av ett värdefullt mineral som inte vätas av vatten, och gråberget (sanden) som väts av vatten lägger sig till botten under inverkan av gravitationen.
Fotografering används också i Livsmedelsindustrin till exempel stärkelse. Huvudråvaran för framställning av stärkelse är majskorn, som förutom stärkelse innehåller protein och fett. När luftbubblor passerar genom suspensionen fastnar proteinpartiklarna på dem och flyter och bildar ett lätt borttagbart skum på ytan, och stärkelsekorn lägger sig på botten.
Stor betydelse har vätning under mekanisk bearbetning av material - skärning, borrning och slipning. Fasta kroppar är fulla av sprickor av olika tjocklek. Under påverkan av yttre belastningar expanderar dessa sprickor och kroppen kollapsar. När lasten tas bort kan sprickor "slamra". När en fast kropp behandlas mekaniskt i en vätska som väter den, hindrar vätskan att de hamnar i mikrosprickor från att stängas. Därför förstörelsen av fasta ämnen i en vätska
Går lättare än i luften.
Vätning är ett ytfenomen som består i växelverkan mellan en vätska och en fast eller annan yta.
Vätning är av två typer:
Nedsänkning (hela ytan på en fast kropp är i kontakt med en vätska)
Kontakt (består av 3 faser - fast, flytande, gasformig)
Graden av vätning kännetecknas av vätningsvinkeln. Vätningsvinkeln (eller vätningskontaktvinkeln) är vinkeln som bildas av tangentplanen till gränsytytorna som begränsar vätningsvätskan, och vinkelns spets ligger på de tre fasernas delningslinje. Det mäts med den fastsittande droppmetoden. När det gäller pulver har tillförlitliga metoder som ger en hög grad av reproducerbarhet ännu inte utvecklats (2008). En viktmetod för att bestämma graden av vätning har föreslagits, men den har ännu inte standardiserats.
Att mäta graden av vätning är mycket viktigt i många branscher
(färg och lack, läkemedel, kosmetika, etc.). Till exempel appliceras speciella beläggningar på bilarnas vindrutor, som måste vara resistenta mot olika typer av föroreningar. Sammansättningen och de fysikaliska egenskaperna hos glas- och kontaktlinsbeläggningar kan optimeras genom att mäta kontaktvinkeln.
När en vätska kommer i kontakt med ytan på ett fast ämne är två fall möjliga: vätskan väter det fasta ämnet och väter det inte. Om till exempel droppar av kvicksilver placeras på ytan av rent järn och på rent glas, så kommer de att spridas på ytan av järn, och på ytan av glas kommer de att ha en form nära sfärisk.
Om växelverkanskrafterna mellan molekylerna i ett fast ämne och molekylerna i en vätska är större än växelverkanskrafterna mellan molekylerna i en vätska, väter vätskan det fasta ämnet (kvicksilver-järn). I ett annat fall väter inte vätskan det fasta ämnet (kvicksilver-järn).
Den krökta ytan av en vätska i smala cylindriska rör eller nära väggarna i ett kärl kallas menisk. Ytan på den vätande vätskan nära det fasta ämnet stiger och menisken är konkav (Fig. 49.1, a). I en icke-vätande vätska sjunker dess yta nära det fasta ämnet något, och menisken är konvex (Fig. 49.1, b) ).
Figur 49.1
För att avgöra om en vätska är vätande eller icke-vätande med avseende på ett fast ämne, är det möjligt att använda kontaktvinkeln (vinkeln mellan ytan av det fasta ämnet och tangenten till vätskans yta vid punkt M).
För en vätska som väter ytan på ett fast ämne är kontaktvinkeln spetsig (< 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.
En vätande vätska har en konkav menisk, medan en icke vätande vätska har en konvex.
Vätning beror på förhållandet mellan vidhäftningskrafterna hos vätskemolekyler med molekyler (eller atomer) i den våta kroppen (adhesion) och krafterna för ömsesidig vidhäftning av vätskemolekyler (kohesion).
Graden av vätning kännetecknas av vätningsvinkeln. Vätningsvinkeln (eller vätningskontaktvinkeln) är vinkeln som bildas av tangentplanen till gränsytytorna som begränsar vätningsvätskan, och vinkelns spets ligger på de tre fasernas delningslinje. Det mäts med den fastsittande droppmetoden. När det gäller pulver har tillförlitliga metoder som ger en hög grad av reproducerbarhet ännu inte utvecklats. En viktmetod för att bestämma graden av vätning har föreslagits, men den har ännu inte standardiserats.
Mätningen av vätning är mycket viktig i många industrier (färger, läkemedel, kosmetika, etc.). Till exempel appliceras speciella beläggningar på bilarnas vindrutor, som måste vara resistenta mot olika typer av föroreningar. Sammansättningen och de fysikaliska egenskaperna hos glas- och kontaktlinsbeläggningar kan optimeras genom att mäta kontaktvinkeln.
En populär metod för att öka oljeproduktionen genom att pumpa in vatten i reservoaren bygger till exempel på att vatten fyller porerna och pressar ut oljan. När det gäller små porer och rent vatten är detta långt ifrån fallet, så speciella ytaktiva ämnen måste tillsättas. Bedömningen av bergarters vätbarhet vid tillsats av lösningar av olika sammansättning kan mätas med olika instrument.
Vattens vätbarhet.
Denna egenskap manifesteras mycket tydligt i vattnets förmåga att "klibba" till många föremål, det vill säga att väta dem. När man studerade detta fenomen fann man att alla ämnen som lätt vätes av vatten (lera, sand, glas, papper etc.) verkligen har syreatomer i sin sammansättning. För att förklara vätningens natur visade sig detta faktum vara nyckeln: energiskt obalanserade molekyler i ytskiktet av vatten får möjlighet att bilda ytterligare vätebindningar med "främmande" syreatomer. På grund av ytspänning och vätningsförmåga kan vatten stiga i smala vertikala kanaler till en höjd som är större än vad gravitationen tillåter, det vill säga vatten har kapilläregenskaper.
Vätbarheten hos ett fast ämne av en vätska är en vätskas förmåga att spridas över ytan av ett fast ämne under inverkan av ytmolekylära krafter.
Konturen av en droppe på ytan av en fast substans, längs vilken tre faser kommer i kontakt - fast, flytande och gasformig, kallas vätningsomkrets. Ytorna på porkanalerna i porösa medier kännetecknas av betydande inhomogenitet när det gäller vätbarhet. I detta avseende kan bergets vätbarhet som helhet av olika vätskor endast talas om som en genomsnittlig indikator som endast karakteriserar förhållandet och geometrin för områden med olika grader av vätbarhet.
Den genomsnittliga selektiva vätbarheten av berget genom formationsvätskor kan uppskattas från hastigheten för vattenabsorption i den oljemättade kärnan. I detta fall mäts endast bergets relativa vätbarhet (relativt vätbarheten
broar av ett annat bergprov, vars ytegenskaper antas vara kända). Detta beror på beroendet av hastigheten för vattenuppsugning i ett poröst medium, inte bara på storleken på kontaktvinklarna, utan också på många bergegenskaper, vars effekt är svår att ta hänsyn till.
Ett mått på vätningen av ett fast ämne av en vätska är vätningsvinkeln i, bildas av ytan på en fast kropp och tangenten till droppens yta vid kontaktpunkten med kroppen (fig. 7).
Ris. 7. Olika fall av vätning av en fast kropp med en vätska: vätska väter en fast kropp (a); mellantillstånd (b); vätskan väter inte fast (i); 1 - vätska; 2 - luft; 3 - fast
Om kontaktvinkeln i< 90°, då väter vätskan den fasta ytan; om vinkeln #>90°, så väter inte vätskan den fasta ytan; om vinkeln 0 = 90° är vätskan i ett mellantillstånd.
Den vattenfuktade ytan av en fast kropp, för vilken i< 90°, anropad hydrofila. Ytan av ett fast ämne som inte väts av vatten, för vilket i > 90°, anropad hydrofobisk. Vätning uppstår som ett resultat av manifestationen av molekylära krafter som verkar på sektionen av tre faser: fast - 3, gasformig - 2, flytande - 1. En vätskas förmåga att väta berget används för att bedöma storleken på ytspänningen i berg-vätske-gas- eller berg-vätske-vätska-systemet.
Med balansen av krafter som appliceras på en enhetslängd av vätningsperimetern kommer vi att ha
där Gj_ 2 , Gj_ 3 och G 2 _ 3 - ytspänning vid gränsen till faserna 1-2, 1-3, 2-3.
Bergarter som kan innehålla olja, gas, vatten och släppa ut dem under utveckling kallas samlare. De flesta av reservoarbergarterna är av sedimentärt ursprung. Olja och gas finns i fruktansvärda reservoarer, såsom sand, sandsten, siltstenar och i karbonatreservoarer - kalksten, dolomit, krita.
Reservoarbergarter måste ha en kapacitet (fig. 8), d.v.s. system av porer (hålrum), sprickor och hålor.
Ris. 8. Porrum i berget: 1 - mineralkorn; 2 - bergporutrymme fyllt med vätska eller gas
Men inte alla reservoarbergarter är permeabla för olja och gas; samlare. Därför är det viktigt att inte bara känna till reservoarporositet, utan också permeabilitet. Permeabiliteten hos bergarter beror på de tvärgående (mot kolvätens rörelseriktning) dimensioner av hålrum i berget.
Det är vanligt att dela upp reservoarer i tre typer: granulära eller porösa (endast klastiska bergarter), spruckna (vilka som helst) och kavernösa (endast karbonatstenar).
Kapacitansen för pennsamlaren kallas porositet. För att karakterisera porositeten används porositetskoefficienten som visar vilken del av den totala bergvolymen som är porer. Efter storlek delas porerna in i superkapillär (mer än 508 mikron), kapillär (508-0,2 mikron) och subkapillär (mindre än 0,2 mikron).
Olja, gas och vatten i superkapillära porer rör sig fritt under inverkan av gravitationskrafter. I kapillärporer hindras rörelsen av olja, gas och vatten på grund av manifestationen av molekylära sammanhållningskrafter. I subkapillära porer sker ingen rörelse av olja, gas och vatten. I reservoaren sker rörelsen av olja, gas och vatten genom kommunicerande kanaler som är större än 0,2 µm. Porositet delas in i allmän, öppen och effektiv.
Total porositet är volymen av alla porer i en sten. Koefficienten för total porositet representeras av förhållandet mellan volymen av alla porer Vj och volymen av bergprovet V 2:
som kommunicerar med varandra. Öppen porositet kännetecknas av koefficienten för öppen porositet £ nej som förhållandet mellan den totala volymen öppna porer V 0 och volymen av bergprovet V2".
Det finns också begreppet effektiv porositet, som bestäms av närvaron av porer i berget, från vilka olja och gas kan utvinnas under utveckling. Effektiv porositetskoefficient K P ^ lika med förhållandet mellan porvolymen U eff, genom vilken
vilken rörelse av olja, gas och vatten vid viss temperatur och tryck är möjlig, till bergprovets volym V 2:
porositetskoefficienten för stenar varierar från 17-25% till 40%.
En viktig indikator som kännetecknar bergets egenskaper att passera olja, gas och vatten är permeabilitet. Permeabilitetsenheten är 1 µm 2 . Detta är bergets permeabilitet, när man filtrerar genom ett prov med en yta på 1 m 2, en längd på 1 m och ett tryckfall på 0,1 MPa, flödeshastigheten för en vätska med en viskositet på 1 MPa -s är 1 m 3 / s. Permeabiliteten beror på porernas storlek och konfiguration, staplingsdensitet, sprickbildning och bergpartiklarnas relativa position. Permeabiliteten för spruckna kalkstenar varierar från 0,005 till 0,02 mikron, och sandstenar - från 0,05 till 3 mikron 2 .
Olje- och gasreservoarernas porositet och permeabilitet varierar ofta avsevärt inom samma reservoar. Värdet av porositet och permeabilitet påverkar i hög grad den slutliga oljeutvinningen. I processen att utveckla oljefält, för att öka porositeten och permeabiliteten, utförs olika geologiska och tekniska åtgärder, såsom syrabehandlingar, hydraulisk sprickbildning, slitsavlastning, behandling av formationen med ett oxidat, etc.
Bestämning av porositet och permeabilitet för oljebärande bergarter utförs i enlighet med materialen från geofysiska studier, kärnprover tagna under borrning och enligt resultaten av provningsbrunnar för inflöde. När det gäller permeabilitet och porositet, enligt A.A. Khanin (tabell 6), det finns sex klasser av reservoarer.
Håller ansamlingar av olja och gas inne stenar omöjliga om de inte är täckta av ogenomträngliga stenar, som kallas däck. Leror, salter, gips och anhydrider kan användas som däck.
Tabell 6
| nr. p/s | Namnet på rasen enligt den granulometriska fraktionens dominans | Effektiv porositet, % | Gaspermeabilitet, µm 2 | Reservoarbedömning genom permeabilitet och kapacitet | Samlarklass |
| Sandsten medelkornig | 16,5 | >1 | väldigt högt | jag | |
| Finkornig siltsten | >1 | väldigt högt | jag | ||
| Sandsten medelkornig | 15-16,5 | >1 | hög | II | |
| Finkornig siltsten | 26,5-29 | 0,5-1 | hög | II | |
| Sandsten medelkornig | 11-15 | 0,1-0,5 | medel | W | |
| Finkornig siltsten | 20,5-26,5 | 0,1-0,5 | medel | III | |
| Sandsten medelkornig | 5,8-11 | 0,01-0,1 | nedsatt | IV | |
| Finkornig siltsten | 12-20,5 | 0,01-0,1 | nedsatt | rv | |
| Sandsten medelkornig | 0,5-5,8 | 0,001-0,01 | låg | V | |
| Finkornig siltsten | 3,6-12 | 0,001-0,01 | låg | V | |
| Sandsten medelkornig | 0,5 | < 0,001 | VI | ||
| Finkornig sandsten | < 0,001 | Samlaren har nr industriellt värde | VI | ||
| Grovkornig siltsten | 3,3 | <0,001 | Samlaren har inget industriellt värde | VI | |
| Finkornig siltsten | 3,6 | < 0,001 | Samlaren har inget industriellt värde | VI |
Däck kännetecknas av fördelningens natur, tjocklek, enhetlighet i tillsatsen, densitet, permeabilitet och mineralsammansättning. Det finns regionala, subregionala, zonbaserade och lokala däck.
Tabell 7
Klassificering av däck enligt E.A. Bakirov
| nr. p/s | Namn på däck | Indelningsskylt |
| Efter distributionsområde | ||
| Regional | Distribuerad inom olje- och gasprovinsen eller större delen av den | |
| Subregionala | Distribuerad inom olje- och gasregionen eller större delen av den | |
| Zonal | Distribuerad inom zonen eller regionen för olje- och gasansamling | |
| Lokal | Fördelat inom enskilda orter | |
| När det gäller olje- och gasnivåer | ||
| Interfloor | Överlappa olje- och gasnivån på orter med en våning eller separera dem på orter med flera våningar | |
| Intragolv | Dela produktiva horisonter inom olje- och gasnivån | |
| Genom litologisk sammansättning | ||
| Homogen (lera, karbonat, halogen) | Består av stenar med samma litologiska sammansättning | |
| Heterogen: blandad (sand-lera; lera-karbonat; terrigen-halogen och andra) | De består av bergarter av olika litologiska sammansättningar som inte har en tydligt definierad skiktning | |
| Stratifierad | Består av alternerande mellanskikt av olika litologiska skillnader mellan bergarter |
Regionsälar har en arealfördelning, kännetecknas av litologisk konsistens och betydande
kroppstjocklek. De observeras inom vissa regioner (Volga-Ural, Västsibiriska provinsen, etc.)
Zonsälar upprätthålls inom en separat zon av landhöjningar; när det gäller utbredningsområde är de mindre än regionala. Lokala tätningar finns inom ackumuleringsplatsen och garanterar säkerheten för enskilda olje- och gasfyndigheter.
En stor roll i däckens skärmningsegenskaper spelas av graden av deras enhetlighet. Närvaron av mellanskikt av sandsten och siltsten försämrar däckens egenskaper.
Oftast finns det lerdäck med goda avskärmningsegenskaper, samt stensalt m.m. Ju tjockare däck, desto högre isoleringsegenskaper.
