用視頻光學(xué)接觸角測量儀研究潤濕性變化

吳家文

（大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

用視頻光學(xué)接觸角測量儀研究潤濕性變化

吳家文

（大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

油層的潤濕性對孔隙中流體的分布具有重要的影響作用。驅(qū)油實驗前進行的洗油過程所用的甲苯是親油的，這必然會改變巖心的潤濕性；同時，水對巖心長時間的沖洗也可能影響巖心的潤濕性。為了研究這些因素對潤濕性的影響水平，采用德國Dataphysics公司生產(chǎn)的視頻光學(xué)接觸角測量儀，結(jié)合水洗油實驗，研究了洗油過程中巖心潤濕性的變化趨勢。實驗結(jié)果表明，洗油過程和驅(qū)油過程會影響巖心的潤濕性，洗油后巖心接觸角變大，但長時間水洗可基本消除這一影響。因此，洗油后需要對巖心水洗一段時間再進行驅(qū)油實驗，以消除洗油過程對潤濕性的影響。

低滲透率；潤濕性；洗油；接觸角測量儀；座滴法

由于油藏巖石潤濕性在很大程度上對孔隙中的流體分布起著控制作用，因而會對注水過程中的驅(qū)油效率產(chǎn)生一定的影響。一般認為，當油藏巖石為強水濕時，毛細管壓力是水驅(qū)油的動力，有利于提高水的自吸速率，因而與強油濕的巖石相比，其注水時的驅(qū)油效率應(yīng)明顯高些［1-5］。

驅(qū)油實驗前洗油所用的甲苯是親油的，這必然會影響巖心的潤濕性，而洗油又是驅(qū)油實驗中不可缺少的一個重要步驟［6］。同時，大量開發(fā)實踐也證明，水對巖心長時間的沖刷也會影響巖心的潤濕性。為了研究這些因素對潤濕性的影響及其范圍，筆者采用德國Dataphysics公司生產(chǎn)的視頻光學(xué)接觸角測量儀，以水驅(qū)油實驗代替水洗油過程，研究了洗油過程中巖心潤濕性的變化趨勢。

1 實驗材料

實驗采用蒸餾水和10塊天然巖心，其中8塊來自大慶油田第六采油廠高臺子油層，屬于三類油層；2塊來自大慶油田第一采油廠葡萄花油層，分別為G-18和3-1，屬于一類油層。10塊巖心的滲透率數(shù)據(jù)如表1所示。

2 實驗設(shè)備

實驗采用德國Dataphysics公司生產(chǎn)的視頻光學(xué)接觸角測量儀。

2.1 技術(shù)參數(shù)

樣品臺規(guī)格為100 mm×100 mm；接觸角測量范圍0～180°。樣品規(guī)格為220 mm×∞×70 mm；203.2 mmWafer on WT 200M/E；330 mm×∞×70 mm；303.48 mm Wafer on WT 300M/E with OCA15 L plus。

表1 巖心滲透率

測量精度為±0.1°；分辨率為±0.05 mN·m-1。表面/界面張力測量范圍為1×10-2～2×103mN·m-1；光學(xué)系統(tǒng)為高品質(zhì)連續(xù)聚焦6倍放大變焦透鏡（0.7～4.5倍放大率），752×582像素的CCD攝像頭。

視野范圍1.31 mm×1.05 mm～8.77 mm×6.75 mm；光學(xué)曲度＜0.05%；視頻系統(tǒng)132 Mb·s-1的高效圖象處理系統(tǒng)，50圖像·s-1的數(shù)碼速度。

2.2 技術(shù)特點

1）按照座滴法測量動、靜態(tài)接觸角；2）按照懸滴法分析液滴外型；3）分析固體表面的潤濕行為；4）計算固體表面自由能及其組成；5）分析液滴外型，測量表面/界面張力。

3 實驗步驟及結(jié)果

在驅(qū)油實驗過程中會首先進行洗油測量孔隙度，而洗油用的甲苯具有親油性，因此會影響潤濕角的測量結(jié)果。為了弄清洗油過程對潤濕角測量結(jié)果的影響有多大，這些影響是否能夠通過水洗的方法消除，同時對驅(qū)油過程中巖心的潤濕性有準確的判斷，設(shè)計了3組潤濕性測量實驗。

按照潤濕性的劃分方法，潤濕角＜75°的巖心為親水；75°＜潤濕角＜105°的巖心為中性潤濕；潤濕角＞105°的巖心為親油。

第1組實驗測量洗油前巖心的潤濕性；第2組實驗測量洗油后巖心的潤濕性；第3組實驗是在測量完洗油后巖心的潤濕性后，用純凈水將天然巖心驅(qū)5 h，將巖心中的甲苯?jīng)_洗干凈。待巖心沖洗干凈后，測量其潤濕性。

3.1 洗油前接觸角的測量

測量了洗油前天然巖心的初始接觸角，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 巖心初始接觸角

從表2可以看出，低滲透巖心多數(shù)呈親水特征。其中有3塊巖心為水濕，分別為D-1、J-6和6-1；中性潤濕巖心1塊，為6-2；油濕巖心1塊，為1-2。

還可以看出，中高滲透巖心多數(shù)親油，其中水濕巖心1塊，為6-3；中性巖心2塊，分別為G-19和G-18；油濕巖心2塊，分別為5-2和3-1。

3.2 洗油后接觸角的測量

天然巖心洗油后，測量了其接觸角，實驗結(jié)果如表3所示。

表3 巖心洗油后的接觸角

從表3可以看出，洗油后天然巖心的接觸角發(fā)生了顯著變化，多數(shù)巖心呈親油性。結(jié)果表明，洗油過程對巖心潤濕性的影響是明顯的。假如洗油后直接進行驅(qū)油實驗，必然會影響實驗結(jié)果的準確性。

3.3 水洗后接觸角的測量

把洗油后的天然巖心進行純凈水驅(qū)15 h，以便清洗掉巖心中殘留的甲苯，使天然巖心的潤濕性盡量接近初始狀態(tài)。巖心水洗后測量了其潤濕性（見表4）。

表4 水洗后巖心的接觸角

從表4可以看出，水洗后，多數(shù)巖心的接觸角都有不同程度的下降。水洗后，低滲透巖心中水濕巖心有3塊，為D-1、J-6和6-1；油濕巖心2塊，為6-2和1-2。中高滲透巖心中水濕巖心有1塊，為6-3；油濕巖心2塊，為5-2和3-1；中性潤濕2塊，為G-18和G-19。

從表2和表4可以看出，D-1、J-6、6-1巖心的初始潤濕性和水洗后潤濕性均為水濕；1-2巖心的初始潤濕性和水洗后潤濕性均為油濕；6-2巖心初始潤濕性為中性潤濕，水洗后為油濕。

5塊中、高滲透巖心中，初始潤濕性和水洗后潤濕性全部相符。其中6-3巖心的初始潤濕性和水洗后潤濕性均為水濕；5-2、3-1巖心的初始潤濕性和水洗后潤濕性均為油濕；G-19和G-18巖心的初始潤濕性和水洗后潤濕性均為中性潤濕。

4 結(jié)論

1）潤濕性實驗表明，洗油過程能夠顯著改變巖心的潤濕性。通過一定時間的水洗，可以基本恢復(fù)巖心的初始潤濕性。

2）低滲透巖心以水濕為主，中高滲透巖心以中間潤濕和油濕為主。

3）應(yīng)用天然巖心進行驅(qū)油實驗時，應(yīng)在洗油前測量潤濕性，并在洗油后對巖心進行一定時間的水驅(qū)，使巖心潤濕性恢復(fù)到初始狀態(tài)，這樣獲得的實驗結(jié)果才能反映地層條件下的驅(qū)油規(guī)律。

［1］鄢捷年.油藏巖石潤濕性對注水過程中驅(qū)油效率的影響［J］.石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1998，22（3）：43-46. Yan Jienian.Effect of rock wettability on oil recovery by water flooding［J］.Journal of the University of Petroleum，China：Natural Science Edition，1998，22（3）：43-46.

［2］宋新旺，程浩然，曹緒龍，等.油藏潤濕性對采收率影響的實驗研究［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報，2009，22（4）：49-53. Song Xinwang，Cheng Haoran，Cao Xulong，et al.The effects of wettability on oil recovery efficienc［J］.Journal of Petrochemical Universities，2009，22（4）：49-53.

［3］張曙光，劉景龍，鄧穎.儲層巖石表面接觸角的不確定性研究［J］.礦物巖石，2001，21（1）：48-51. Zhang Shuguang，Liu Jinglong，Deng Ying.The uncertainty of surface contact angle in the reservoir rock［J］.Journal of Mineralogy and Petrology，2001，21（1）：48-51.

［4］王富華.中等潤濕性在油氣鉆探和開發(fā)中的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2005，12（3）：41-44. Wang Fuhua.Application of interm ediate wettability in oil/gas drilling and oil recovery［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2005，12（3）：41-44.

［5］劉懷珠，李良川，鄭家朋，等.油水單相滲流的潤濕效應(yīng)［J］.石油天然氣學(xué)報，2010，32（1）：306-309. Liu Huaizhu，Li Liangchuan，Zheng Jiapeng，et al.Study on the effect of wettability of oil-water single phase flow［J］.Journal of Oil and Gas Technology，2010，32（1）：306-309.

［6］艾德生，李慶豐，戴遐明.超細白云石礦粉潤濕接觸角的測定［J］.巖礦測試，2001，20（2）：97-99. Ai Desheng，Li Qingfeng，Dai Xiaming.Measurement of wetting contact angle of ultra-fine dolomite mineral powder［J］.Rock and Mineral Analysis，2001，20（2）：97-99.

Study on wettability change with optical contact angle measuring device

Wu Jiawen
(Research Institute of Exploration and Development,Daqing Oilfield Company Limited,PetroChina,Daqing 163712,China)

The wettability of oil layers shows an important effect for the fluid distribution in pores.Washing oil before flooding experiment will change the core wettability because toluene,which is hydrophobic,is used in the process of washing oil.At the same time,the long-time flush of water on cores will affect the wettability of cores.The changing rules of wettability during washing oil are studied by using the optical contact angle measuring device produced by Dataphysics Company,Germany through the combination of washing oil experiment in order to study the effect of these fators against wettability.The experiment result indicates that the washing oil and flooding will affect the core wettability,and the contact angle will become larger after washing oil.But long-time flushing can remove this effect.The cores should be flushed for a long time after washing oil before flooding experiment in order to remove the effect of washing oil to wettability.

low permeability;wettability;washing oil;optical contact angle measuring device;sessile drop method

國家自然科學(xué)基金項目“低滲透率油層提高驅(qū)油效率的機理研究”（50634020）資助

TE311

：A

1005-8907（2011）02-220-03

2010-06-26；改回日期：2011-01-10。

吳家文，男，1975年生，博士，現(xiàn)從事油田開發(fā)方面的研究。E-mail：wjw1975.student@sina.com。

（編輯滕春鳴）

吳家文.用視頻光學(xué)接觸角測量儀研究潤濕性變化［J］.斷塊油氣田，2011，18（2）：220-222. Wu Jiawen.Study on wettability change with optical contact angle measuring device［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2011，18（2）：220-222.