Поверхностные явления в подземном коллекторе (часть 1)

Все геотехнологические процессы происходят на поверхности контакта полезного ископаемого, вмещающей породы и рабочего агента, поэтому особое значение приобретает установление влияния поверхностных явлений на интенсивность протекающих процессов. Всякая поверхность, отделяющая одну фазу от другой, сильно отличается по своим физико-химическим свойствам от внутренних объемов граничащих фаз. Граничные поверхности обладают запасом свободной поверхностной энергии, обусловленной особым (некомпенсированным) положением молекул в пограничном слое.
В подземном коллекторе содержится огромное скопление пор, каверн, трещин и каналов, поверхность которых достигает нескольких гектаров в 1м3 породы. Поэтому поверхностные явления оказывают большое влияние на движение флюидов в подземном коллекторе из-за особых свойств пограничных слоев.
Поверхностным слоем считается такой, толщина которого равна радиусу действия сил межмолекулярного взаимодействия. Молекулы, расположенные в поверхностном слое, стремятся втянуться внутрь жидкости, и поверхность ее также стремится уменьшиться. Перемещение молекул из внутреннего объема в поверхностный слой для образования новой поверхности требует затраты определенной работы. Работа, затраченная на образование 1 м2 поверхности, называется поверхностным натяжением. Таким образом, поверхностное натяжение представляет собой свободную энергию единицы поверхности и зависит от природы соприкасающихся фаз, меры напряженности, межмолекулярных сил, т. е. полярности. Чем больше отличаются друг от друга по полярности соприкасающиеся фазы, тем больше будет поверхностное натяжение на границе их раздела.
Вода относится к наиболее полярным жидкостям, ее поверхностное натяжение составляет 720 мкН/см. Жидкая сера - также полярное вещество с поверхностным натяжением на границе с воздухом 600 мкН/см. Воздух менее полярен, чем вода, и поэтому поверхностное натяжение на границе между серой и водой (420 мкН/см) меньше поверхностного натяжения на границе сера-воздух. С ростом температуры межмолекулярные силы ослабевают, что приводит к уменьшению поверхностного натяжения, влияние давления на которое зависит от агрегатного состояния соприкасающихся фаз. С увеличением давления поверхностное натяжение жидкости на границе с газом понижается. Это связано с уменьшением свободной поверхности энергии вследствие сжатия газа и его растворения в жидкости.

---