زاویه تماس پیش رونده (θ_a) و پس رونده (θ_r)

فرض کنید که یک قطره مایع روی یک سطح جامد قرار دارد. اگر ما یک مقدار کمی از سیال را به این قطره اضافه کنیم، حجم قطره و زاویه تماس افزایش می یابد. به این زاویه تماس، advancing contact angle یا (θ_a) می گویند. حال اگر حجم قطره را کاهش دهیم و سپس زاویه تماس را اندازه بگیریم، مشاهده می کنیم که زاویه تماس کاهش پیدا خواهد کرد و این زاویه تماس را اصطلاحاً receding contact angle یا (θ_r)  می نامند. بنابراین، زاویه تماسی که در اثر انبساط قطره مایع تشکیل می شود را θ_a ، و زاویه تماسی که در اثر انقباض قطره مایع تشکیل می شود را θ_r می نامند. 

{برای مشاهده فیلم مربوط به زاویه θ_a به این لینک و برای مشاهده زاویه θ_r به این لینک مراجعه کنید.}

نکته: θ_a به یک مقدار ماکزیمم و θ_r به یک مقدار مینیمم سوق پیدا می کند.

اختلاف بین θ_a و θ_r را contact angle hysteresis یا (H) می نامند:

H=θ_a - θ_r

نکته: مقدار θ_a بزرگتر از θ_r می باشد:

θ_a > θ_r

نکته: زاویه تماس را از میان سیال چگال تر محاسبه می کنند.

تذکر: مبحث مربوط به ترشوندگی، یکی از مباحث بسیار مهم در رشته مهندسی نفت هست و لازم است که زمان بیشتری را برای درک مفاهیم این موضوع صرف کنیم. 

لینک دانلود فایل PDF این مطلب:

http://s9.picofile.com/file/8269994042/angle.pdf.html

ترشوندگی (Wettability)

ترشوندگی یکی از خواصی است که ما قادر به اندازه گیری مستقیم آن در مخزن نیستم؛ یعنی اینکه نمی توانیم یک ابزاری را به داخل چاه بفرستیم و مقدار ترشوندگی را در شرایط مخزن محاسبه کنیم. در حقیقت ما فقط قادر به تخمین کیفی مقدار ترشوندگی هستیم.

ترشوندگی تأثیر زیادی بر روی نفوذپذیری نسبی، فشار موئینگی، بازدهی فرایند سیلاب زنی، ضریب بازیافت، اشباع نفت باقیمانده، اشباع آب کاهش نیافتنی، خواص الکتریکی سنگ مخزن و محاسبات نفت در جا دارد. 

تعریف ترشوندگی:

فرض کنیم که دو سیال غیر قابل امتزاج (برای مثال آب و نفت) بر روی سطح یک سنگ قرار دارند. تمایل یک سیال برای پخش شدن و یا چسبیدن بر روی سطح سنگ، در حضور سیال دیگر را ترشوندگی می نامند. ترشوندگی نقش مهمی را در تولید نفت و گاز ایفا می کند زیرا نه تنها توزیع اولیه سیالات را تعیین می کند بلکه عامل مهمی در فرایند جریان سیال در سنگ مخزن است. درجه ترشوندگی جامدات بوسیله مایعات معمولاً با توجه به زاویه تماسی که سطح مایع-مایع با جامد می سازد، اندازه گیری می شود.

در محیط متخلخل مخازن هیدروکربنی، ترشوندگی به عنوان یک عامل مهم جهت کنترل مکان، جریان و توزیع سیالات در مخزن شناخته می شود. ترشوندگی یک سیستم (که شامل آب سازندی، نفت خام و سنگ می باشد) تأثیر زیادی بر روی جریان سیال در مدت بازیافت نفت می گذارد. 

یک قطره سیال بر روی یک سطح صاف جامد می تواند شکل های مختلفی به خود بگیرد. شکل مربوط با توجه به ترشوندگی سطح، می تواند مسطح یا به شکل یک صدف باشد. شکل زیر خاصیت ترشوندگی یک سطح جامد را نشان می دهد. در صورت وجود دو سیال آب و هوا، آب فاز تر و برای هوا و جیوه، هوا فاز تر است.

معمولاً از زاویه تماس به عنوان معیاری برای تعیین ترشوندگی استفاده می شود. در حالت سیال تر، زاویه تماس (تتا) از 90 درجه کوچک تر است. اگر زاویه تماس بزرگ تر از 90 درجه باشد، سیال غیرتر خواهد بود.

در حدود 150 سال قبل Young زاویه تماس را به صورت پیامدی از تعادل استاتیک بین یک قطره مایع بر روی سطح صاف یک جامد تعریف کرد. قطره مایع به دلیل کشش سطحی (Interfacial Tension) که بر روی آن اثر می کند، شکل مشخصی به خود می گیرد. این تنش ها عبارتند از:

کشش سطحی و در نتیجه زاویه تماس به دما بستگی دارد. در دمای اتاق کشش سطحی بین آب و هوا، 0.073N/m و بین نفت و آب حدود 0.03N/m است.

منبع: کتاب «مهندسی مخازن گاز میعانی»، نوشته دکتر وطنی، دکتر صدایی و مهندس شیدایی مهر