CN113390759B - 一种基于油藏芯片表征润湿性影响的评价方法 - Google Patents

Abstract

一种基于油藏芯片表征润湿性影响的评价方法。所述方法包括以下步骤：配置驱替液；配置油相液体；提供油藏芯片；清洗油藏芯片；用油相液体饱和油藏芯片；用驱替液对饱和后的油藏芯片进行驱替；对驱替后的油藏芯片进行图像处理和分析。所述方法采用的油藏芯片与真实油藏结构具有相似的统计结构特征，实现了润湿性影响效果的可视化；并且不同类型驱替液的选择与配置，使得润湿性的影响与油田现场的情况一致，可以仅仅改变驱替液的性质来改变润湿性、而不改变固体基质的性质；同时驱替液‑油相液体粘度、界面张力等信息变化小，不会影响对润湿性机理的研究。

Description

一种基于油藏芯片表征润湿性影响的评价方法

技术领域

本文涉及但不限于新能源与高效节能技术，具体涉及但不限于石油天然气勘探开发与利用领域，尤其涉及但不限于一种基于油藏芯片表征润湿性影响的评价方法。

背景技术

油气资源依然是当今世界的主要能源，油气资源的勘探与开发关系着我国能源安全和社会的发展，而提高采收率的方法就是稳步提高油气产量的一种重要手段。但当前油气资源的开采方法多但有效性差，主要是油水多相体系在油藏中的流动不可见的特点极大的限制了我们对于提高采收率的机理的认识，进而影响了相关提高采收率技术和方法的发展和应用。同时由于真实油藏复杂的化学性质及实际开采过程中采用的不同流体，往往导致地层中的多相流动具有非常复杂的润湿性的特点，而对于润湿性的认识不清将极大的影响油气工艺的开发和设计。传统岩心实验对润湿性影响的评价主要是基于Amott润湿指数，采用不同的油藏的岩心来开展润湿性影响的评价，这样的实验虽然真实，但是不可重复，误差大，结构不可控制，更重要的是无法进一步探究其微观机理。

和真实岩心相比，微流控芯片具有可视化、可控性和可重复性的诸多优点，微流控芯片实验是研究孔隙尺度多相流动机理和研究提高采收率机理的一种强有力的手段。目前的微流控芯片主要采用的材料为玻璃、硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、光固化聚合物(photocurable polymer)等，这些材料化学性质稳定，简单可以分为玻璃类的亲水材料、硅类的中性材料和聚合物类的亲油材料。当前微流控芯片的研究中通常将这些材料的表面化学性质改变来改变润湿性，但是真实的采油过程是油藏固体表面的化学性质一定，而驱替液的性质能够通过选择不同的试剂而改变，这就使得通过改变固体性质以研究润湿性的方法与实际情况有了很大的出入。当前的研究无法真实的反应复杂地层中的润湿性的影响。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于油藏芯片的润湿性影响采收率的评价方法。其通过调配出不同的驱替液来实现油藏芯片中多相渗流过程的不同润湿性的效果，同时利用了具有优势通道效应的油藏芯片，设计的油藏芯片能够代表真实油藏的重要的统计结构特征，以真实的反应油藏中的多相渗流过程中的润湿性的影响。整个实验体系保证所有实验对象的毛管数一致以实现对润湿性效果的单一评价。

本申请提供了一种基于油藏芯片表征润湿性影响的评价方法。所述方法包括以下步骤：

配置驱替液的步骤，配置多种驱替液，多种驱替液具有大体上相同的粘度和界面张力；

配置油相液体的步骤，油相液体含有荧光素，油相液体具有与驱替液大体上相同的粘度；

提供油藏芯片的步骤，提供多块相同结构的油藏芯片；

清洗步骤，清洗多块油藏芯片；

饱和步骤，用油相液体饱和多块油藏芯片；

驱替步骤，用多种驱替液中的每一种分别对饱和步骤后的每一块油藏芯片进行驱替；

图像处理和分析步骤，采用图像处理软件对驱替步骤后的多块油藏芯片分别进行图像处理和分析，得到油相的分布以及驱替效率。

在一些实施方式中，多种驱替液可以为至少五种。

在一些实施方式中，五种驱替液可以分别为强亲水驱替液、弱亲水驱替液、中间亲水驱替液、中性驱替液和亲油驱替液。

在一些实施方式中，配置驱替液的步骤可以包括：

配置第一溶液，所述第一溶液包括表面活性剂、有机溶剂和去离子水；

配置不同浓度的两性表面活性剂水溶液，其中浓度按两性表面活性剂占两性表面活性剂水溶液的质量百分比计算；

配置强亲水驱替液：将浓度为0.2wt％-0.5wt％的两性离子表面活性剂水溶液与第一溶液混合搅拌10分钟-30分钟，然后静置4小时-8小时得到强亲水驱替液，其中第一溶液的使用量为强亲水驱替液的3.0vol％-5.0vol％；

配置弱亲水驱替液：将浓度为0.2wt％-0.5wt％的两性离子表面活性剂水溶液与第一溶液混合搅拌10分钟-30分钟，然后静置4小时-8小时得到弱亲水驱替液，其中第一溶液的使用量为弱亲水驱替液的1.0vol％-3.0vol％、且不包括3.0vol％；

配置中间亲水驱替液：取浓度为0.15wt％-0.3wt％的两性离子表面活性剂水溶液，静置4小时-8小时作为中间亲水驱替液；

配置中性驱替液：取浓度为0.08wt％-0.15wt％、且不包括0.15wt％的两性离子表面活性剂水溶液，静置4小时-8小时作为中性驱替液；

配置亲油驱替液：取浓度为0.01wt％-0.08wt％、且不包括0.08wt％的两性离子表面活性剂水溶液，静置4小时-8小时作为亲油驱替液。

在一些实施方式中，两性离子表面活性剂可以选自硫代甜菜碱12。

在一些实施方式中，第一溶液可以包括：以第一溶液的总体积计，10vol％-20vol％表面活性剂，50vol％-70vol％有机溶剂和20vol％-30vol％去离子水，并且第一溶液中各成分之和为100vol％。

在一些实施方式中，配置第一溶液可以包含以下步骤：

将表面活性剂添加到有机溶剂中，待充分分散溶解均匀后，将去离子水缓慢加入，充分搅拌，

通入惰性气体半小时以上以置换反应体系的氧气，使得整个体系在脱氧的条件下，缓慢升温至45℃-65℃，并保持4小时-10小时，得到第一溶液。

在一些实施方式中，表面活性剂可以选自司班、吐温、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。

在一些实施方式中，有机溶剂可以选自脂肪烃、溶剂油或芳烃中的至少一种。

在一些实施方式中，配置油相液体的步骤可以包括：配置含有30ppm-300ppm的荧光素的油相液体。

在一些实施方式中，荧光素可以选自尼罗红或罗丹明。

在一些实施方式中，油相液体可以选自液态烷烃类材料或液态烃的混合物。

在一些实施方式中，油相液体可以选自正己烷、正辛烷、正癸烷、正十六烷、矿物油、煤油中的至少一种。

在一些实施方式中，油藏芯片可以包括优势通道和基质结构。

在一些实施方式中，油藏芯片可以包括进口和出口，可以在进口和出口之间设置优势通道，优势通道的结构可以来源于真实优势通道岩石的统计结构特征，还可以来源于人工设计的便于形成优势通道的结构。

在一些实施方式中，可以在平行于优势通道的方向设置基质结构，基质结构来源于真实基质岩石的统计结构特征。

在一些实施方式中，制备油藏芯片可以包括以下步骤：

(1)选取真实油藏岩心，对岩心进行三维结构扫描，包括对优势通道和基质区域进行三维结构扫描；

(2)对扫描得到的真实油藏岩心的三维结构进行重构，提取孔径分布特征；

(3)根据得到的孔径分布特征，对真实油藏岩心的孔隙结构的形成及岩石颗粒的堆积形态进行分析，提取岩石颗粒中的主要的大颗粒的形态，建立大颗粒形态数据库；

(4)从大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，将选取的大颗粒随机分布并投影在油藏芯片的多孔介质区域中；

(5)将小颗粒随机生长在多孔介质的剩余区域中，直到生成的油藏芯片结构的孔径分布与真实岩心的孔径分布类似，得到基质结构和优势通道图片；

(6)将基质结构和优势通道图片导入绘图软件中，将优势通道结构与基质结构平行放置，并在绘图软件中在优势通道结构的两端设计进口区域、出口区域，得到油藏芯片设计图；

(7)将油藏芯片设计图刻蚀在基底上，并和上下游处打孔的耐热玻璃阳极键和，得到油藏芯片。

在一些实施方式中，当优势通道的结构来源于人工设计的结构时，采用下述步骤替代步骤(3)-(5)对优势通道进行结构重构：将人工设计的简单阵列结构的特征孔径大小设置为与步骤(2)提取的真实优势通道区域的特征孔径大小相同，特征孔径定义为小于该特征孔径的孔隙体积占比为50％。

在一些实施方式中，基底可以选自硅片、玻璃片、聚二甲基硅氧烷(PDMS)片或聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)片。

在一些实施方式中，当基底为硅片时，在键合后，可以对油藏芯片进行改性，包括以下步骤：

采用油藏芯片体积的50倍-100倍的稀盐酸清洗油藏芯片；

抽取3ml-5ml的二甲基二氯硅烷溶液，以0.1ml/h-3ml/h的速度注入油藏芯片；

注射完毕后，以0.1psi-10psi的压力往油藏芯片注入氮气24小时-48小时；

再次以0.5μl/min-5μl/min的速度往油藏芯片注入去离子水24小时-48小时；

将油藏芯片以0.1psi-10psi的压力在40℃-80℃注入氮气24小时-48小时以保证烘干芯片；

静置24小时-48小时。

在一些实施方式中，改性后的耐热玻璃的润湿性与硅片的润湿性基本一致，并且水-烷烃-基质测试耐热玻璃的水相接触角为90±10°。

在一些实施方式中，清洗步骤包括：

用洗液清洗50个孔隙体积以上，再用50个孔隙体积以上的去离子水清洗，清洗后的油藏芯片用5bar-10bar压力的氮气通过4小时以上，然后抽真空12小时-24小时。

在一些实施方式中，洗液可以包括：以洗液的总体积计，60vol％-80vol％去离子水，10vol％-20vol％氢氧化铵和10vol％-20vol％的过氧化氢，并且洗液中各成分之和为100vol％。

在一些实施方式中，驱替步骤可以包括：设置驱替流程，使得所有的毛管数一致。

在一些实施方式中，图像处理和分析步骤可以包括：

对初始的用油相液体饱和后的油藏芯片的图像进行二值化，得到固体结构的区域和饱和油相液体占据的全部孔隙区域，

对驱替步骤过程中的图像进行二值化，得到残余油相液体占据的孔隙区域，

利用初始饱和油相液体的二值化图像减去残余油相液体的二值化图像得到侵入相的分布，

通过计算侵入相的比例和残余油相液体的比例得到驱替效率的变化，

通过对图像进行形态学的分析，得到残余油相液体的形态分布。

在一些实施方式中，可以在驱替步骤过程中进行多次图像二值化，得到多个侵入相的分布。

与相关技术相比，本申请具有的有益效果至少包括：

1、油藏芯片与真实油藏结构具有相似的统计结构特征，实现了润湿性影响效果的可视化；

2、不同类型驱替液的选择与配置，使得润湿性的影响与油田现场的情况一致，即仅仅改变驱替液的性质来改变润湿性、而不改变固体基质的性质；

3、同时驱替液-油相液体粘度、界面张力等信息变化小，不会影响对润湿性机理的研究。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例的不同驱替液-正癸烷-硅片的三相接触角；

图2为本申请实施例的显示优势通道区域和基质区域的油藏芯片设计图；

图3为本申请实施例的含优势通道及基质的油藏芯片与仅含基质的油藏芯片在不同润湿性的驱替液驱替后的油相的形态分布图；

图4为本申请实施例的含优势通道及基质的油藏芯片与仅含基质的油藏芯片在不同润湿性的驱替液驱替后的驱替效率的变化对比图，其中，图4中的a为突破阶段的两种油藏芯片的驱替效率的对比，图4中的b为最终阶段的两种油藏芯片的驱替效率的对比。

具体实施方式

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。

本申请实施例提供了一种基于油藏芯片表征润湿性影响的评价方法，所述方法包括以下步骤：

配置驱替液的步骤，配置多种驱替液，多种驱替液具有大体上相同的粘度和界面张力；

配置油相液体的步骤，油相液体含有荧光素，油相液体具有与驱替液大体上相同的粘度；

提供油藏芯片的步骤，提供多块相同结构的油藏芯片；

清洗步骤，清洗多块油藏芯片；

饱和步骤，用油相液体饱和多块油藏芯片；

驱替步骤，用多种驱替液中的每一种分别对饱和步骤后的每一块油藏芯片进行驱替；

图像处理和分析步骤，采用图像处理软件对驱替步骤后的多块油藏芯片分别进行图像处理，得到油相的分布以及驱替效率。

配置驱替液的步骤

配置多种驱替液，多种驱替液具有大体上相同的粘度和界面张力，可以实现油藏芯片中的不同润湿性的多相渗流过程。只有在保证多种驱替液具有大体上相同的粘度和界面张力的前体下，才能更好的使得润湿性的影响与油田现场的情况一致。本申请的发明人发现，粘度和界面张力对驱替效果的影响很大，为了消除这些差异对实验的影响，需要控制各种驱替液的粘度，使得驱替液与油相粘度差异不大。如果驱替液粘度比油相粘度大很多(例如，几倍)，会引起粘性指进的现象，会显著降低采收率，对润湿性的影响因素的分析产生干扰。而界面张力如果降低过多(例如，数量级上的差异)也会显著提高采收率。

本申请中“大体上相同的粘度”可以理解为粘度差异在20％以内，还可以在15％以内、10％以内、5％以内、1％以内等。“大体上相同的界面张力”可以理解为界面张力差异在3倍以内，还可以在2倍以内、1倍以内。

可以采用DSA接触角测量仪等方式测量接触角；采用Hakke MarsIII等方式测量粘度；采用悬滴法等方式测量界面张力。

配置多种驱替液，例如，配置至少五种驱替液，包括但不限于强亲水驱替液、弱亲水驱替液、中间亲水驱替液、中性驱替液、亲油驱替液。

具体的驱替液配置方式如下：

首先，配置第一溶液。第一溶液包括：以第一溶液的总体积计，10vol％-20vol％表面活性剂，50vol％-70vol％有机溶剂和20vol％-30vol％去离子水，并且第一溶液中各成分之和为100vol％。

表面活性剂含量可以为12vol％、15vol％、18vol％等；有机溶剂含量可以为55vol％、60vol％、65vol％等；去离子水含量可以为22vol％、25vol％、28vol％等。

第一溶液的制备包含如下步骤：

将表面活性剂添加到有机溶剂中，待充分分散溶解均匀后，将去离子水缓慢加入，充分搅拌；

通入惰性气体半小时以上以置换反应体系的氧气，使得整个体系在脱氧的条件下，缓慢升温至45℃-65℃，并保持4小时-10小时，得到第一溶液。

其中，可以升温至50℃、55℃、60℃等；保持时间可以为5小时、6小时、7小时、8小时、9小时等。

其中，表面活性剂可以选自司班、吐温、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。司班可以选自司班-85、司班-80、司班-65、司班-60中的至少一种。吐温可以选自吐温-85、吐温-60、吐温-40、吐温-20中的至少一种。有机溶剂可以选自脂肪烃、溶剂油或芳烃中的至少一种。

然后，配置不同浓度的两性表面活性剂水溶液，浓度按两性表面活性剂占两性表面活性剂水溶液的质量百分比计算。

a.配置强亲水驱替液：将浓度为0.2wt％-0.5wt％的两性离子表面活性剂水溶液与第一溶液混合搅拌10分钟-30分钟，然后静置4小时-8小时得到强亲水驱替液，其中第一溶液的使用量为强亲水驱替液的3.0vol％-5.0vol％；

b.配置弱亲水驱替液：将浓度为0.2wt％-0.5wt％的两性离子表面活性剂水溶液与第一溶液混合搅拌10分钟-30分钟，然后静置4小时-8小时得到弱亲水驱替液，其中第一溶液的使用量为弱亲水驱替液的1.0vol％-3.0vol％、且不包括3.0vol％；

c.配置中间亲水驱替液：取浓度为0.15wt％-0.3wt％的两性离子表面活性剂水溶液，静置4小时-8小时作为中间亲水驱替液；

d.配置中性驱替液：取浓度为0.08wt％-0.15wt％、且不包括0.15wt％的两性离子表面活性剂水溶液，静置4小时-8小时作为中性驱替液；

e.配置亲油驱替液：取浓度为0.01wt％-0.08wt％、且不包括0.08wt％的两性离子表面活性剂水溶液，静置4小时-8小时作为亲油驱替液。

其中，两性离子表面活性剂可以选自硫代甜菜碱12。

其中，两性离子表面活性剂水溶液的浓度可以为0.04wt％、0.05wt％、0.15wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％等。第一溶液的使用量可以为1.5vol％、2vol％、2.5vol％、3.5vol％、4vol％、4.5vol％等。搅拌时间可以为15分钟、20分钟、25分钟等。静置时间可以为5小时、6小时、7小时等。

配置油相液体的步骤

配置含有30ppm-300ppm的荧光素的油相液体，可以实现油藏芯片中的不同润湿性的多相渗流过程成像。

其中，荧光素可以选自尼罗红或罗丹明。

其中，油相液体可以含有50ppm、100ppm、150ppm、200ppm、250ppm等含量的荧光素。

油相液体可以选自液态烷烃类材料或液态烃的混合物，例如，可以选自正己烷、正辛烷、正癸烷、正十六烷、矿物油、煤油中的至少一种。

提供油藏芯片的步骤

提供多块相同结构的油藏芯片。其中，油藏芯片包括优势通道和基质结构。油藏芯片还包括进口和出口，在进口和出口之间设置优势通道，优势通道的结构来源于真实优势通道岩石的统计结构特征或人工设计的便于形成优势通道的结构。在平行于优势通道的方向设置基质结构，基质结构来源于真实基质岩石的统计结构特征。

a.优势通道的设计：地层中由于无处不在的优势通道，在整个生产周期内往往水流很快沿着优势通道突破。首先，在芯片的进口和出口之间直接设置优势通道，优势通道的结构来源于真实优势通道岩石的统计结构特征或人工设计的便于形成优势通道的结构。

b.基质结构的设计：在平行于优势通道的方向设置基质结构，基质结构来源于真实基质岩石的统计结构特征。

油藏芯片的制备包括如下步骤：

(1)选取真实油藏岩心，对岩心进行三维结构扫描，包括对优势通道和基质区域进行三维结构扫描；

(2)对扫描得到的真实油藏岩心的三维结构进行重构，提取孔径分布特征；

(3)根据得到的孔径分布特征，对真实油藏岩心的孔隙结构的形成及岩石颗粒的堆积形态进行分析，提取岩石颗粒中的主要的大颗粒的形态，并建立大颗粒形态数据库；

(4)从大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，并将选取出的大颗粒随机分布并投影在油藏芯片的多孔介质区域中；

(5)将小颗粒随机生长在多孔介质的剩余区域中，直到生成的油藏芯片结构的孔径分布与真实岩心的孔径分布类似，得到基质结构和优势通道图片；

(6)将基质结构和优势通道结构图片导入绘图软件中，将优势通道结构与基质结构平行放置，并在所述绘图软件中在优势通道结构的两端设计进口区域、出口区域，得到油藏芯片设计图；

(7)将油藏芯片设计图刻蚀在基底上，并和上下游处打孔的耐热玻璃阳极键和，得到油藏芯片。

其中，基质区域采用上述步骤(3)-(5)进行结构重构。由于优势通道的孔径分布是相对集中的正态分布、孔径分布相对集中，优势通道可以采用上述步骤(3)-(5)进行结构重构，也可以采用人工设计的结构，用下述步骤替代步骤(3)-(5)对优势通道进行结构重构：将人工设计的简单阵列结构的特征孔径大小设置为与步骤(2)提取的真实优势通道区域的特征孔径大小相同，特征孔径定义为小于该特征孔径的孔隙体积占比为50％。

步骤(1)中可以采用电子计算机断层扫描、聚焦离子束-扫描电子显微镜、核磁共振成像技术等对岩心进行三维结构扫描。

步骤(2)中可以利用matlab、imageJ等软件对扫描得到的真实油藏岩心的三维结构进行重构。

步骤(2)中可以采用最大球法计算孔径分布特征。

步骤(4)中可以采用四参数随机生成法从大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，并将选取出的大颗粒随机分布并投影在油藏芯片多孔介质区域中。

步骤(5)中可以采用四参数随机生成法将小颗粒随机生长在多孔介质的剩余区域中。

步骤(6)中可以采用LISP(list procession language)编程将得到基质结构和优势通道图片导入绘图软件中，绘图软件可以为AutoCAD、L-Edit等。

步骤(7)中可以采用标准光刻蚀法和耦合等离子深反应刻蚀法、或标准光刻蚀法和湿法刻蚀技术将油藏芯片设计图刻蚀在基底上。

步骤(7)中基底可以为硅片、玻璃片、聚二甲基硅氧烷(PDMS)片或聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)片。

在本申请中，术语“真实油藏岩心”定义为从地层取出来的岩心。一般情况下，在油田现场中选取的不同含油量的岩心可以看出，优势通道的岩心冲刷比较严重偏白色，一般孔隙率和渗透率比较大；而基质区域含油量多偏黑色，一般孔隙率和渗透率偏小。

应理解，根据研究的目的不同，岩石的类型不同，大颗粒的大小的选取各不相同，例如，可以初步选取体积占整个岩石固体基质体积的0.5％以上的颗粒为大颗粒，在上述范围内选取的大颗粒的大小对本申请方法的最终结构的统计信息影响不大。在本申请的实施例中，可以选取体积占整个岩石固体基质体积的1％以上、2％以上或3％以上的颗粒为大颗粒。

在本申请中，当生成的油藏芯片结构中的平均孔隙直径在真实岩心的平均孔隙直径的0.5倍-5倍的范围内时，可以认为生成的油藏芯片结构的孔隙大小可以代表真实油藏孔隙大小，且生成的油藏芯片结构的孔径分布与真实油藏岩心的孔径分布形态类似时，可以认为生成的油藏芯片的孔径分布特征可以代表真实油藏的孔径分布特征，此时的油藏芯片结构能够代表真实油藏岩心的主要结构特征。

在本申请中，“小颗粒”指生成岩石基质的最基本单元，其尺寸不应大于大颗粒数据库中最小大颗粒的投影像素的1/10，在上述范围内选取的小颗粒的大小对本申请方法的最终结构的统计信息影响不大。在本申请的实施例中，对于3000×4000像素点的多孔介质区域的情况，可以选取20个像素点大小的颗粒作为小颗粒，以保证小颗粒能够堆积形成想要的结构的统计特征。

在本申请的实施例中，可以选择将岩石颗粒中的尺寸合适的颗粒直接作为“小颗粒”，或者采用比“小颗粒”更小的颗粒堆积形成“小颗粒”。

当基底为硅片时，在键合后，由于硅片与玻璃的性质的差异，需要对油藏芯片进行改性，包括如下步骤：

采用油藏芯片体积的50倍-100倍的稀盐酸清洗所述油藏芯片，稀盐酸用量可以是油藏芯片体积的60倍、70倍、80倍、90倍等，稀盐酸通过对浓盐酸稀释来配置，例如，可以采用质量分数约为37％浓盐酸，配置出2vol％-3vol％的稀盐酸(例如，100ml稀盐酸溶液中，采用2ml-3ml的浓盐酸，或按此比例缩放)，稀盐酸浓度可以为2.2vol％、2.5vol％、2.8vol％等；

抽取3ml-5ml的二甲基二氯硅烷溶液，以0.1ml/h-3ml/h的速度注入油藏芯片，二甲基二氯硅烷溶液的使用量可以为3.5ml、4ml、4.5ml等，二甲基二氯硅烷溶液的注入速度可以为0.5ml/h、1ml/h、1.5ml/h、2ml/h、2.5ml/h等；

注射完毕后，以0.1psi-10psi的压力往油藏芯片注入氮气24小时-48小时，注入压力可以为0.2psi、0.5psi、0.8psi等，注入时间可以为30小时、36小时、42小时等；

再次以0.5μl/min-5μl/min的速度往所述油藏芯片注入去离子水24小时-48小时，注入速度可以为1μl/min、1.5μl/min、2μl/min、2.5μl/min、3μl/min、3.5μl/min、4μl/min、4.5μl/min等，注入时间可以为30小时、36小时、42小时等；

将所述油藏芯片以0.1psi-10psi的压力40℃-80℃注入氮气24小时-48小时以保证烘干芯片，注入压力可以为0.2psi、0.5psi、0.8psi等，注入温度可以为50℃、60℃、70℃等，注入时间可以为30小时、36小时、42小时等；

静置24小时-48小时，静置时间可以为30小时、36小时、42小时等。

其中，在稀盐酸清洗之前还可以先采用酒精清洗。

其中，改性后耐热玻璃的润湿性与硅片的润湿性基本一致，并且水-烷烃-基质测试所述耐热玻璃的水相接触角大体上为90°。

本申请中“润湿性基本一致”可以理解为±10°，还可以为±8°、±5°、±3°、±1°等。“大体上为90°”可以理解为90±10°，还可以为90±8°、90±5°、90±3°、90±1°等。

当基底为玻璃片等材料时，则无需进行改性。

清洗步骤和饱和步骤

实验前，所有的油藏芯片均用洗液清洗50个孔隙体积以上。洗液可以包括：以洗液的总体积计，60vol％-80vol％去离子水，10vol％-20vol％氢氧化铵和10vol％-20vol％的过氧化氢，并且洗液中各成分之和为100vol％，例如70vol％去离子水、15vol％氢氧化铵、以及15vol％的过氧化氢。然后用50个孔隙体积以上的去离子水清洗。

随后，油藏芯片用5bar-10bar压力的氮气通过4小时以上，再抽真空12小时-24小时。压力可以为6bar、7bar、8bar、9bar等。抽真空时间可以为15小时、18小时、21小时等。

最后清洗完成的油藏芯片放入油相液体中，以饱和整个油藏芯片。

驱替步骤

设置驱替实验的驱替流量，以保证所有的实验毛管数一致。

图像处理和分析步骤

采用imageJ等软件对实验得到的图像进行后处理以得到相应的数据化结果。

(1)对初始的用油相液体饱和后的油藏芯片的图像进行二值化，得到固体结构的区域和饱和油相液体占据的全部孔隙区域；

(2)对驱替步骤过程中的图像进行二值化，得到残余油相液体占据的孔隙区域；可以在驱替步骤过程中进行多次图像二值化，对驱替过程每一步的图像进行二值化，得到驱替过程每一步的残余油相液体占据的孔隙区域；

(3)利用初始饱和油相液体的二值化图像减去残余油相液体的二值化图像得到侵入相的分布；可以用初始饱和油相液体的二值化图像减去驱替过程每一步的残余油相液体的二值化图像得到驱替过程每一步的侵入相的分布；

(4)通过计算侵入相的比例和残余油相液体的比例得到驱替效率的变化；

(5)通过对图像进行形态学的分析，得到残余油相液体的形态分布。

实施例1

1)配置驱替液

首先配置第一溶液：

第一溶液由如下材料组成：10vol％司班60(Span60)，5vol％吐温40(Tween40)，60vol％矿物油(Solarbio,CAS:8042-47-5)，25vol％去离子水。将吐温40和司班60溶入矿物油中，待充分分散溶解均匀后，将去离子水缓慢加入，充分搅拌。通入惰性气体(氦气)半小时以置换反应体系的氧气，使得整个体系在脱氧的条件下，缓慢升温至55℃，并保持8小时，得到第一溶液。

然后配置五种驱替液：

a.强亲水驱替液的配置：浓度为0.2wt％的硫代甜菜碱12水溶液与3.0vol％的第一溶液(例如，97ml的硫代甜菜碱12水溶液与3ml的第一溶液，或按此比例缩放)混合搅拌30分钟，然后静置4小时；

b.弱亲水驱替液的配置：浓度为0.2wt％的硫代甜菜碱12水溶液与1.0vol％的第一溶液混合搅拌30分钟，然后静置4小时；

c.中间亲水驱替液的配置：浓度为0.2wt％的硫代甜菜碱12水溶液，静置4小时；

d.中性驱替液的配置：浓度为0.1wt％的硫代甜菜碱12水溶液，静置4小时；

e.亲油驱替液的配置：浓度为0.05wt％的硫代甜菜碱12水溶液，静置4小时。

2)配置油相液体

配置含有100ppm的尼罗红荧光素的正癸烷油相液体。

3)驱替液、油相液体的测试

采用DSA接触角测量仪测量上述驱替液-正癸烷-硅片的接触角，如图1所示。从图1可以看出，在0小时-24小时变化范围小，对应的驱替相接触角分别为23.25°(强亲水)、45.12°(弱亲水)、66.96°(中间亲水)、89.14°(中性)、127.04°(强亲油)，其中取在四小时的数值为特征接触角。

采用悬滴法测量驱替液-正癸烷的界面张力分别为15.43mN/m(强亲水)、9.25mN/m(弱亲水)、8.12mN/m(中间亲水)、6.14mN/m(中性)、6.60mN/m(强亲油)。

采用Hakke MarsIII测量驱替液的粘度分别为1.23mPa.s(强亲水)、1.15mPa.s(弱亲水)、1.10mPa.s(中间亲水)、1.08mPa.s(中性)、1.09mPa.s(强亲油)。

界面张力的变化在3倍以内(通常现场使用的驱替液的界面张力的变化可以达到几个数量级)，粘度变化在±20％，均属于小范围变化。

4)油藏芯片的制备

a.优势通道的设计：在芯片的进口和出口之间直接设置优势通道，优势通道的结构来源于人工设计的便于形成优势通道的结构；

b.基质结构的设计：在平行于优势通道的方向设置为基质结构，基质结构来源于真实基质岩石的统计结构特征。

油藏芯片的制备包括如下步骤：

(1)选取真实油藏岩心，对岩心进行三维结构扫描，包括对优势通道和基质区域进行三维结构扫描；

(2)对扫描得到的真实油藏岩心的三维结构进行重构，提取孔径分布特征；

(3)针对基质区域进行芯片结构的重新生成；

a.根据得到的孔径分布特征，对真实油藏岩心的孔隙结构的形成及岩石颗粒的堆积形态进行分析，提取所述岩石颗粒中的主要的大颗粒的形态，并建立大颗粒形态数据库；

b.从所述大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，并将选取出的大颗粒随机分布并投影在油藏芯片的基质区域中；

c.将小颗粒随机生长在基质区域的剩余区域中，直到生成的油藏芯片结构的孔径分布与真实岩心的孔径分布类似；

(4)针对优势通道区域进行结构的生成或设计；

a.由于优势通道区域的孔径分布是相对集中的正态分布，因此采用简单阵列的方式代表优势通道区域，孔径分布相对集中；

(5)得到基质结构和优势通道图片；

(6)采用LISP编程将基质结构和优势通道结构图片导入绘图软件AutoCAD中，将优势通道结构与基质结构平行放置，并在AutoCAD中在优势通道结构的两端设计进口区域、出口区域，得到油藏芯片设计图，如图2所示；

(7)将油藏芯片设计图刻蚀在硅片基底上，并和上下游处打孔的耐热玻璃阳极键和，得到油藏芯片。

5)对油藏芯片进行改性

(1)清洗油藏芯片，通道内洁净无杂质，酒精清洗，然后2vol％稀盐酸(例如，98ml水+2ml浓盐酸配制，或按此比例缩放)清洗，采用油藏芯片体积的100倍左右的盐酸进行清洗；

(2)抽取4ml的二甲基二氯硅烷溶液，以1ml/h的速度注入，大致4h可注入完成；

(3)注射完毕后，以1psi的压力注入氮气24小时；

(4)再以1μl/min的速度注入去离子水24小时，以调整耐热玻璃的润湿性以及冲洗硅片的残余溶液；

(5)将油藏芯片以1psi的压力60℃温度注入氮气24小时以保证烘干油藏芯片。

通过改性步骤，以保证耐热玻璃的润湿性与硅片基本一致(±10°)。

6)清洗步骤

所有的油藏芯片均用洗液清洗50个孔隙体积以上，洗液的配方为：以洗液的总体积计，70vol％去离子水、15vol％氢氧化铵、以及15vol％的过氧化氢。然后用50个孔隙体积以上的去离子水清洗。随后，油藏芯片用5bar压力的氮气通过4小时以上，然后抽真空12小时。

7)饱和步骤

清洗后的油藏芯片放入第2)步骤配置的油相液体，以饱和整个油藏芯片，。

8)驱替步骤

设置驱替实验的驱替流量，根据界面张力、粘度等信息得到的相关的注入信息如表1所示，以保证所有的实验毛管数一致。

表1基于油藏芯片润湿性评价相关实验的设置

9)图像处理和分析步骤

采用imageJ按前述的步骤处理驱替后的油藏芯片的图像即可分割得到油相的分布，如图3所示。本申请实施例中包含优势通道及基质区域的油藏芯片设计比仅含基质区域的油藏芯片所得到的油相的分布更为复杂。

不同驱替液的不同接触角在突破阶段和最终阶段的驱替效率，如图4所示。从图4可以发现不同润湿性对驱替效率产生影响。当前的油藏芯片设计对润湿性更为敏感，而单纯的基质设计润湿性几乎不影响其结果。

并且，本申请实施例的结果和传统的岩心结果相比较可以看出，本申请实施例的结构更为贴近传统的岩心结果。

传统岩心实验的不同润湿性对含油饱和度的统计数据来源于论文《MultiscaleStudy of Chemically-tuned Waterflooding in Carbonate Rocks using Micro-Computed Tomography》的图1。其中，本申请图4的a和b中的驱替效率的倒数为上述论文的图中的Sor。

在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露要求书所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种基于油藏芯片表征润湿性影响的评价方法，所述方法包括以下步骤：

配置驱替液的步骤，配置多种驱替液，所述多种驱替液具有大体上相同的粘度和界面张力；

配置油相液体的步骤，所述油相液体含有荧光素，所述油相液体具有与所述驱替液大体上相同的粘度；

提供油藏芯片的步骤，提供多块相同结构的油藏芯片；

清洗步骤，清洗所述多块油藏芯片；

饱和步骤，用所述油相液体饱和所述多块油藏芯片；

驱替步骤，用所述多种驱替液中的每一种分别对饱和步骤后的每一块油藏芯片进行驱替；

图像处理和分析步骤，采用图像处理软件对驱替步骤后的所述多块油藏芯片分别进行图像处理和分析，得到油相的分布以及驱替效率；

所述多种驱替液为至少五种；

五种驱替液分别为强亲水驱替液、弱亲水驱替液、中间亲水驱替液、中性驱替液和亲油驱替液；

配置驱替液的步骤包括：

配置第一溶液，所述第一溶液包括表面活性剂、有机溶剂和去离子水；

配置不同浓度的两性表面活性剂水溶液，其中所述浓度按两性表面活性剂占所述两性表面活性剂水溶液的质量百分比计算；

配置所述强亲水驱替液：将浓度为0.2wt％-0.5wt％的两性离子表面活性剂水溶液与所述第一溶液混合搅拌10分钟-30分钟，然后静置4小时-8小时得到所述强亲水驱替液，其中所述第一溶液的使用量为所述强亲水驱替液的3.0vol％-5.0vol％；

配置所述弱亲水驱替液：将浓度为0.2wt％-0.5wt％的两性离子表面活性剂水溶液与所述第一溶液混合搅拌10分钟-30分钟，然后静置4小时-8小时得到所述弱亲水驱替液，其中所述第一溶液的使用量为所述弱亲水驱替液的1.0vol％-3.0vol％、且不包括3.0vol％；

配置所述中间亲水驱替液：取浓度为0.15wt％-0.3wt％的两性离子表面活性剂水溶液，静置4小时-8小时作为所述中间亲水驱替液；

配置所述中性驱替液：取浓度为0.08wt％-0.15wt％、且不包括0.15wt％的两性离子表面活性剂水溶液，静置4小时-8小时作为所述中性驱替液；

配置所述亲油驱替液：取浓度为0.01wt％-0.08wt％、且不包括0.08wt％的两性离子表面活性剂水溶液，静置4小时-8小时作为所述亲油驱替液；

所述两性离子表面活性剂选自硫代甜菜碱12；

所述第一溶液包括：以所述第一溶液的总体积计，10vol％-20vol％表面活性剂，50vol％-70vol％有机溶剂和20vol％-30vol％去离子水，并且所述第一溶液中各成分之和为100vol％；

配置所述第一溶液包含以下步骤：

将所述表面活性剂添加到所述有机溶剂中，待充分分散溶解均匀后，将所述去离子水缓慢加入，充分搅拌，

通入惰性气体半小时以上以置换反应体系中的氧气，使得整个体系在脱氧的条件下，缓慢升温至45℃-65℃，并保持4小时-10小时，得到所述第一溶液；

所述表面活性剂选自司班、吐温、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；

所述有机溶剂选自脂肪烃、溶剂油或芳烃中的至少一种；

所述油藏芯片包括优势通道和基质结构，制备所述油藏芯片包括以下步骤：

(1)选取真实油藏岩心，对所述岩心进行三维结构扫描，包括对所述优势通道和所述基质区域进行三维结构扫描；

(2)对扫描得到的所述真实油藏岩心的三维结构进行重构，提取孔径分布特征；

(3)根据得到的孔径分布特征，对所述真实油藏岩心的孔隙结构的形成及岩石颗粒的堆积形态进行分析，提取所述岩石颗粒中的主要的大颗粒的形态，建立大颗粒形态数据库；

(4)从所述大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，将选取的大颗粒随机分布并投影在油藏芯片的多孔介质区域中；

(5)将小颗粒随机生长在所述多孔介质的剩余区域中，直到生成的油藏芯片结构的孔径分布与真实岩心的孔径分布类似，得到基质结构和优势通道图片；

(6)将所述基质结构和优势通道图片导入绘图软件中，将优势通道结构与基质结构平行放置，并在所述绘图软件中在优势通道结构的两端设计进口区域、出口区域，得到油藏芯片设计图；

(7)将所述油藏芯片设计图刻蚀在基底上，并和上下游处打孔的耐热玻璃阳极键和，得到所述油藏芯片；

当所述优势通道的结构来源于人工设计的结构时，采用下述步骤替代步骤(3)-(5)对优势通道进行结构重构：将人工设计的简单阵列结构的特征孔径大小设置为与步骤(2)提取的真实优势通道区域的特征孔径大小相同，特征孔径定义为小于该特征孔径的孔隙体积占比为50％。

2.根据权利要求1所述的评价方法，其中，配置油相液体的步骤包括：

配置含有30ppm-300ppm的荧光素的所述油相液体。

3.根据权利要求2所述的评价方法，其中，所述荧光素选自尼罗红或罗丹明。

4.根据权利要求3所述的评价方法，其中，所述油相液体选自液态烷烃类材料或液态烃的混合物；任选地，所述油相液体选自正己烷、正辛烷、正癸烷、正十六烷、矿物油、煤油中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的评价方法，其中，所述油藏芯片包括进口和出口，在所述进口和所述出口之间设置所述优势通道，所述优势通道的结构来源于真实优势通道岩石的统计结构特征或人工设计的便于形成优势通道的结构。

6.根据权利要求5所述的评价方法，其中，在平行于所述优势通道的方向设置所述基质结构，所述基质结构来源于真实基质岩石的统计结构特征。

7.根据权利要求1所述的评价方法，其中，所述基底选自硅片、玻璃片、聚二甲基硅氧烷(PDMS)片或聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)片。

8.根据权利要求7所述的评价方法，其中，当所述基底为硅片时，在键合后，对所述油藏芯片进行改性，包括以下步骤：

采用所述油藏芯片体积的50倍-100倍的稀盐酸清洗所述油藏芯片，

抽取3ml-5ml的二甲基二氯硅烷溶液，以0.1ml/h-3ml/h的速度注入所述油藏芯片，

注射完毕后，以0.1psi-10psi的压力往所述油藏芯片注入氮气24小时-48小时，

再次以0.5μl/min-5μl/min的速度往所述油藏芯片注入去离子水24小时-48小时，

将所述油藏芯片以0.1psi-10psi的压力在40℃-80℃注入氮气24小时-48小时以保证烘干芯片，

静置24小时-48小时。

9.根据权利要求7所述的评价方法，其中，改性后所述耐热玻璃的润湿性与所述硅片的润湿性基本一致，并且水-烷烃-基质测试所述耐热玻璃的水相接触角为90±10°。

10.根据权利要求1所述的评价方法，其中，清洗步骤包括：

用洗液清洗50个孔隙体积以上，再用50个孔隙体积以上的去离子水清洗，清洗后的油藏芯片用5bar-10bar压力的氮气通过4小时以上，然后抽真空12小时-24小时。

11.根据权利要求10所述的评价方法，其中，所述洗液包括：以所述洗液的总体积计，60vol％-80vol％去离子水，10vol％-20vol％氢氧化铵和10vol％-20vol％的过氧化氢，并且所述洗液中各成分之和为100vol％。

12.根据权利要求1所述的评价方法，其中，驱替步骤包括：

设置驱替流程，使得所有的毛管数一致。

13.根据权利要求12所述的评价方法，其中，其中，图像处理和分析步骤包括：

对初始的用所述油相液体饱和后的所述油藏芯片的图像进行二值化，得到固体结构的区域和饱和油相液体占据的全部孔隙区域，

对所述驱替步骤过程中的图像进行二值化，得到残余油相液体占据的孔隙区域，

利用初始饱和油相液体的二值化图像减去残余油相液体的二值化图像得到侵入相的分布，

通过计算侵入相的比例和残余油相液体的比例得到驱替效率的变化，

通过对图像进行形态学的分析，得到残余油相液体的形态分布。

14.根据权利要求12所述的评价方法，其中，在所述驱替步骤过程中进行多次图像二值化，得到多个侵入相的分布。

Images