润湿性

中国石油大学 渗流物理 实验报告
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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 ；
2
e
gd H
ρσ∆=
21ρρ、—待测两相流体的密度，g/cm3；
ρ∆—两相待测试样的密度差，g/cm3； 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 接触角测定仪器
四．实验步骤
1．将直流电源的插头一端插入接线板内另一端插入仪器后面的电源插座内。

2．将通讯线连接主机与计算机COM2通讯口。

3．打开接线板的电源开关。

4．旋转仪器后面的光源旋钮，顺时针旋转，看到光源亮度逐渐增强。

5．打开接触角软件图标。

6．开启视频。

7．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。

8．调整调焦手轮，直到图像清晰。

9．将显微镜放大倍数调整到1.5倍。

10．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。

11．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。

12．点击配置栏，在试验设置对话框，在相关栏添入相关数值。

13．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。

14．旋转测微头，当针头流出大约3-5ul左右的液体时停止。

15．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。

16．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。

17．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．结果分析方法
1．接触角分析方法
（1）切线法
将抓拍的图像在测量屏内进行测量。

选择切线法，在液滴的一端左键点击一下松开，拉向另一端点点击一下，沿液体外轮廓做液体的切线，数值自动显示在图像的左上角上。

点击右键将结果可以保存在图片上。

见图7、图8。

图7 图8
（2）高宽法
该法适应于小液滴，忽略重力影响，也叫小液滴法。

点击图标，在液体一端点击一下，然后拉向另一端点击，液滴地平线中点有一个小竖线，鼠标移动到地平线中点点击一下，竖向拉向液体的最高点，接触角值自动显示出来。

点击右键将结果保存在图片上。

见图9。

图9
（3）圆环法
圆环法，该方法较上述方法精度准确。

选取此方法图标，按提示在液滴一端点击一下，再在圆环上选择第二点，最后在液滴的另一端点点击一下。

拖动鼠标返回到第一端点点击鼠标，松开后拉向另一端点，接
触角自动显示。

点击右键将结果保存在图片上。

见图10。

图10
（4）基线圆环法测定接触角。

打开保存的接触角图像照片，点击方法图标，显示一条水平线，将其移动到液体的底面。

在液体轮廓上点击两点，包括液体外线，点击一下。

接触角值自动显示。

点击右键保存测量值即可。

见图11。

图11
2．表面张力分析方法
（1）自动悬滴法
将抓拍的液体悬滴显示在测量屏内。

选择横标定图标，在毛细管的一侧点击一下，不要松开，拉向另一侧点击，弹出下列对话框。

填入0.7，确定。

见图12
图12
点击处理栏中的计算显示一个下拉菜单。

见图13、图14。

图13 图14
填入外向密度和液体密度。

点击计算、退出。

结果将自动显示。

见图15。

图15
（2）手动悬滴法
点击图标，在图像的最宽点点击一下，拉向另一端点击，看到一条竖线，移动到图像的最低端，点击鼠标。

上边形成一条横线。

在横线与液体边缘相交点，点击一下鼠标拉向对面的相交点，点击鼠标。

点击处理栏中的计算显示悬滴法测试界面张力，填入相关项，点击计算、退出。

结果自动显示。

见图16。

图16
六、数据处理
表1 润湿角数据记录
表2 高宽法测量润湿角数据记录表
图1 切线法投影结果
图2 高宽法投影结果
图3 圆环法投影结果
图4 基线圆环法投影结果
七、思考与总结
1、光学法测定岩石润湿性的原理是什么？
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，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 。

如果接触角在九十度左右，则岩石是中性的；如果接触角小于九十度，则岩石
是亲水的；如果接触角大于九十度，则岩石是亲油的。

2、至少写出另外两种确定岩石润湿性的方法，并说明原理。

（1）自吸驱替法（Amott 法）
原理：岩心自吸水（或自吸油）后，用水（或油）驱至残余油饱和度（或束缚水饱和度），然后根据润湿指数半定量的判断岩石的润湿性。

（2）自吸法
原理：将已饱和油的岩样放入吸水仪中，测出吸入水量；将已饱和水的岩样放入吸油仪中，测出吸入油量。

若吸入水量大于吸入油量，则岩石亲水。

若吸入水量小于吸入油量，则岩石亲油；若吸水量和吸油量相近，则为中性润湿。

3、分析影响岩石润湿性的因素有哪些？ （1）岩石的性质
储层岩石主要是砂岩和碳酸盐岩，组成储层岩石的主要矿物的表面在洁净的情况下一般都是亲水的，但亲水程度不同。

（2）流体的性质
不同储层的油水的组成有差异，油水之间及油水自身与固体分子间引力不同，界
面张力不同，导致不同油藏岩石的润湿性不同。

（3）石油中的极性物质
石油中除含有非极性烃类外，还不同程度的含有极性物质。

石油的极性物质对各种矿物表面都有影响，但程度不同。

（4）矿物表面的粗糙程度
矿物表面的尖棱对三相周界的移动阻力很大，因此在接触角的测定过程中，若有矿物表面不平滑就不能反映岩石的真实润湿性。

（5）岩石的微观结构的影响
岩石孔隙会产生混合润湿现象，大小不同的孔道的润湿性不同，小孔隙不含油保持水润湿，大孔隙由于长期和油接触而为油润湿的现象。

（6）活性物质的影响
活性物质可大大降低界面张力，可以改变润湿性，甚至发生润湿反转。

（7)温度的影响
吸附是吸热的，温度升高吸附量降低，对润湿性有影响。