CN106769685A - 一种快速测量岩石润湿性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法，包括如下步骤：1)、建立单位长度水环质量‑接触角标准曲线；2)、测定待测量岩石样品的水环质量，计算其单位长度水环质量，依据单位长度水环质量‑接触角标准曲线获得该样品的接触角；其中单位长度水环质量指水环质量与三相界面上水环周长的比值；水环质量指岩石样品依据其体积计算的理论排水质量与该样品浸没时的实测排水质量之差的绝对值；三相界面上水环周长指岩石样品浸没于水中时，三相界面上形成水环的总长度。利用岩石浸没在水中在气‑液‑固三相界面处快速形成水环的质量，辅助评价储层岩石的润湿性，具有简单、快捷等特点，不需要特殊实验器材，实验操作简单，周期短，不受环境限制。

Description

一种快速测量岩石润湿性的方法

技术领域

本发明涉及的是油气资源勘探开发工程中对储层岩石润湿性测量方法，属于力学领域，特别是一种快速测量岩石润湿性的方法。

本发明方案涉及的测定用水均为标准状况下的纯净水。

背景技术

在油气行业中，取得对含油气(hydrocarbon-bearing)地下地层(subsurfaceformation)(“储集层(reservoir)”)的润湿性特性或者润湿条件有利于采油工作的开展。例如润湿性可能对储量(reserve)计算和/或储集层的动态行为具有影响。

润湿性可以定义为一种流体在存在其他不混溶流体(immiscible fluid)时在固体表面上展开或者粘附于固体表面的倾向。

因此例如润湿性可以描述岩石被某个相(例如水或者油)覆盖的相对偏好。例如，如果岩石对于水比对于油而言具有大得多的亲合性，则岩石可以称为亲水的(water-wet)。因此，在亲水的多孔岩石在它的孔内包含水和油相的情况下，孔的基本上所有内表面将由水层覆盖。在这一情况下，水可以称为“润湿相”。反言之，在油润湿多孔岩石的情况下，孔的基本上所有内表面将由油层覆盖。在这一情况下，油可以称为“润湿相”。在实践中，单一润湿性的极端亲水的或者亲油的情形在含油储集层中罕见。

多孔岩石的润湿性将依赖于岩石类型并且也将受存在于孔内的矿物影响。例如干净沙岩或者石英可以是极端亲水的，而含油储集层的多数岩石地层通常可以有混合润湿性。对于储集层，从原始亲水的状态向混合润湿状态的润湿性变更可能在原油向储集层圈闭(trap)中迁移并且随着储集层的水饱和度减少降至原生水饱和度之后出现。储集层润湿性依赖于原油组成、原生水化学性和岩石表面的矿物学以及温度和储集层的压力和饱和度等。含油地层中的初始流体饱和度分布依赖于储集层级和孔级处的毛细管力与重力之间的均衡。润湿状态可以随着孔和孔喉几何形状变化。在石油迁移过程期间，重力不足以克服微孔内的大毛细管压力，并且因此微孔通常保持完全原生水饱和，因此保留它们的原始亲水状态。尽管大孔经常被油侵入，但是大孔的岩石表面上的原生水膜通常得以保持。大孔内的润湿性变更依赖于这一水膜的稳定性。在极端条件下，水膜可以稳定并且完全涂覆大孔的表面区域，由此阻止油相具有与孔表面的直接接触。而随着地质时间，大孔的整个表面可能已经变得被油相涂覆，使得大孔呈现油润湿的。此时大孔表面部分地与水相和油相二者接触，并且因此具有混合润湿特性。

我国拥有丰富的油气资源，可采储量丰富，但由于我国地质环境复杂，对储层岩石的物理性质研究成为目前的主要任务。大部分油气藏属于低渗储层，其孔隙度在微米到纳米之间，油气资源的流动主要受到毛细管力的作用，毛管力的大小与岩石的润湿性有关。由于岩石中含有大量孔隙，润湿角测量仪测量时会有一部分液体渗入岩石孔隙中，导致测量结果不准确。现在市场上的润湿角测量仪，不仅设备成本高，不便于携带，而且操作复杂，要求实验人员具有较高专业技能和较强的专业知识，难以满足现场快捷、直观、准确地评价储层岩石润湿性的实际需要。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种快速测量岩石润湿性的方法，利用岩石浸没在水中在气-液-固三相交接面处快速形成水环的质量，辅助评价储层岩石的润湿性，具有简单、快捷等特点，不需要特殊实验器材，实验操作简单，周期短，不受环境限制。

本发明方案中岩石样品以及标准件可以包括而不限于如下情形：花岗岩、大理石、玄武岩(非多孔型)、石英岩等，特别是标准件还可以包括而不限于如下情形：玻璃、金属等。

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法，包括如下步骤：

1)、建立单位长度水环质量-接触角标准曲线；

2)、测定待测量岩石样品的水环质量，计算其单位长度水环质量，依据单位长度水环质量-接触角标准曲线获得该样品的接触角；

其中单位长度水环质量指水环质量与三相界面上水环周长的比值；

水环质量指岩石样品依据其体积计算的理论排水质量与该样品浸没时的实测排水质量之差的绝对值；

三相界面上水环周长指岩石样品浸没于水中时，水-空气-岩石三相界面上形成水环的总长度，即岩样横截面的周长。经过考证研究，物体上形成的水环质量与表面浸润性直接相关，而经过转换单位长度水环质量-接触角具有良好的拟合特性，由此通过单位长度水环质量-接触角标准曲线可以直接高效地反应浸润特征。

本发明方案根据油田岩层的油-水浸润特性，采用标准样品建立特定的单位长度水环质量-接触角标准曲线，从而在岩层浸润性判断中，直接依据测量的单位长度水环质量判断出其浸润特征，由此降低了岩层浸润性判定难度，而直观高效准确地对岩层浸润性进行判断，而无需进行复杂计算和降低对工具依赖性。

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法的一种改进，步骤1)单位长度水环质量-接触角标准曲线的建立包括如下步骤：

a、选取具有不同润湿性材料的多种标准件，清洗干燥，并分别对其尺寸进行测量；

b、根据步骤a测量尺寸分别计算各标准件的理论排水质量；

c、将步骤a处理后的多种标准件浸没到水中，测定其实测排水质量；

d、以步骤b和步骤c获得的理论排水质量与实测排水质量之差的绝对值为水环质量，并计算相应样品的单位长度水环质量；

e、以多个标准件的对应的单位长度水环质量以及接触角，在单位长度水环质量-接触角坐标系内拟合曲线，建立单位长度水环质量-接触角标准曲线。

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法的一种改进，步骤c中实测排水质量的测定为将处理后的标准件悬挂到悬挂式天平上，平衡后天平清零，再将标准件浸没到水中，稳定后的天平的显示值的绝对值即为其实测排水质量。本方案通过在测试过程中，利用样品浸润水环的形成特性(其在浸没时即可在表面形成)，在标准件浸没稳定后的显示值即为该标准件的水环质量，此时控制测定显示的时间可以避免因浸没时间延长样品吸水而产生的误差，从而提升标准曲线的建立精度。

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法的一种改进，标准件的干燥为自然状态下的一般干燥。本方案对标准件采用一般干燥的方式，可以避免因过度干燥而导致清零时重量偏低，而在浸没时标准件过度吸水而增重，同时会破坏三相界面的形态而破坏水环的形成的危害情形，由此保证测试精度，并且降低操作复杂性和操作难度，提高操作效率。

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法的一种改进，标准件的表面没有孔隙(本方案孔隙指对测试液体可以形成孔内吸附、流动情形的较大的孔，而非能够锁住液体的微孔)。本发明方案针对具有特定孔特性的岩层种类设定相应的标准件，从而充分利用水环的特性，而提高标准曲线与实际应用情况的吻合度，从而降低本方案在岩石润湿性判定中的误差，并且提高判定精度。

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法的一种改进，步骤2)测定待测量岩石样品的水环质量包括如下步骤：

a、准备岩石样品，清洗干燥，并分别对其尺寸进行测量；

b、根据步骤a测量尺寸分别计算各标准件的理论排水质量；

c、将步骤a处理后的岩石样品浸没到水中，测定其实测排水质量；

d、以步骤b和步骤c获得的理论排水质量与实测排水质量之差的绝对值为水环质量，并计算相应样品的单位长度水环质量。

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法的一种改进，测定待测量岩石样品的水环质量时，步骤c中实测排水质量的测定为将处理后的岩石样品悬挂到悬挂式天平上，平衡后天平清零，再将岩石样品浸没到水中，稳定后的天平的显示值的绝对值即为其实测排水质量。本方案通过在测试过程中，利用岩石样品浸润水环的形成特性(其在浸没时即可在表面形成)，在岩石样品浸没稳定后的显示值即为该标准件的水环质量，此时控制测定显示的时间可以避免因浸没时间延长岩石样品吸水而产生的误差，从而提升利用标准曲线的判定精度。

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法的一种改进，岩石样品的干燥为自然状态下的一般干燥。本方案对岩石样品采用一般干燥的方式，可以避免因过度干燥而导致清零时重量偏低，而在浸没时岩石样品过度吸水而增重，同时会破坏三相界面的形态而破坏水环的形成的危害情形，由此保证测试精度，并且降低操作复杂性和操作难度，提高岩石样品浸润性评估效率。

本发明公开的快速测量岩石润湿性的方法的一种改进，岩石样品的表面没有孔隙(本方案孔隙指对测试液体可以形成孔内吸附、流动情形的较大的孔，而非能够锁住液体的微孔)。本发明方案针对与标准曲线相适应的具有特定孔特性的岩层种类，从而充分利用水环的特性，而提高实际应用情况样品浸润特性与标准曲线的吻合度，从而提高本方案在岩石润湿性判定中的精度，并具有较高的判定效率。

本发明的技术方案如下：

此种岩石润湿性评价方法是利用岩石浸没在水中在气-液-固三相交接面处快速形成水环的质量，通过水环质量和润湿角之间的关系曲线对比，评价储层岩石的润湿性。该方法基于以下机理：

岩石的润湿性是指液体在岩石表面自动流散的特性，即孔隙中的流体在分子间作用力的作用下在岩石颗粒表面铺展的能力。岩石的润湿性不同，岩石表面的分子力不同，导致流体与颗粒之间及流体与流体之间的界面物理化学性质有所不同。如果将岩石浸没在水中，在水-空气-岩石三相界面上快速形成水环，水环长度为三相界面上形成水环的总长度，即岩样横截面的周长。将岩石浸没在水中的瞬间，天平的质量会发生迅速的变化，由于浮力的作用，会使天平显示的岩石质量减小，又因为有水环质量的影响，天平显示的岩石质量的减小值不完全是由浮力引起，那么用浮力引起的质量变化减去天平显示的质量就是水环的质量。当岩石的亲水性越好时，浸没在水中的岩石形成水环的质量越大，当岩石疏水时，在岩石表面基本不会形成水环。由此可见，岩石的浸没在水中形成水环的质量与岩石的润湿性有着密切的关系，因此可以通过岩石浸没水中形成水环质量的大小来对储层岩石的润湿性进行评价。

该方法的实施步骤和技术要点如下：

(1)选取没有孔隙的不同润湿性材料的标准件，比如：玻璃、铜、铁等，对其尺寸进行测量，清洗烘干；

(2)将2根细绳的一段绑在天平底部的挂钩上，另一端绑在铁丝上，保持铁丝水平；

(3)将夹有标准件的夹子悬挂在铁丝上，待标准件停止晃动后，对天平进行清零；

(4)将标准件浸没水中，测量其浸没深度，待天平数据稳定后，记录天平显示质量；

(5)计算标准件浸没水中的体积，推算出浮力对天平显示质量的影响；

(6)计算浮力引起的质量变化与天平显示质量的差值，即为形成水环的质量；

(7)计算单位长度水环的质量，建立不同润湿性和单位长度水环质量之间的关系曲线；

(8)测量岩石的润湿性时，将岩石浸没水中，计算形成单位长度水环的质量，通过在标准图版中的对比即可得到岩石的润湿性。

本发明提供测量岩石润湿性的方法利用岩石浸没在水中形成气-液-固三相界面上快速形成的水环质量，通过接触角与单位长度水环质量的标准图版的对比，评价岩石的润湿性。该方法具有简单、快捷等特点，不需要特殊实验器材，实验操作简单，周期短，不受环境限制。

附图说明

图1、本发明方案利用标准件测量其浸没在水中形成的单位长度水环质量与接触角的标准曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

本实施例中快速测量岩石润湿性的方法，包括如下步骤：

1)、建立单位长度水环质量-接触角标准曲线；

2)、测定待测量岩石样品的水环质量，计算其单位长度水环质量，依据单位长度水环质量-接触角标准曲线获得该样品的接触角；

其中单位长度水环质量指水环质量与三相界面上水线周长的比值；

水环质量指岩石样品依据其体积计算的理论排水质量与该样品浸没时的实测排水质量之差的绝对值；

三相界面上水环周长指岩石样品浸没于水中时，水-空气-岩石三相界面上形成水环的总长度，即岩样横截面的周长。

与上述实施例相区别的，步骤1)单位长度水环质量-接触角标准曲线的建立包括如下步骤：

a、选取具有不同润湿性材料的多种标准件，清洗干燥，并分别对其尺寸进行测量；

b、根据步骤a测量尺寸分别计算各标准件的理论排水质量；

c、将步骤a处理后的多种标准件浸没到水中，测定其实测排水质量；

d、以步骤b和步骤c获得的理论排水质量与实测排水质量之差的绝对值为水环质量，并计算相应样品的单位长度水环质量；

e、以多个标准件的对应的单位长度水环质量以及接触角，在单位长度水环质量-接触角坐标系内拟合曲线，建立单位长度水环质量-接触角标准曲线。

与上述实施例相区别的，步骤c中实测排水质量的测定为将处理后的标准件悬挂到悬挂式天平上，平衡后天平清零，再将标准件浸没到水中，稳定后的天平的显示值的绝对值即为其实测排水质量。

与上述实施例相区别的，标准件的干燥为自然状态下的一般干燥。

与上述实施例相区别的，标准件的表面没有孔隙(本方案孔隙指对测试液体可以形成孔内吸附、流动情形的较大的孔，而非能够锁住液体的微孔)。

与上述实施例相区别的，步骤2)测定待测量岩石样品的水环质量包括如下步骤：

a、准备岩石样品，清洗干燥，并分别对其尺寸进行测量；

b、根据步骤a测量尺寸分别计算各标准件的理论排水质量；

c、将步骤a处理后的岩石样品浸没到水中，测定其实测排水质量；

d、以步骤b和步骤c获得的理论排水质量与实测排水质量之差的绝对值为水环质量，并计算相应样品的单位长度水环质量。

与上述实施例相区别的，测定待测量岩石样品的水环质量时，步骤c中实测排水质量的测定为将处理后的岩石样品悬挂到悬挂式天平上，平衡后天平清零，再将岩石样品浸没到水中，稳定后的天平的显示值的绝对值即为其实测排水质量。

与上述实施例相区别的，岩石样品的干燥为自然状态下的一般干燥。

与上述实施例相区别的，岩石样品的表面没有孔隙(本方案孔隙指对测试液体可以形成孔内吸附、流动情形的较大的孔，而非能够锁住液体的微孔)。

以下为本发明方案标准曲线的建立：

本发明利用该方法得到不同润湿性标准件浸没水中的单位长度水环质量与接触角之间的关系曲线。以下选取的标准件分别为石英玻璃载玻片(载玻片1)、浮法玻璃载玻片(载玻片2)、铜片、铁片，接触角(即浸润角)的范围在20°—100°。得到如表1所示的数据：

表1

从表中可以看出，浮法玻璃的接触角最小，亲水性最好，形成单位长度水环的质量最大；铜片的接触角超过90°，表现为亲油性，形成单位长度水环的质量几乎为零。以此为基准获得单位长度水环质量与接触角标准曲线。

以长宁-威远页岩油藏为例，其属于页岩储层，获取得到部分岩石样品，其单位长度水环质量为0.0246g，在标准曲线上获得对应接触角为36°，与接触角实测值相比较误差小±2％。

以大港油田油藏为例，其属于碳酸盐岩储层，获取得到岩石样品，其单位长度水环质量为0.0179g，在标准曲线上获得对应接触角为54°，与接触角实测值相比较误差小±2％。

以大庆油田油藏为例，其属于砂岩储层，获取得到部分岩石样品，其单位长度水环质量为0.0182g，在标准曲线上获得对应接触角为65°，与接触角实测值相比较误差小±2％。

以塔里木油田油藏为例，其属于白云岩储层，获取得到部分岩石样品，其单位长度水环质量为0.0226g，在标准曲线上获得对应接触角为46°，与接触角实测值相比较误差小±2％。

以沙特某个油田油藏为例，其属于碳酸盐岩储层，获取得到部分岩石样品，其单位长度水环质量为0.0283g，在标准曲线上获得对应接触角为27°，与接触角实测值相比较误差小±2％。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种快速测量岩石润湿性的方法，包括如下步骤：

1)、建立单位长度水环质量-接触角标准曲线；

2)、测定待测量岩石样品的水环质量，计算其单位长度水环质量，依据单位长度水环质量-接触角标准曲线获得该样品的接触角；

其中单位长度水环质量指水环质量与三相界面上水环周长的比值；

水环质量指岩石样品依据其体积计算的理论排水质量与该样品浸没时的实测排水质量之差的绝对值；

三相界面上水环周长指岩石样品浸没于水中时，水-空气-岩石三相界面上形成水环的总长度。

2.根据权利要求1所述的快速测量岩石润湿性的方法，其特征在于：所述步骤1)单位长度水环质量-接触角标准曲线的建立包括如下步骤：

a、选取具有不同润湿性材料的多种标准件，清洗干燥，并分别对其尺寸进行测量；

b、根据步骤a测量尺寸分别计算各标准件的理论排水质量；

c、将步骤a处理后的多种标准件浸没到水中，测定其实测排水质量；

d、以步骤b和步骤c获得的理论排水质量与实测排水质量之差的绝对值为水环质量，并计算相应样品的单位长度水环质量；

e、以多个标准件的对应的单位长度水环质量以及接触角，在单位长度水环质量-接触角坐标系内拟合曲线，建立单位长度水环质量-接触角标准曲线。

3.根据权利要求2所述的快速测量岩石润湿性的方法，其特征在于：所述步骤c中实测排水质量的测定为将处理后的标准件悬挂到悬挂式天平上，平衡后天平清零，再将标准件浸没到水中，稳定后的天平的显示值的绝对值即为其实测排水质量。

4.根据权利要求2所述的快速测量岩石润湿性的方法，其特征在于：所述标准件的干燥为自然状态下的一般干燥。

5.根据权利要求1-4任一所述的快速测量岩石润湿性的方法，其特征在于：所述标准件的表面没有孔隙。

6.根据权利要求1所述的快速测量岩石润湿性的方法，其特征在于：所述步骤2)测定待测量岩石样品的水环质量包括如下步骤：

a、准备岩石样品，清洗干燥，并分别对其尺寸进行测量；

b、根据步骤a测量尺寸分别计算各标准件的理论排水质量；

c、将步骤a处理后的岩石样品浸没到水中，测定其实测排水质量；

d、以步骤b和步骤c获得的理论排水质量与实测排水质量之差的绝对值为水环质量，并计算相应样品的单位长度水环质量。

7.根据权利要求6所述的快速测量岩石润湿性的方法，其特征在于：所述步骤c中实测排水质量的测定为将处理后的岩石样品悬挂到悬挂式天平上，平衡后天平清零，再将岩石样品浸没到水中，稳定后的天平的显示值的绝对值即为其实测排水质量。

8.根据权利要求6所述的快速测量岩石润湿性的方法，其特征在于：所述岩石样品的干燥为自然状态下的一般干燥。

9.根据权利要求1、6-8任一所述的快速测量岩石润湿性的方法，其特征在于：所述岩石样品的表面没有孔隙。