岩石润湿性的测定

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。