岩石润湿性的测定
实验九岩石润湿性的测定
实验九 岩石润湿性的测定方法Ⅰ－光学投影法一．实验目的了解岩石润湿性测定方法及原理。
二．实验原理液体对固体表面的润湿情况可以通过直接测定接触角来确定。
将欲测矿物磨成光面，浸入油(或 水)中，如图 9-1 所示，在矿物光面上滴一滴水(或油)，直径约 1-2 毫米，然后通过一系列光学系 统，将液滴放大、投影到屏幕上（如图 9-1 所示），拍照后便可在照片上直接测出润湿角，或测量 液滴的高度 h 和它与岩石接触处的长度 D ，按下式计算接触角 θ：tg θ 2 = 2hD式中 θ—润湿角，°； h —液滴高度，mm ； d —液滴和固体表面接触的弦长，mm 。
三．仪器设备此仪器的使用是通过凸透镜 4 将光源 5 发出的光 线聚光后投射到玻璃槽 3 中的液滴上，液滴形状经过 放大镜头 2 放大后，投射到屏幕上 1。
1 2 3 图 9-1 润4湿角示意图 5四．实验操作1．在玻璃槽中盛入一种液体(煤油)，将岩石切片放入其中。
固体表面应严格保护水平，然后 用滴管将要测的另一种液体(水)滴在固体表面上(液滴直径不超过 1~2mm)。
2．打开光源。
3．调节聚光镜和双凸透镜的高低远近，使液滴影像清晰，放大后投射到屏幕上。
4．用量角器测出接触角 θ，再用细刻度尺量出液滴高 h 和固体表面接触的弦长 D 。
测定过程中应注意滴入液滴之大小应控制在 1~2mm 之间，否则液滴自重会影响润湿角的大小。
五．数据处理直接用量角器测量润湿角或用公式计算润湿角θ。
再用细刻度尺量出液滴高度h 和固体表面接触的弦长d，记录在下面的表格中。
当液滴为球形时，可以根据量出的H 和d，按下面公式计算润湿角的大小tg θ= 2 h2 d式中N-------润湿角，度；h--------液体高度，毫米；d--------液滴和固体表面接触的弦长，毫米。
将计算出来的θ角与量测得θ角进行对比，确定误差的大小。
用亚甲基蓝吸附法测量油层岩石的润湿性
用亚甲基蓝吸附法测量油层岩石的润湿性用亚甲基蓝吸附法测量油层岩石的润湿性摘要：储层岩石润湿性影响油、水在储层中的分布，对原油开采过程均具有至关重要的作用。
测量储层岩石润湿性的标准方法（Amott and USBM法）属于经验方法，包括在润湿相和非润湿相共存时让油、水两相相互驱替。
测量结果可能与流体的饱和度和实验过程有关，而产生某些不确定性。
本文提出根据亚甲基蓝在储层岩石表面的吸附面积分数，测量固体表面的润湿性。
该法具有一定的理依据，测量结果不受流体的饱和度和实验过程的影响。
关键词：储层岩石润湿性亚甲基蓝吸附一、前言储层润湿性表示油、水两相流体对固体表面粘附或铺展趋势的相对大小，如果油在储层岩石表面粘附或铺展趋势比水大，则为亲油；反之则为亲水。
储层润湿性决定了油、水在储层中的分布，对毛管压力和油、水的相渗透率具有重要影响，在储层评价、动态分析和制定开发方案中是一重要的物性参数[1，2]。
研究储层润湿性主要有接触角法 [3]、润湿指数法[1]和油滴粘附法[4]。
还有选择性吸附等方法[5-74] ，似未引起研究者足够的重视。
接触角法适合于平滑的单晶的矿物表面，有可靠的热力学依据，但不确定性因素太多，受润湿滞后等因素的影响。
润湿指数法根据油、水在储层岩石中相互驱替能力的差异，归纳出的各种润湿性指数来量度储层的润湿性，具有较好的重现性和对比性而广为应用，但属于经验方法，难以在理论上加以发展。
油滴粘附法和接触角法类似，仅适合于平滑的矿物表面和有一定的理论依据，不受润湿滞后等因素的影响，比接触角法简便易行，可用著名的DLVO理论加以说明[8，9]。
在选择性吸附法方面，Torske Lisa和 Skauge Arne[5]基于正庚醇仅吸附于亲油性固体粉末表面，亚甲基蓝仅吸附于亲水性固体粉末表面，而且均服从Langmuir单分子吸附规律，提出根据它们各自在固体表面的吸附面积测量固体表面的润湿性。
Trbelsi [6]将其简化为测量固体表面与原油接触后正庚醇吸附面积的变化，测量固体表面的润湿性。
第三章(3-2)润湿性要点
润湿性的判断
计算水湿指数和油湿指数，根据水湿指数和油湿指数 确定岩石的润湿性。
水湿指数
?
自吸水排油量
?
自吸水排油量? 水驱排油量??
?
油湿指数
?
自吸油排水量
?
自吸油排水量? 油驱排水量??
润湿指数
油湿指数 水湿指数
亲油 约l~0.8 约0~0.2
润
湿
性
弱亲油
二、 润湿滞后现象及其影响因素
润湿滞后是在流体流动过程中出现的一种润湿现象。如图下所示，将原来水平放 置的亲水固体（岩石）表面倾斜一个角度 α ，可以发现，油-水-固（岩石）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。
润湿滞后：指三相润湿周界沿固体表面移动的迟缓而产生润湿接 触角改变的现象。
3、固体表面粗糙度的影响
岩石颗粒表面粗糙程度增加，三相周界移动更加迟缓， 润湿滞后现象更为显著。
固体的棱角和尖锐凸起对润湿滞后有很大的影响。尖 锐对对三相周界的移动阻力很大，如下图所示，此时接触角 应该加上“形角τ”，才能反映滞后现象， “形角τ”越大， 滞后也越显著。
4、表面活性物质吸附的影响
油藏形成后，原油中表面活性物质在岩石表面的吸附理论解释。 （3）油藏岩石为斑状润湿：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）。 （4）油藏岩石为混合润湿：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。 （5）实际资料统计：油藏岩石具有亲水性的为27%，油藏岩石具有亲油性 的为28%，其余的中间润湿。所以，实际油藏的润湿性是不确定，要根 据实验结果确定。
岩石润湿性的分类及测井解释
岩石润湿性的分类及测井解释
润湿性是描述岩石尤其是油藏岩石具有的一种特性，是判断油气藏储层性质的
重要指标。
岩石润湿性反映储层孔洞致密性，储层孔洞分布及渗透率，是影响油气得到保存的重要控制因素。
岩石润湿性可以分为干、松散、润湿三类。
干岩石表现为岩石孔隙基本限制，
岩石孔隙空间和分级内部构造完好保留，导致地层渗透率低、孔隙度低，油藏密度也比较低，此类岩石通常为不含油气的岩石；松散岩石表现为岩石孔隙间受到扰动，可见其孔隙空间及岩石内部分级构造分解消失，渗透率中等，孔隙度中等，油藏密度比较低，此类岩石可以含有少量的油气；润湿岩石表现出其孔隙间受到拉张，孔隙空间和内部分级构造完全改变，渗透率高，孔隙度大，油藏密度也大，此类岩石为可进行油气生产的储层岩石。
测井解释中，可以结合岩石润湿性，通过解释基于饱和度的测井反应，来判断
油气藏的储层性质。
比如，表观密度和真空度采样记录可用于识别干、松散、润湿岩石，进一步结合衰老型谱、增殖型谱和层状型谱，可以有效的判断油气藏的储层岩性。
可见，岩石润湿性是判断油气藏储层性质的重要指标，通过测井解释可以有效
的识别润湿性岩石，指导油气勘探开发。
因此，要想取得良好的油气勘探开发效果，需要正确地识别岩石润湿性，合理地应用测井解释技术。
油层物理-岩石润湿性测定实验
中国石油大学 油层物理 实验报告实验日期： 2014.10.10 成绩：班级：石工 学号： 姓名： 教师： 同组者：岩石润湿性测定实验一、实验目的1．了解光学投影法测定岩石润湿角的原理及方法； 2．了解界面张力的测定原理及方法；3．加深对岩石润湿性、界面张力的认识。
二、实验原理1．光学投影法测定岩石润湿角液体对固体表面的润湿情况可以通过直接测定接触角来确定。
将待测矿物磨成光面，浸入油(或水)中，如图1所示，在矿物光面上滴一滴水(或油)，直径约1～2mm ，然后通过光学系统将一组光线投射到液滴上，将液滴放大、投影到屏幕上，直接测出润湿角，或测量液滴的高度h 和它与岩石接触处的长度D ，按下式计算接触角θ：2tan=2hD式中 θ—润湿角，()； h —液滴高度，mm ；D —液滴和固体表面接触的弦长，mm 。
图1 投影法测润湿角示意图2．悬滴法测定液滴界面张力悬滴法适用于密度差较大的测定液-液或气-液之间的界面张力，测量范围为10-1～10-2mN/m 。
液体自管口滴落时，当液滴接近最大直径时，用光学设备记录下液滴图像。
测量液滴的相关参数，利用下式计算界面张力：2=e gdHρσ∆ 12=ρρρ∆- S =snn ed d 式中 σ—界面张力，mN/m ；1ρ、2ρ—待测两相流体的密度，g/cm 3；ρ∆—两相待测试样的密度差，g/cm 3；e d —实际液滴的最大水平直径，cm ；sn d —从液滴底部算起，高度为10e nd 高度处液滴的直径，cm ；n S —液滴10e nd 高度处的直径与最大直径的比值；H —液滴形态的修正值，由n S 查表得到。
（a ）烧杯中气泡或液滴形状 （b ）气泡或液滴放大图图2 悬滴法测界面张力示意图三、实验流程图3 接触角测定仪四、实验操作步骤1.打开接线板的电源开关。
2.顺时针旋转仪器后面的光源旋钮，光源亮度逐渐增强。
3.打开接触角软件图标，开启视频。
4.调整滴液针头：先向下移动滴液针头，停在变倍显微镜水平线以上的位置，然后旋转固定在上下移动器上的水平移动旋钮，左右调整针头，当软件图像显示窗口出现针头虚影时停止。
油气藏动态分析：-储层岩石润湿性分析
三、油水在岩石孔道中的分布
亲油岩石：
油水分布：水从大孔道进入小孔 道，油以油膜形式存在。 水驱油：孔道中留下大量的残余 油，水驱采收率较低。
1.2.4储层岩石润湿性分析
谢谢欣赏
1.2.4储层岩石润湿性分析
1.2.4储层岩石润湿性分析
【学习目标】
1.掌握润湿性的定义及储层岩石润湿性的判断 方法；
2.了解影响储层岩石润湿性的因素； 3.会判断、分析岩石的润湿性。
1.2.4储层岩石润湿性分析
润湿性：当固体表面存在不相溶流体时，某相流体优先附着到固体表面 的趋势。
1.2.4储层岩石润湿性分析
亲油岩石
油不容易驱替，水利用率低， 无水采收率低。
大庆油田储层岩石润湿性与渗透率有一定的关系:空气渗透率小于300毫达西的 油层一般是偏亲水的;渗透率大于1200毫达西的油层,一般是偏亲油的。
1.2.4储层岩石润湿性分析
三、油水在岩石孔道中的分布
亲水岩石：
a图：油呈迂回状连续分布 在孔隙中间。
b图：油水共存。 c图：油呈“孤滴状”。
定 义 ： 过气液固或液液固三相交点对液滴表面作切线,切线与液固表面的夹角即为 润湿接触角θ。
1.2.4储层岩石润湿性分析
一、储层表面的原始润湿性
2. 润湿接触角θ
润湿性：亲水、亲油和中性
1.2.4储层岩石润湿性分析
二、注水过程中润湿性的转化
亲水岩石
水与岩石内壁可接触， 驱替效果好，无水采收率高。
一、储层表面的原始润湿性
1. 润湿性
润湿性：指油藏未开发前或者注水开发过程中,注入水到达之前的润湿性。
润 湿 ： 自由界面能存在于任何两相的界面上,在固-液界面上的界面能是以润湿作 用体现出来的。液、固两相接触后,若体系的自由能降低,即为润湿。
润湿性的测量方法
润湿性的测量方法测量润湿性的方法很多，按测量目的的不同可分为两大类，即定性方法和定量方法。
其中定量方法主要有接触角法、渗吸与排驱法（Amott 方法）和USBM （美国矿物局）方法。
定性测量方法种类很多，包括渗吸率、显微镜检测、浮选法、玻璃滑动法、相对渗透率曲线法、渗透率与饱和度关系曲线、毛管压力曲线、毛细测量法、排驱毛管压力、油藏测井曲线、核磁共振法以及染色吸附法。
一润湿性的定量测量方法一般定量测量常用以下三种方法：（1）接触角法；（2）Amott 方法（渗吸和排驱）；（3）USBM方法。
1．接触角法：接触角法测量的是一个特定表面的润湿性。
在油水系统中就是测量光滑矿物表面上油和水的润湿性。
石油工业中一般用悬滴法测量接触角，第一步要全部彻底的清洗仪器，因为即使微量的杂质也能改变润湿性。
当用纯净流体和人造岩心时接触角法是最好的测量方法。
此法也用来检验实验条件对润湿性的影响，如压力、温度和水的化学性质。
润湿角测量的一个问题是滞后现象。
测量的接触角有前进角和后退角两种，前进角是向前推液滴边缘测得的，而后退角是向后拉测得的，二者之差就是接触角滞后。
引起滞后的原因有三种：a、表面粗糙度；b、表面非均质性；c、大分子水垢的表面固定性。
将接触角用于油藏岩石的第二个问题是它仅仅反映岩石局部的润湿性，不能考虑岩石表面的非均质性。
第三个限制是得不到有关岩石上是否存在永久连接有机覆盖物的信息。
2．Amott 方法USBM 方法和Amott 方法测量的是岩心的平均润湿性。
当测量天然状态岩心或恢复原态岩心时，这两种方法要好于接触角法。
确定岩心是否清洗完全必须用USBM 方法或Amott方法。
USBM方法有时要优于Amott方法，因为后者在中性润湿附近不敏感。
改进的USBM方法可以进行USBM和Amott两种方法的指数计算。
Amott 方法是把渗吸和驱替结合起来测量岩石的平均润湿性。
测量之前，所用的岩心先要在水中通过离心作用直至达到残余油饱和度（ROS，然后才可进行Amott 方法实验。
中国石油大学(华东)+++岩石润湿性地测定
中国石油大学油层物理实验报告实验日期： 2013/10/11 成绩：班级： 石工 学号： ： 教师： 俨彬同组者：岩石润湿性测定实验一．实验目的1．了解光学投影法测定岩石润湿角的原理及方法； 2．了解界面力的测定原理及方法； 3．加深对岩石润湿性、界面力的认识。
二．实验原理1．光学投影法测定岩石润湿角液体对固体表面的润湿情况可以通过直接测定接触角来确定。
将待测矿物磨成光面，浸入油(或水)中，如图1所示，在矿物光面上滴一滴水(或油)，直径约1～2mm ，然后通过光学系统将一组光线投射到液滴上，将液滴放大、投影到屏幕上，直接测出润湿角，或测量液滴的高度h 和它与岩石接触处的长度D ，按下式计算接触角θ：Dhtg22=θ式中， θ—润湿角，°； h —液滴高度，mm ；D —液滴和固体表面接触的弦长，mm 。
图1 投影法润湿角示意图 2．悬滴法测定液滴界面力悬滴法适用于密度差较大的测定液-液或气-液之间的界面力，测量围为10-1～10-2mN/m 。
液体自管口滴落时，当液滴接近最大直径时，用光学设备记录下液滴图像。
测量液滴的相关参数，利用下式计算界面力：， 21ρρρ-=Δ ， esn n d d S =式中，σ—界面力，mN/m ；21ρρ、—待测两相流体的密度，g/cm 3；ρ∆—两相待测试样的密度差，g/cm 3； e d —实际液滴的最大水平直径，cm ；sn d —从液滴底部算起，高度为e d n 10高度处液滴的直径，cm ；n S —液滴e d n 10高度处的直径与最大直径的比值；H —液滴形态的修正值，由n S 查表得到。
（a ）烧杯中气泡或液滴形状 （b ） 气泡或液滴放大图图2 悬滴法测界面力示意图2e gd Hρσ∆=三．实验仪器图3 HARKE-SPCA接触角测定仪四．实验步骤1．将直流电源的插头一端插入接线板另一端插入仪器后面的电源插座。
2．将通讯线连接主机与计算机COM2通讯口。
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中国石油大学油层物理实验报告
实验日期： 2014.9.24 成绩：
班级： 石工12-7班 学号： 12021307 姓名： 李东杰 教师： 张俨彬 同组者： 董希鹏
岩石润湿性测定实验
一．实验目的
1．了解光学投影法测定岩石润湿角的原理及方法； 2．了解界面张力的测定原理及方法； 3．加深对岩石润湿性、界面张力的认识。
二．实验原理
1．光学投影法测定岩石润湿角
液体对固体表面的润湿情况可以通过直接测定接触角来确定。
将待测矿物磨成光面，浸入油(或水)中，如图1所示，在矿物光面上滴一滴水(或油)，直径约1～2mm ，然后通过光学系统将一组光线投射到液滴上，将液滴放大、投影到屏幕上，直接测出润湿角，或测量液滴的高度h 和它与岩石接触处的长度D ，按下式计算接触角θ：
D
h
tg
22
=
θ
式中， θ—润湿角，°； h —液滴高度，mm ；
D —液滴和固体表面接触的弦长，mm 。
图 1 投影法润湿角示意图
2．悬滴法测定液滴界面张力
悬滴法适用于密度差较大的测定液-液或气-液之间的界面张力，测量范
围为10-1～10-2 mN/m 。
液体自管口滴落时，当液滴接近最大直径时，用光学设备记录下液滴图像。
测量液滴的相关参数，利用下式计算界面张力：
， 21ρρρ-=Δ ， e
sn
n d d S =
式中，σ—界面张力，mN/m ；
21ρρ、—待测两相流体的密度，g/cm 3；
2
e
gd H
ρσ∆=
ρ∆—两相待测试样的密度差，g/cm 3
；
e d —实际液滴的最大水平直径，cm ；
sn d —从液滴底部算起，高度为e d n 10
高度处液滴的直径，cm ；
n S —液滴e d n 10
高度处的直径与最大直径的比值；
H —液滴形态的修正值，由n S 查表得到。
（a ）烧杯中气泡或液滴形状 （b ） 气泡或液滴放大图
图2 悬滴法测界面张力示意图
三．实验仪器
图3 HARKE-SPCA 接触角测定仪
四．实验步骤
1．打开电源开关。
2．顺时针旋转仪器后面的光源旋钮，看到光源亮度逐渐增强。
3．打开接触角软件图标，开启视频。
4．调整滴液针头。
初次使用接触角测定仪对焦比较繁琐，首先向下移动滴液针头，停在变倍显微镜水平线以上的位置，然后旋转固定在上下移动器上的水平移动旋钮，左右调整针头，当软件图像显示窗口出现针头虚影时停止。
5．调整调焦手轮，直到图像清晰。
6．将显微镜放大倍数调整到1.5倍。
7．将吸液管吸满液体安装在固定夹上。
旋转测微头，液体将缓缓流出，形成液滴。
8．用脱脂巾擦干针头上的液体，再在工作台上放置被测的固体试样。
最好是长条的20×60mm左右。
9．点击配置栏，在试验设置对话框，在相关栏添入相关数值。
10．上升移动工作台至界面上红色水平线的下方（1mm左右），见图4。
11．旋转测微头，当针头流出大约3-5ul左右的液体时停止。
12．旋转工作台升降手轮，使试样表面接触液滴，然后下降一点。
液滴显示在视窗内，见图5。
13．点击开始试验绿色三角形图标，试验将按照设置的时间间隔自动拍摄图像，直至完毕。
14．关闭视频，点击软件界面下面的电影图片任意一张，图片将显示在大窗口中，见图6。
图4 图5 图6五．数据处理与计算
1.用下列四种不同的方法确定水—空气界面接触角的大小，并记录。
表1 润湿角数据记录
由于高宽法测量结果误差较大，所以不用软件运用高宽法测量润湿角。
其余方法的投影效果如下：
图1 切线法投影结果
图3 基线圆环法投影结果
我们通过对拍摄照片的实际测量，用高宽法求出润湿角，如图：
通过测量我们可以得到：
h=13.8mm D=56.6mm
通过光学投影法公式，我们可以求出润湿角。
4876.06
.568.13222tan =⨯==D h θ
︒=99.46θ
表2 高宽法测量润湿角数据记录表
与切线法测得的实验误差为：
%408.4%100007
.45007.45991.46=⨯-=W
六．思考与讨论
1.影响储层岩石润湿性的因素：
①三相周界移动方向的影响，主要为静润湿滞后。
②三相周界移动速度影响，主要为动润湿滞后。
③固体表面粗糙度及活性物质的吸附的影响。
h
D
θ
2.岩石润湿性的测量方法及其原理是什么？
①测定润湿角法：
原理：通过测量润湿角，可以得到岩石的润湿性。
如果润湿角>90°，岩石表现为亲油性；如果润湿角<90°，岩石表现为亲水性；如果润湿角=90°，岩石表现为中性润湿
②自吸法：
原理：若岩石吸水，在毛管力的作用下，水将吸入岩心将油驱替出来，表明有一定的亲水能力；若岩石吸油，在毛管力的作用下，油将吸入岩心将水驱替出来，表明有一定的亲油能力。
若吸入水量>吸入油量，则认为岩石亲水；若吸入水量<吸入油量，则认为岩石亲油；若吸入水量=吸入油量，则认为岩石中性润湿。
③通过毛管压力资料以及相对渗透率数据确定。
原理：若等渗点>50%,则认为岩石亲水；若等渗点<50%,则认为岩石亲油七．实验总结
通过本次实验，我了解了光学投影法测定岩石润湿角和界面张力的测定原理及方法，加深了对润湿性和润湿角的认识。
同时，掌握了用切线法、圆环法、基线圆环法等多种方法测定润湿角。
实验也有不足，由于实验操作的不准确，导致实验结果出现较大误差。
最后，感谢老师的详细讲解和悉心指导。