毛管压力的概念和性质

毛管压力的概念和性质

由于底层中流体流动的空间是一些弯弯曲曲、大小不等、彼此曲折相通的复杂小孔道，这些孔道可看成是变断面、且表面粗糙的毛细管。而储层岩石则可以看为一个多维的相互连通的 毛细管网络， 以下毛细管束模型是将毛细管网络简化成由大小相同的毛细管构成的模型，用平均半径代表它变化的孔隙尺寸，由于真实的流体流过的距离与简化模型的直线距离油差异，这里引入一个迂曲系数进行校正。由于流体1渗流的基本空间是毛管，因此研究油气水在毛管中出现的特性就显得十分重要了。

如下图所示，我们可以看到同样材质的纸条将其插入红色液体中，由于毛细管力的存在使其克服重力向上吸附，同时由于不同纸条的宽度d的大小也导致液面上升高度有所差别，下面我们就来定量分析一下。

毛管压力：毛管中弯液面两侧 非润湿 相与 湿相的压力差， 是 润湿张力 与 界面张力σ 共同作用对其弯液面内部产生的 附加压力。

水倾向于润湿管壁内部表面，在下图的B'处存在三个界面 表面张力 σ12（空气与水）、σ23（空气与管壁）、σ13（管壁与水）

B'处三相周界受力：σ23-σ13（附着张力/润湿张力）=σ12cosθ（指向凹液面内侧）

水柱受到向上及向下的力：（σ23-σ13）*2πr=πr2pgh-----------h=2σ12cosθrpg

1.毛管力为毛管中弯液面两侧非湿相与湿相的压力差，是润湿张力与界面张力σ共同作用对其弯液面内部产生的附加压力。

2.毛管压力方向指向弯液面凹侧；大小为液柱产生的压力，且Pa与cosθ、σ成正比，与r成反比。

3.毛管力存在于任何方向放置的毛细管中。

4.当岩石亲水、水在毛管力的作用下会自动进入岩心，这个过程称作吸吮过程或自吸过程；当岩石亲油，必须施加外力克服毛管力，岩心才能吸水，该过程称为驱替过程。

1.Pc与毛管半径r成反比，r越小，Pc越大；

2.Pc与两相流体的界面自由能σ成正比，σ越大Pc越大；

3.Pc与cosθ成正比，θ<90°时，毛管孔道亲水，毛管力Pc为正，水面自发上升；θ>90°时，毛管孔道亲油毛管力Pc为负，水面自发下降；

4.倾斜毛管的毛管力的特征（如图）

土壤水分有哪些类型?其中可被植物吸收利用的是哪些？

土壤水根据其水分所受的力的作用把土壤水分为以下几个类型：

一.吸附水,或者称为束缚水,其又分为吸湿水（紧束缚水）和膜状水（松束缚水）

1 吸湿水：受到土粒表面分子的引力很大,最内层可以达到pF值7.0,最外层为pF值4．5.所以吸湿水不能移动,无溶解力,植物不能吸收,重力也不能使它移动,只有在转变为汽态水的先决条件下才能运动,因此又称为紧束缚水,属于无效水分.

2 薄膜水：能被植物根系吸收,但数量少,不能及时补给植物的需求,对植物生长发育来说属于弱有效水分.又称为松束缚水分.

二.毛管水：毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的水分.很容易被植物吸收.

毛管水是土壤中最宝贵的水分,因为土壤对毛管水的吸引力只有pF值2.3.8,接近于自然水,可以向各个方向移动,根系的吸水力大于土壤对毛管水的吸力,所以毛管水很容易被植物吸收.毛管水中溶解的养分也可以供植物利用.

三.重力水;当进入土壤的水分超过田间持水量后,一部分水沿着大孔隙受重力作用向下渗漏,这部分受重力作用的土壤水称重力水.

重力水虽然能被植物吸收,但因为下渗速度很快,实际上被植物利用的机会很少.

上述各类型的水分在一定条件下可以相互转化,例如：超过薄膜水的水分即成为毛管水；超过毛管水的水分成为重力水；重力水下渗聚积成地下水；地下水上升又成为毛管支持水；当土壤水分大量蒸发,土壤中就只有吸湿水.

土壤水根据其水分所受的力的作用把土壤水分为以下几个类型：

一.吸附水，或者称为束缚水，其又分为吸湿水（紧束缚水）和膜状水（松束缚水）

1 吸湿水：受到土粒表面分子的引力很大，最内层可以达到pF值7.0，最外层为pF值4．5。所以吸湿水不能移动，无溶解力，植物不能吸收，重力也不能使它移动，只有在转变为汽态水的先决条件下才能运动，因此又称为紧束缚水，属于无效水分。

2 薄膜水：能被植物根系吸收，但数量少，不能及时补给植物的需求，对植物生长发育来说属于弱有效水分。又称为松束缚水分。

二.毛管水：毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的水分。很容易被植物吸收。

毛管水是土壤中最宝贵的水分，因为土壤对毛管水的吸引力只有pF值2.0～3.8，接近于自然水，可以向各个方向移动，根系的吸水力大于土壤对毛管水的吸力，所以毛管水很容易被植物吸收。毛管水中溶解的养分也可以供植物利用。

三.重力水;当进入土壤的水分超过田间持水量后，一部分水沿着大孔隙受重力作用向下渗漏，这部分受重力作用的土壤水称重力水。

重力水虽然能被植物吸收，但因为下渗速度很快，实际上被植物利用的机会很少。

上述各类型的水分在一定条件下可以相互转化，例如：超过薄膜水的水分即成为毛管水；超过毛管水的水分成为重力水；重力水下渗聚积成地下水；地下水上升又成为毛管支持水；当土壤水分大量蒸发，土壤中就只有吸湿水。