油层物理3-3 第三节 润湿

浓度C
浓度C
-1
4、矿物表面粗糙度的影响
润湿滞后表面凹凸不平→形角→接触角改变→影 响流体润湿性。 试验表明，尖棱对三相周界的移动阻力很大，三 相周界到达尖棱处则遇阻，如图所示，此时的接 触角θ看来还应加上“棱角τ”才能反映滞后情况， 棱角越大滞后也越大。
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5、岩石的非均质的影响
斑状润湿是指在同一岩样的表面上由于矿物组成不同表现 出不同的润湿性，油湿或水湿表面无特定位置，就单个孔 隙而言，一部分表面为强水湿，其余部分则可能为强油湿， 而且油湿表面也并不一定连续（图8—27）。 混合润湿是指在大小不同的孔道其润湿性不同，小孔隙保 持水湿不含油，而在大孔隙的砂粒表面由于与原油接触常 是亲油的，油可连续形成渠道流动，如图8—28所示。
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4、润湿反转现象
转化的程度既与固体表面性质和活性物质的性质 有关，又和活性物质的浓度有关
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二、润湿滞后现象
润湿滞后就是指在外力作用下开始运动时，三相周界沿固体表 面移动迟缓而使润湿接触角改变的一种现象。 如图所示，将原来水平放置的固体表面倾斜一个角度α ，可以 发现，油-水-固三相周界不能立即向前移动，而是油-水两相界 面发生变形，使得原始的接触角发生改变，然后，三相周界才 向前移动。 在A点，水驱油时由于水占据了油原来的部分空间而形成的接 触角称为前进角θ 1 在B点，油驱水时的接触角称为后退角θ 2 接触角间关系：θ 1＞θ 原始接触角＞θ 2。
gs Ls gL cos
该式即著名的杨氏(Young-Kugpt)方程。
gs Ls cos gL
gs Ls arccos gL
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3、润湿程度的衡量——附着功
衡量岩石润湿性大小的另一个指标是附着功或粘附功。 附着功是指在非湿相流体(如气相)中,将单位面积的湿相 从固体界面拉(离)开所作的功。使液滴脱离固体表面所作 的功转化为表(界)面能的增加量。
第三节 储层岩石的润湿性
主要包括以下方面： 1岩石润湿性概念 2润湿滞后现象 3储层岩石的润湿性及其影响因素 4油水在岩石孔隙中的分布 5油藏岩石润湿性的测定
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1、润湿现象
润湿现象是自然界中的一类自发现象。 当不相混的两相流体(如油、水)与岩石固相接 触时，其中的一相流体沿着岩石表面铺开，其 结果也使体系的表面自由能降低，我们称这种 现象为润湿现象。 润湿是指液体在界面张力的作用下沿岩石表面流 散的现象。
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1、润湿现象
岩石润湿性是岩石矿物与油藏流体相互作用的结 果，是一种综合特性。 当不相混的两相流体(如油、水)与岩石固相接触 时，其中的一相流体沿着岩石表面铺开，其结果 也使体系的表面自由能降低，我们称这种现象为 润湿现象。能沿岩石表面铺开的那一相称为润湿 相。
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2、润湿程度的衡量——接触角
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2、油藏流体组成的影响
原油的组成非常复杂，按对润湿性的影响体现在三个方面: A、原油中主要成分即不同烃类(非极性)的影响随碳 原子数的增加,接触角增大.
烃 类 戊 烷 己 烷 辛 (C5H12) (C6H14) (C8H18) 0 8 26 烷 十 二 烷 (C12H 26) 42
前进角 (度 )
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1.静润湿滞后
原因： 岩石表面非均质性、粗造度、表面活性物质在 固体表面上的吸附层。 结果： 水驱油过程中，静润湿滞后↑→水润湿岩石的能 力↓→洗油效率↓→原油采收率↓ 静润湿滞后直接影响微观水驱油效率。 研究表明，接触角滞后是引起毛管力滞后的主要 原因之一。
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2.动润湿滞后
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界面张力及润湿角的测定

界面张力
毛细管上升法 悬滴法 旋转液滴法 液滴（气泡）最大压力法 液滴质量（或体积）法 吊板法

油藏岩石润湿性
直接测定法
光学投影法
测润湿角
吊板法
间接测定法
自吸吸入法 自吸离心法 自吸驱替法
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投影法
如图所示，其原理是把欲测岩石样品（矿物）加 工成平板、表面经过磨光处理，浸入液体（油或 水）中，在平板光面上滴一滴直径约为1~2mm 的液体（水或油）；通过光学系统或显微镜将液 滴放大并拍照，便可以直接在照片上测出接触角。
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三、 储层岩石的润湿性及其影响因素
1、岩石的矿物组成 油藏岩石之间的润湿性存在着显著的差异. 亲水岩石：θ<90°，石英、硅酸盐、碳酸盐、 硅铝酸盐等；水云母、石英、石灰石、白云岩、 长石 憎水岩石： θ>90°，烃类有机固体、金属硫化 物等。 粘土矿物对岩石的润湿性影响较大,如蒙脱石、 泥质胶结物的存在回增加岩石的亲水性.而绿泥 石粘土可局部改变岩石表面为亲油等等. 主要矿物亲水性强弱次序： 粘土＞石英＞石灰岩＞白云岩＞长石
L S
1cm2 Ls
L G S
gL
gs
W gL gs Ls
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3、润湿程度的衡量——附着功
在这一过程中，做功的能量转化为固体表面能的 增加，设表面能的增加值为△Us，则根据表面张 力的概念，(σgL+σgs)>σLs，故△Us>0，即 体系的表面能增加，这个表面能的增量就等于附 着功(或粘附功)，用符号W表示，有：
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3、表面活性物质的影响
油溶性表面活性 物质可使岩石表 面亲油化
水溶性表面活性 物质可使岩石表 面亲水化
1
水湿 润 湿 0 指 数 油湿
随着活性剂浓度的增加，由亲油变为亲水，亲 水变为亲油，发生了润湿反转
1 水湿 润 湿 0 指 数 油湿 -1
随着浓度的增加，只发生润湿程度的 25 改变，而不生润湿反转。
表示润湿程度的参数——接触角或附着功 接触角(也称润湿角) 通过液-液-固（或气-液-固）三相交点做液-液 （或液气）界面的切线，切线与固-液界面之间 的夹角称为接触角，用θ表示，并规定θ从极性 大的液体一面算起。
油、水、储层岩石体系
空气、水、玻璃
空气、水银、玻璃
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2、润湿程度的衡量——接触角
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影响润湿滞后程度的因素
(1)润湿次序（静滞后）或三相周界的运动方向
湿相驱非湿相，θ 1>θ ；非湿相驱湿相，θ 2<θ ；
(2)三相周界移动速度（动滞后） θ 1>θ >θ 2
v↑→滞后程度↑
(3)固体表面吸附的活性剂量
活性剂吸附量↑→滞后程度↑
(4)岩石固体表面粗糙度 粗糙度↑→三相周界移动的阻力↑→滞后程度↑
2.动润湿滞后： 在水驱油或油驱水过程中，当三相周界沿固体表面移动时，因移 动的延缓而使润湿角发生变化的现象叫动润湿滞后。
原因： 驱替压差（速度） 特点： θ 1、θ 2随△p 而变化： △p↑→θ 1↑, θ 2↓→滞后程度↑ 结果： 当注水驱油速度过大时，弯液面运动速度就会超过该液体(水)润 湿岩石表面的临界速度，水润湿岩石的能力↓(θ ↑)，水洗油效果↓ 此时润湿性发生反转，以致润湿作用不能很好发挥。水在孔道中 流过之后，还会在岩石表面上留下一层油膜而不利于驱油。 →需设计合理生产压差
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接触角与界面张力的关系
润湿的实质某一流体润湿固体表面是各相界面张 力相互作用的结果。是固体和液体两相界面张力 的降低。
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接触角与界面张力的关系
在三相周界点（O点）处产生了三种界面张力，即：气-液 界面张力σgL，气-固界面张力σgs，液-固界面张力σLs。当 三种表面张力之间达到平衡时，有：
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1、润湿现象
将一滴液体滴在玻璃板上，如果液滴（例如水滴） 在玻璃板上迅速铺开，说明液体润湿固体表面； 而如果液滴不散开（例如水银），则说明液体不 湿润固体表面（如图）。
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1、润湿现象
讨论润湿现象时，总是指三相体系： 一相为固体，另一相为液体，第三相为气体或 另一种液体。
某种液体润湿固体与否，总是相对于另一相气体 （或液体）而言的。如果某一相液体能润湿固相， 则另一相是不润湿固相的。
W U s ( gL gs ) Ls
由杨氏方程：
gs Ls gL cos
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3、润湿程度的衡量——附着功
W gL (1 cos )
由上式看出，θ角越小，附着功W越大，也即湿 相流体对固体的润湿程度越好； 因此，可以用附着功判断岩石润湿性的好坏 对于油、水、岩石三相体系，当附着功大于油水 界面张力时，岩石亲水； 当附着功小于油水界面张力时，岩石亲油；当附 着功等于油水界面张力时，岩石为中性润湿。
B、原油中的极性物质(各种含O 、S 、N的化合物) 影响程度各不同,有的使润湿性发生转化,有的影响甚微 C、原油中活性物质的影响。石油中的胶质和沥青就 是活性物质,它们很容易吸附在岩石的表面上使其表面成 为油湿.且沥青的吸附十分强烈,常规的岩石清洗法都无法 将其去掉.
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2、油藏流体组成的影响
对同样石英矿物表面，当原油的组成不同时，润湿接触角也不同。当 油相为异辛烷时，水能润湿石英表面；当油相为异奎啉时，水却不能 润湿石英表面；当油相为环烷酸时，其接触角为35°，水能润湿其表 面。
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4、润湿反转现象
液体对固体的润湿能力可因加入其它物质而改变。 表面活性物质自发地吸附在两相界面上则使界面 张力减小，因此，表面活性物质吸附于固体表面 将使亲水性的固体表面向亲油性表面转化（如图 上）。或者由亲油性的表面变成亲水性的表面 （图下）。
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4、润湿反转现象
砂岩颗粒(主要是硅酸盐)的原始性质是亲水性的， 但砂岩表面常常由于表面活性物质的吸附而发生 了润湿反转，变成亲油性。 我们也可以根据润湿反转的原理采取措施来提高 采收率， 例如向油层注入活性水，使其中的表面活性剂按 极性相近规则吸附第二层，抵消了原有活性物质 的作用，以使亲油表面反转为亲水表面，使油容 易被驱走，从而提高采收率。