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。

Amott方法主要由以下四步组成：

①将岩心浸入油中，20小时后测量被油的自发吸入所排出的水的体积；

②岩心在油中离心达到束缚水饱和度（IWS），测量排出的水的总量；

③将岩心浸入水中，20小时后测量被水的自吸排出的油的体积；

④在水中离心直至达到残余油饱和度，测量排出的油的总量。

注意：岩心可能是通过流动而不是离心达到ROS和IWS，尤其对于不能用离心机的非固态物质必须如此。

分别引入油驱比和水驱比的定义如下：

油驱比：

水驱比：

其中δo--- 油驱比

δw--- 水驱比

Vwsp--- 通过油的自吸所排出的水的体积

V osp--- 通过水的自吸所排出的油的体积

Vwt--- 在油中离心所排出的水的体积

V ot--- 在水中离心所排出的油的体积

水驱比与油驱比之差即为Amott驱替指数：

Amott-Harvy相对驱替指数：

Amott指数与润湿性的对应关系如下表：

Amott指数范围岩石润湿性

-1≤I≤-0.3 亲油

-0.3

0.3≤I≤1 亲水

3．USBM方法：

USBM方法也是测岩心的平均润湿性。与Amott方法相比，它的一个主要优点是其在中性润湿附近的灵敏性。缺点是USBM润湿指数只能在段塞尺寸的岩心中测量，因为岩心必须放在离心机中。USBM测试比较的是一种流体驱替另一种流体所需的功。用润湿流体驱替非润湿流体所需的功肯定少于相反的驱替。由于所需功与毛管压力曲线下的面积成正比，所以USBM方法是通过计算离心毛管压力曲线来求润湿性的大小。

Sharma和Wunderlich对USBM方法进行了改进，既可求出Amott指数，也可求出USBM 指数。改进的USBM方法分五步：①初始油驱；②水的自吸；③水驱；④油的自吸；⑤油驱。这种方法通过考虑饱和度变化改进了USBM方法的结果，同时也求出了Amott指数。Amott方法有时可以指出系统的非润湿性，而USBM方法则不能判断出部分润湿或选择润湿。

二润湿性的定性测量

自吸方法是应用最广泛的定性测量方法，因为测量快速，不需要任何复杂装置，能给出岩心平均润湿性的定性判断。显微镜检测方法常用于流动检测研究。当已知这些数据时常用基于相对渗透率曲线的润湿性测量方法。

测量部分润湿（选择性润湿）有两种方法：核磁共振法和染色吸附法。但这两种方法的应用都不广泛。目前还无法判定一块岩心是否为混合润湿，不过通过考查如下的测试结果作出判断也是可能的，如玻璃滑动润湿测试、天然状态岩心的多PV水驱、不同含水饱和度下恢复原态岩心的几种水驱以及自吸和毛管压力测量等。

结论：

1．油藏岩石的润湿性影响其毛管压力、相对渗透率、水驱动态、分散性和电性质。此外，模拟三次采油结果也会发生改变，受润湿性影响的三次采油过程包括热力驱、表面活性剂驱、混相驱和碱驱。

2．由于极性化合物的吸附或原油中有机物的沉积，原亲水矿物表面的润湿性会发生改变。一般认为原油中的表面化学剂是含有氧、氮和（或）硫的极性化合物。这些化合物在原油的重质馏分中含量最多，例如胶质和沥青。

3．润湿性的改变取决于原油组成成分、矿物表面、地层水化学性质（包括离子组成和PH 值）之间的相互作用。在二氧化硅/油/水系统中，多价金属阳离子的示踪量能改变润湿性。

阳离子能减少原油中表面活性剂的溶解度，促进阴离子表面活性剂在二氧化硅上的吸附。4．接触角测量表明，由于原油中表面活性剂的吸附，大多数碳酸盐岩油藏为中性润湿到亲油，而大多数砂岩油藏是亲水的。

5．因为在更高的温度和压力下，可改变润湿性的化合物的溶解度逐渐增加，所以原油/水/岩心系统在油藏条件下通常比大气条件下亲水性更强。另外，即使没有表面活性剂存在，由于温度升高，通过水测得的接触角减小，系统将变得更趋向亲油。

6．在实验室中常用的三种人工控制润湿性的方法：（1）用化学剂对岩心进行处理，一般砂岩岩心用有机氯硅烷溶液，碳酸盐岩用环烷酸；（2）用纯流体和烧结的聚四氟乙烯岩心；（3）向流体中加入表面活性剂。

7．润湿性的测量方法分为定性测量和定量测量两大类。定量测量方法主要有三种：（1）接触角法；（2）Amott法；（3）USBM方法。

8．定性测量方法有很多，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等。