Гістерезис - відставання, запізнювання зміни фізичної величини, що характеризує стан тіла від зміни іншої фізичної величини, що визначає зовнішні умови.
Гістерезис змочування - явище, яке полягає в затримці встановлення рівноважного значення змочування внаслідок тертя при переміщенні периметра краплі по поверхні твердого тіла.
Явища статичного гістерезису змочування тісно пов'язані з процесами адсорбції, які залежать від природи поверхневого шару. Мірою статичного гістерезису змочування може служити величина, що дорівнює різниці косинусів кутів:
Ця різниця виходить при різному порядку змочування твердої поверхні рідинами 1 і 2. Величина # 8710; В залежить від середовища (1 або 2), якій спочатку була змочена поверхня. У присутності адсорбційного шару статичний гістерезис змочування різко зростає.
У пластових умовах спостерігаються нестійкі процеси. що відбуваються на поверхні розділу фаз, відмінні від розглянутих вище (розд. 6.4). Процеси змочування описують нерівноважні процеси і зави-сят не тільки від природи поверхонь, але і від швидкості і напряму руху фронту рідини (менісків) в капілярних каналах.
Кінетичним гистерезисом змочування прийнято називати через трансформаційних змін кута змочування при пересуванні по твердій поверхні трифазного периметра змочування. Величина гістерезису залежить від:
· Напрямку руху периметра змочування, тобто від того, від-ходить витіснення з твердої поверхні води нафтою або нафти водою;
· Швидкості переміщення трифазної межі розділу фаз по твердій поверхні;
· Шорсткості твердої поверхні;
· Адсорбції на поверхні речовин.
За рахунок витіснення нафти водою утворюється пересувається трифазний периметр змочування. Кут змочування змінюється в зави-ності від швидкості і напряму руху периметра змочування рідиною поверхні порід (менісків рідини, рис. 6.7) в каналах і тріщинах.
Мал. 6.7. Схема зміни кутів змочування при зміні напрямку дви-жения меніска в капілярному каналі
Кут, що утворюється при витісненні нафти водою (Q21), прийнято називати наступаючий. а кут, що утворюється при витісненні води нафтою (Q12) - відступає. Кути змочування відступаючий (Q12), наступаючий (Q21) і статичний (Q) завжди знаходяться в співвідношенні
Кут змочування залежить від того, чи відбувається витіснення з твердої по-поверхні води нафтою або нафти водою. Зі збільшенням швидкості витіснення нафти водою з капілярних каналів пористого середовища внаслідок гістерезисних явищ наступаючий кут змочуючи-ня зростає і може стати більше 90 о. якщо навіть в статичних умовах поверхню капіляра гідрофільна.
Причини гистерезиса недостатньо вивчені. Деякі дослід-Ватель вважають, що гістерезис обумовлений силами тертя, так як він виникає на Шеро-Ховатія поверхнях. На полірованих поверхонь-стях гистерезис про-є слабо.
Більшість дослідників вважають, що явища гістерезису мають молекулярну природу. При витісненні з пір нафти водою доводиться видаляти з твердої поверхні адсорбовані молекули полярних компонентів нафти. Тому виникає додатковий опір розтіканню води по поверхні. Залежно від порядку змочування значення цих сил опору неоднаково, що навіть зумовлено відмінність відступаючих і наступаючих кутів.
6.6. Властивості поверхневих шарів пластових рідин
Про структуру поверхневих шарів існують різні пред-положення. Багато дослідників, що вивчають будову і товщину тонких шарів рідини, пов'язують утворення поверхневих шарів з поляризацією молекул і їх орієнтацією від поверхні твердого тіла у внутрішні області рідини з утворенням сольватних шарів. Сольватного називаються полімолекулярнимі шари орієнтованих молекул, адсорбирующихся поверхнею зерен породи. Сольватні поверхневі шари в порах пласта. заповнених нафтою, складаються з поверхнево-активних компонентів нафти.
Поверхнево-активні компонентів нафти можуть концентр-рова не тільки на поверхні, але і в приповерхневому обсязі поблизу поверхні розділу. За результатами вимірювань Б. В. Дерягина і М. М. Кусакова товщина змочуючих плівок водних розчинів солей на різних поверхнях становить близько 0,1 мкм. За результатами досліджень І. Л. Мархасін, товщина граничного шару нафти залишається на поверхні кварцового піску, при витісненні її з реально існуючими градієнтами тисків може досягати 2-3 мкм.
Ці шари відрізняються від решти рідини структурою і механічними властивостями - пружністю на зрушення і підвищеною в'язкістю.
Особливими властивостями володіють також адсорбційні і пов'язані з ними сольватні оболонки на розділі фаз "вода-нафта" в поклади. Передбачається, що поверхневий шар на розділі фаз "вода-нафта" утворюється в результаті виборчого змочування водною фазою гідрофільних ділянок їх поверхні. До їх складу входять нафтено-ші кислоти, низькомолекулярні смоли, колоїдні частинки високомолекулярних смол і асфальтенів, мікрокристали парафіну, частинки мінеральних солей у вигляді суспензій. Адсорбуватися на поверхні цих шарів асфальто-смолисті речовини, що переходять в гелевидний стан, цементують частинки парафіну і мінералів в щільний монолітний шар. В результаті чого поверхневий шар ще більш потовщується і надає затримує вплив на процеси витіснення.
Існування адсорбційних шарів на розділі "залишкова вода-нафта" також робить деякий затримує вплив сміши-вання, що нагнітаються в пласт вод із залишковими.