Электрофизические процессы. Процессы рабочих агентов (часть 3)

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.
Иначе обстоит дело с поверхностным натяжением на границе двух жидкостей. При изменении давления межмолекулярные силы у каждой из жидкостей изменяются примерно одинаково, так что поверхностное натяжение остается постоянным.
Рассматривая поверхностные явления, следует иметь в виду, что сцепление разнородных молекул друг с другом (адгезия) всегда больше сцепления однородных молекул (когезия) для наименее полярной фазы и меньше взаимного сцепления однородных молекул более полярной фазы.
Взаимодействие фаз на поверхности их раздела за счет действия сил поверхностного натяжения называется процессом смачивания. Смачиваемость является мерой физико-химической активности жидкой фазы по отношению к твердой поверхности. Академик П. А. Ребиндер показал, что жидкости, обладающие наибольшей полярностью, а следовательно, и наименьшим поверхностным натяжением лучше смачивают твердую поверхность, чем жидкости с высокой полярностью. Улучшение смачивания твердого тела жидкостью является основным признаком выравнивания их полярности и понижения поверхностного натяжения на границе раздела. В геотехнологических процессах обычно участвуют две или более жидкие фазы, и при их совместном контактировании с коллектором будет смачивать та жидкость, которая обладает наилучшей избирательной смачиваемостью. Поверхность породы должна лучше смачиваться той жидкостью, которая обладает меньшей разностью полярностей между твердым телом и жидкостью, т. е. меньшей величиной поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Характеристикой избирательного смачивания принято считать величину краевого угла, образованного границей раздела жидкостей и твердой поверхностью. Условие равновесного состояния на трехфазной границе характеризуется следующим уравнением (рис. 3.5):

где σ1,2, σ2,3, σ1,3 — поверхностные натяжения на границе между различными фазами; θ1 — краевой угол смачивания.

Поверхностное натяжение совместно с величиной краевого угла смачивания определяет величину связи флюидов с поверхностью породы.

---