第三章(3-2)润湿性

润湿研究对象： 润湿研究对象： 不混容的两相液体－固体三相体系，或液体－气体－ 不混容的两相液体－固体三相体系，或液体－气体－固体 三相体系。 三相体系。 （2）润湿相流体与非润湿相流体： ）润湿相流体与非润湿相流体： 能沿固体表面铺开的那一相称为润湿相流体， 能沿固体表面铺开的那一相称为润湿相流体，另一相称为 非润湿相流体。（气相在大多数情况下是非润湿相） 非润湿相流体。（气相在大多数情况下是非润湿相）
水驱油速度为V 水驱油速度为 3＞ V2时，θ= 115°，岩石类似亲油性， ° 岩石类似亲油性， 发生润湿反转
研究动润湿滞后的意义： 研究动润湿滞后的意义：
亲水油藏水驱油时，当水驱油的速度过大时， 亲水油藏水驱油时，当水驱油的速度过大时，将 导致油藏岩石具有“亲油”的性质。实践证明， 导致油藏岩石具有“亲油”的性质。实践证明，亲油 油藏水驱油的残余油饱和度比亲水油藏水驱油的残余 油饱和度大；因此，从提高原油采收率的目的出发， 油饱和度大；因此，从提高原油采收率的目的出发， 注水开发的油藏，并非注水速度越大就越好。 注水开发的油藏，并非注水速度越大就越好。
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， 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， 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 岩石） 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， 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。 三相周界才向前移动。
第二节 储层岩石的润湿性 及其对水驱油的影响
本节内容主要包括以下方面： 本节内容主要包括以下方面： 1、润湿性概念 ２、岩石润湿性 ３、润湿滞后现象及其影响因素 ４、油藏岩石润湿性的测定 ５、岩石润湿性与水驱油的相互关系 岩石润湿性与水驱油的相互关系
一、储层岩石润湿性
１、润湿的基本概念： 润湿的基本概念：
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， 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。 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。 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， 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 ，才能反映滞后现象， 形角τ” 越大， 应该加上“形角τ”，才能反映滞后现象， “形角 越大， 滞后也越显著。 滞后也越显著。
２、储层岩石润湿程度的确定——接触角（θ）（润湿角） 储层岩石润湿程度的确定 接触角（ ）（润湿角） 接触角 ）（润湿角
研究对象： 研究对象：水－油－岩石三相体系。（气－油－岩石和气－水－岩石三相体系 岩石三相体系。（气 。（ 岩石和气－ 中，气体为非润湿相流体） 气体为非润湿相流体） 分别以１代表水、 代表油、 代表岩石。 分别以１代表水、２代表油、３代表岩石。 表示岩石润湿性程度的参数——接触角 也称润湿角 接触角θ(也称润湿角 表示岩石润湿性程度的参数 接触角 也称润湿角) 接触角θ的确定：通过水 油 岩石三相交点做水 油界面的切线，切线与水-岩 岩石三相交点做水-油界面的切线 接触角 的确定：通过水-油-岩石三相交点做水 油界面的切线，切线与水 岩 的确定 石界面之间的夹角 经过水相）称为接触角（ ）。 之间的夹角（ １８0° 石界面之间的夹角（经过水相）称为接触角（θ）。 （ 0° ＜ θ ＜１８ °） °
2、三相周界移动速度的影响 、
如下图所示，油水在岩石孔隙中静止时，接触角为 ° 如下图所示，油水在岩石孔隙中静止时，接触角为30°，岩石表面具有较强 的水润湿；当水驱油在岩石孔隙中流动时来自百度文库接触角发生了改变，接触角随水驱油 的水润湿；当水驱油在岩石孔隙中流动时，接触角发生了改变，接触角随水驱油 速度的增大而变大，即滞后现象越严重，当水驱油速度的增大到某一值时， 速度的增大而变大，即滞后现象越严重，当水驱油速度的增大到某一值时，岩石 表面变为亲油性，发生了润湿反转现象。 表面变为亲油性，发生了润湿反转现象。
（１）当θ＜90°时， ＜ ° 水对岩石表面选择性润湿；水为润湿相流体； 水对岩石表面选择性润湿；水为润湿相流体；岩石亲水 或称水湿岩石； 越小 岩石的亲水性越强； 越小， 或称水湿岩石； θ越小，岩石的亲水性越强； （２）当θ＞90°时， ＞ ° 油对岩石表面选择性润湿；油为润湿相流体； 油对岩石表面选择性润湿；油为润湿相流体；岩石亲油 或称油湿岩石； 越大 岩石的亲油性越强； 越大， 或称油湿岩石； θ越大，岩石的亲油性越强； （３）当θ=90°时， ° 油、水润湿岩石的能力相当，岩石既不亲水也不亲油， 水润湿岩石的能力相当，岩石既不亲水也不亲油， 即岩石为中性润湿 中性润湿； 即岩石为中性润湿；
动润湿滞后： 三相周界移动速度而引起的接触角的变化。 动润湿滞后：由三相周界移动速度而引起的接触角的变化。
静止时， 静止时，θ= 30°，岩石亲水 ° 1 2
水驱油速度为V 水驱油速度为 1时，θ= 60°，岩石亲水性减弱 °
水驱油速度为V 水驱油速度为 2＞ V1时，θ= 75°，岩石亲水性再减弱 °
（水－空气－玻璃体系中，水为润湿相流体，空气为非润湿相流体） 空气－玻璃体系中，水为润湿相流体，空气为非润湿相流体） （水银－空气－玻璃体系中，水银为非润湿相流体，空气为润湿相流体） 水银－空气－玻璃体系中，水银为非润湿相流体，空气为润湿相流体）
（3）选择性润湿： ）选择性润湿： 固体表面优先于哪一种流体润湿。 固体表面优先于哪一种流体润湿。 空气－玻璃体系中，玻璃表面对水选择性润湿） （水－空气－玻璃体系中，玻璃表面对水选择性润湿） （水银－空气－玻璃体系中，玻璃表面对空气选择性润湿） 水银－空气－玻璃体系中，玻璃表面对空气选择性润湿）
附着功W：指将单位面积的湿相流体(如水 如水)从固体表面 亲水岩石表面 亲水岩石表面)驱开所 附着功 ：指将单位面积的湿相流体 如水 从固体表面 (亲水岩石表面 驱开所
作的功。（是润湿的反过程。） 作的功。（是润湿的反过程。） 。（是润湿的反过程
由上图知， 由上图知，拉开前的比表面能为σ1,3，拉开后的比表面能为σ2,3 + σ1,2 因此： 因此：W= （σ2,3 + σ1,2 ）- σ1,3 因为： 因为： σ2,3 - σ1,3 = σ1,2 cosθ 所以： 1+cosθ） 所以： W=σ1,2 （1+cosθ） 由上式看出， 角越小 附着功W越大 即湿相流体（ 角越小， 越大， 由上式看出，θ角越小，附着功 越大，即湿相流体（水）对岩石的润湿程度越 因此，研究附着功的意义是：用附着功判断岩石润湿性。 强； 因此，研究附着功的意义是：用附着功判断岩石润湿性。
5、润湿反转现象 、
润湿反转：在一定条件下，加入表面活性剂（或其它的特殊处理方法） 润湿反转：在一定条件下，加入表面活性剂（或其它的特殊处理方法）， 使岩石表面的亲水性和亲油性相互转化的现象。 岩石表面的亲水性和亲油性相互转化的现象。 表面的亲水性和亲油性相互转化的现象 表面活性物质自发地吸附在两相界面上并使界面张力减小，因此， 表面活性物质自发地吸附在两相界面上并使界面张力减小 ， 因此 ， 表 面 活性物质吸附于岩石表面，将可能导致： 活性物质吸附于岩石表面，将可能导致： （1）亲水性的岩石表面的亲水性变弱甚至变成亲油性表面； ）亲水性的岩石表面的亲水性变弱甚至变成亲油性表面； （2）亲油性的岩石表面的亲油性变弱甚至变成亲水性表面。 ）亲油性的岩石表面的亲油性变弱甚至变成亲水性表面。
A的物理意义：水对岩石表面选择性润湿导致油—岩石界面比表面能的减小。 的物理意义：水对岩石表面选择性润湿导致油 岩石界面比表面能的减小。 岩石界面比表面能的减小 的物理意义 润湿的实质：固体表面自由能的减小。 润湿的实质：固体表面自由能的减小。
4、附着功W(也称粘附功 、附着功 也称粘附功 也称粘附功)
润湿滞后： 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。 触角改变的现象。
润湿滞后的影响因素包括： 润湿滞后的影响因素包括：
倾斜一个角度α 倾斜一个角度
1、润湿次序（三相周界的移动方向）的影响 、润湿次序（三相周界的移动方向）
润湿次序的含义：固体（岩石）表面一开始是和油接触， 润湿次序的含义：固体（岩石）表面一开始是和油接触，后来水把油驱 赶走代之以水和固体（岩石）表面接触，或者是反之的情况。 赶走代之以水和固体（岩石）表面接触，或者是反之的情况。 三相周界的移动方向的含义： 三相周界的移动方向的含义： A点移动方向是水驱油的方向，即水将占据油原来的部分空间； 点移动方向是水驱油的方向，即水将占据油原来的部分空间； 点移动方向是水驱油的方向 B点移动方向是油驱水的方向，即油将占据水原来的部分空间； 点移动方向是油驱水的方向，即油将占据水原来的部分空间； 点移动方向是油驱水的方向 前进角（ ）：水驱油 润湿相流体驱赶非润湿相流体）时的接触角； 水驱油（ 前进角（θ1）：水驱油（润湿相流体驱赶非润湿相流体）时的接触角； 后退角（ ）：油驱水 非润湿相流体驱赶润湿相流体）时的接触角； 油驱水（ 后退角（θ2）：油驱水（非润湿相流体驱赶润湿相流体）时的接触角； 由于润湿次序的不同产生了两个不等的接触角，且在一般情况下有： 由于润湿次序的不同产生了两个不等的接触角，且在一般情况下有： θ1＞θ ＞ θ2 （θ为原始接触角） 为原始接触角） 为原始接触角 静润湿滞后： 静润湿滞后：由润湿次序不同 而引起的接触角的变化。 而引起的接触角的变化。
研究岩石润湿反转的意义： 研究岩石润湿反转的意义：
岩石润湿反转的特性， 岩石润湿反转的特性，已被油田得到了广泛的合理应 用。表面活性剂驱油是合理应用润湿反转特性的一个实例。 表面活性剂驱油是合理应用润湿反转特性的一个实例。 从地面向油层注入一定量的表面活性剂溶液， 从地面向油层注入一定量的表面活性剂溶液，通过表面活 性剂在油层岩石颗粒表面的吸附， 性剂在油层岩石颗粒表面的吸附，使亲油岩石颗粒表面向 亲水转换，有利于“剥落”岩石颗粒表面的“油膜” 亲水转换，有利于“剥落”岩石颗粒表面的“油膜”，从 而达到提高原油采收率的目的。 而达到提高原油采收率的目的。
（1）润湿： ）润湿：
自然界现象：将水滴在玻璃板上，水在玻璃板上迅速铺开， 自然界现象：将水滴在玻璃板上，水在玻璃板上迅速铺开，而如果 是水银滴在玻璃板上，水银液滴在玻璃板上呈现球滴。 是水银滴在玻璃板上，水银液滴在玻璃板上呈现球滴。
空 气 空 气 水银 水
玻 璃
玻 璃
润湿：是指液体在分子力的作用下沿固体表面流散的现象。 润湿：是指液体在分子力的作用下沿固体表面流散的现象。
３、润湿的实质
油水对岩石表面选择性润湿是作用于三相周界的两相界面张力相互作用 油水对岩石表面选择性润湿是作用于三相周界的两相界面张力相互作用 岩石表面选择性润湿 的结果，当其达到平衡时， 的结果，当其达到平衡时，有：
σ2,3 =
σ1,3 + σ1,2 cosθ
cosθ=A（润湿张力） σ2,3 - σ1,3 = σ1,2 cosθ=A（润湿张力）
4、表面活性物质吸附的影响 、
石油中天然活性物质或人工注入油层的活性剂吸附在岩石的的表面， 石油中天然活性物质或人工注入油层的活性剂吸附在岩石的的表面，润 湿滞后现象增强。 湿滞后现象增强。 下图表明： 下图表明： 曲线1：在光滑干净的大理石表面，水滴趋于平衡的速度很快； 曲线 ：在光滑干净的大理石表面，水滴趋于平衡的速度很快； 曲线2：在油中预浸 天的大理石表面 水滴趋于平衡的速度较慢； 天的大理石表面， 曲线 ：在油中预浸59天的大理石表面，水滴趋于平衡的速度较慢； 曲线3：经过油酸（活性剂）预处理的大理石表面，水滴趋于平衡的速度更慢； 曲线 ：经过油酸（活性剂）预处理的大理石表面，水滴趋于平衡的速度更慢；