CN203688404U - 测定电场中岩石润湿性的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种测定电场中样品岩石润湿性的装置，所述装置包括：记录系统、支持系统、样品池、电场发生系统。在该装置中，所述记录系统包括摄像机及柔光光源，所述支持系统包括工作底座和样品台，所述样品池具有构成封闭容器的样品池体和样品池盖，所述电场发生系统包括电源、波形发生器和电极板。在测试时，样品岩石放置于所述样品池体的底部，测试液体附着于所述样品岩石的表面，环境液体充满整个所述样品池体。本实用新型的装置能够实时测定在该静电场中测试液体在样品岩石表面的润湿性变化，其中静电场的强度和波形是可调节并可随时间变化的。与现有技术相比，本实用新型的装置不产生有效电流，在测定中不会发生液体电解，不改变液体化学组成，具有更高的电压应用上限。

Description

测定电场中岩石润湿性的装置

技术领域

本实用新型涉及一种测定电场中岩石润湿性的装置，具体涉及一种能够在可变的电场中观测并记录液体在岩石表面接触角变化的装置。

背景技术

当液滴附着在固体表面时，由于润湿性不同而出现不同的液滴形状，液滴在固液接触边缘的切线与固体平面间的夹角称为接触角，固体的润湿性通常用接触角表示。润湿性是油气田开发中储层岩石的重要性质之一，石油工业公认其对采收率有重要影响。D.G.Kessel(1987年)认为，改变润湿性能够提高采收率，其经济效益相差1-2倍。秦积舜等在《油层物理学》(石油大学出版社,2004年6月)中也明确指出润湿性影响采收率的机理是不同的润湿性下工作剂（即用以驱替岩石中原油的水或者气体）驱洗原油的机理不同。因此，人们一直在尝试通过研究和改变润湿性来找到提高采收率的方法。

目前为止，已有大量学者研究改变润湿性的方法，主要是表面活性剂法。有少量学者（例如，Aggour,M.A.，1992）认为在储层岩石有直流电流通过时，其润湿性有一定改变，但并未给出机理解释。同时也有许多学者采用向岩心夹持器中含油含水的岩心通电的方式（包括直流电和交流电）获得了提高石油采收率的实验结果。但由于这些研究的物理尺度较大，难以观测到润湿性的变化，并且直接通电引起电渗、电泳和电解，无法直观地反映电场作用下润湿性变化对于采收率的贡献。

另外，有人(例如，张人雄，隋少强：直流电处理油层提高采收率实验研究，河南石油，1997,2:21-23)提出，在岩石（岩心）的两端直接加上电极，由直流或者交流电流经含油水的岩石，这种仪器样品中的油和水受到流经电流的较大干扰，对于研究电场而非电流影响的工作十分不利。因此，目前并没有任何一种装置能够单独测定外加电场对润湿性的影响。为了排除直接通电导致的干扰，准确研究和观测静电场对于岩石润湿性的影响，有必要提供一种新的测量装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够排除直接通电导致的干扰，在可变的电场中观测并记录液体在岩石表面接触角变化的装置。

为了实现所述目的，本实用新型提供了一种测定电场中样品岩石润湿性的装置，所述测定电场中样品岩石润湿性的装置包括：记录系统、支持系统、样品池、电场发生系统，所述记录系统与所述样品池处于同一水平面上并正对所述样品池，所述电场发生系统包括电源、波形发生器和电极板，所述电极板位于所述样品池的与正对记录系统的方向相垂直方向上的外侧，所述电源和波形发生器与所述电极板电连接，所述记录系统和样品池由所述支持系统承载。

在本实用新型的装置中，所述记录系统包括摄像机及柔光光源，所述摄像机和所述柔光光源分别位于所述样品池的两侧，并且与所述记录系统处于在同一水平直线上并正对所述样品池。

在本实用新型的装置中，所述支持系统包括工作底座和样品台，所述记录系统位于工作底座上，所述样品池位于从工作底座向上伸出的样品台上，所述电场发生系统位于工作底座上。

在本实用新型的装置中，所述样品池具有构成封闭容器的样品池体和样品池盖。

在本实用新型的装置中，样品岩石放置于所述样品池体的底部，测试液体附着于所述样品岩石的表面，环境液体充满整个所述样品池体，所述样品池盖与所述样品池构成所述封闭容器。

在本实用新型的装置中，所述电极板是分别位于样品池上面和下面的两块电极板，从而形成垂直于测试液体与样品岩石接触面的电场。

在本实用新型的装置中，所述电极板是分别位于样品池左侧面和右侧面的两块电极板，从而形成平行于测试液体与样品岩石接触面的电场。

在本实用新型的装置中，所述样品池为长方体或立方体。

在本实用新型的装置中，所述摄像机与样品池之间的距离、以及所述柔光光源与样品池之间的距离可以独立地调节。

在本实用新型的装置中，优选地，所述样品池体和样品池盖是透明的绝缘材料。

在本实用新型的装置中，优选地，所述电场发生系统通过电源和波形发生器控制电极板产生静电场。

在本实用新型的装置中，优选地，所述静电场的强度、波形和频率中的至少一项变化。

在本实用新型的装置中，优选地，所述环境液体与所述测试液体都不具有导电性，或者其中至少一种具有导电性。

通过本实用新型的装置，可以避免体系内由于电流引起的不均匀电压降低对内电场的影响，从而在被测液体和岩石样品中没有电流通过的情况下准确记录和观测电岩石样本湿润性的影响，从而为大规模开采时提高采收率提供依据。

通过本实用新型的装置，可以避免直接通电引起的电渗、电泳和电解效应的干扰，确保了液体-岩石体系物理、化学性质的稳定，使研究更加稳定和可信。

通过本实用新型的装置，能够在微观尺度上直接观测静电场对岩石润湿性的影响，这在以往的石油储层电效应研究仪器中是无法实现的。

通过本实用新型的装置，引入波形发生器拓宽了可选择的静电场的特征，将以往仅有一维变量，即电场强度的恒定静电场转变为拥有四维变量，包括电场强度、电场方向、电场波形和电场频率的电场，能够研究多变量下电场对于岩石润湿性的影响，扩展了仪器的应用范围。

附图说明

图1是本实用新型装置的整体结构的示意图。

图2是样品台上样品和组件的详细结构示意图。

图中各附图标记为：1.摄像机，2.柔光光源，3.工作底座，4.样品台，5.样品池，6.样品池盖，7.电源，8.波形发生器，9.电极板，10.环境液体，11.测试液体，12.样品岩石。

具体实施方式

润湿性是油气田开发中储层岩石的重要性质之一，是影响采收率的重要指标。有研究表明通电可以改善岩石的湿润性，但由于现有技术对岩石通电时所流经的电流会对液体-岩石体系产生各种影响，例如不均匀的电压降、电渗、电泳和电解效应等影响，还不能发现通电对岩石湿润性的确切影响，不能在实际开采工作中准确掌握改善采收率的通电参数。本实用新型提供的测定电场中岩石润湿性的装置可解决这一问题。

本实用新型的装置包括：记录系统、支持系统、样品池和电场发生系统。

所述样品池用于盛放样品岩石和测试液体，并充有环境液体，从而形成与外界隔离的封闭系统。样品池的实例如图2所示，其中样品池(5)中盛放的样品岩石(12)上附着有测试液体(11)，其余样品池(5)内空间充有环境液体(10)，加盖样品池盖(6)的样品池(5)外部设置有电极板(9)。所述样品池是由样品池体和样品池盖构成的封闭容器，样品池体和样品池盖是透明的绝缘材料，可以是玻璃，也可以是透明树脂，但不限于以上两种。

所述电场发生系统包括电源、波形发生器和电极板，用以产生通过样品池的电场。样品岩石放置于所述样品池体的底部并且测试液体附着于所述样品岩石的表面。这样，当电极板分别位于样品池上面和下面水平相对放置时，可获得垂直于测试液体测试液体与样品岩石接触面的电场。当电极板分别位于样品池左侧面和右侧面并垂直相对放置时，获得了平行于测试液体测试液体与样品岩石接触面的电场。或者，可以将四块电极板按上述方式分别放置在样品池的上、下、左、右，并在需要变换电场方向时对相应的电极板通电。所述电极板由电源和/或波形发生器控制。

所述记录系统包括摄像机及柔光光源。摄像机位于样品池的前方并正对样品池，用于记录测试液体与岩石的接触角的变化。可选的是采用柔光光源来辅助摄像机的记录。所述摄像机可以采用任何摄像机，只要能在电场变化的时候记录下岩石湿润性和接触角的变化即可。所述柔光光源区别于直射的可见光，是一种漫射的可见光，产生方式是在普通可见光源（灯丝）外用耐高温的半透明塑料遮挡。

所述支持系统没有特殊限制，可以是任何可稳固支持记录系统、样品池和电场发生系统的系统，优选包括图1所示的工作底座和样品台。

本实用新型的所述电场发生系统通过电源和波形发生器控制电极板产生可变电场，其中所述静电场的的强度、波形和频率中的至少一项变化。

所述样品岩石可以是各种岩石，例如，含有油和/或水的砂岩、碳酸盐岩和泥岩。

所述环境液体可以是模拟开采环境中的水的液体，随开采环境变化而不同，例如模拟地下水成分配制的溶液。

所述测试液体测试液体可以是样品岩石伴生的原油。

所述环境液体与所述测试液体都不具有导电性，或者其中至多一种具有导电性。比如在测试液体为不具有导电性的原油时，环境液体可以是具有导电性的盐水(电导率为10-1000μS/cm范围，更优选100-800μS/cm范围)，也可以为导电性非常低的纯水(电导率为5-10μS/cm范围，更优选7-9μS/cm范围)。

所述三相体系是由岩石、环境液体和测试液体三相构成的体系。

所述湿润性是固体表面液体铺展的能力。固体的润湿性用接触角表示，当液滴滴在固体表面时，润湿性不同可出现不同形状。液滴在固液接触边缘的切线与固体平面间的夹角称为接触角。总的来说，接触角越小，润湿性越强；接触角越大，润湿性越弱。对于某种液体来说，一般认为接触角在0到75度为润湿，75度到105度为中性润湿，105到180度为不润湿。特定的，对于岩石表面同时存在的油和水来说，此时油和水的接触角之和为180度。如果水的接触角在0到75度之间为水润湿，在75度到105度之间为中性润湿，在105到180度之间为油润湿。如果油的接触角在0到75度之间为油润湿，在75度到105度之间为中性润湿，在105到180度之间为水润湿。

所述电场可以是电场方向和强度不变的恒定电场，也可以是电场方向和强度变化的电场。

与传统的直接通电研究含油岩石性质变化的装置相比，本实用新型具有如下优点：

1.被测液体和固体样品没有电流通过，减少了体系内由于电流引起的不均匀电压降低对内电场的影响。

2.被测液体和固体样品没有电流通过，排除了直接通电引起电渗、电泳和电解效应的干扰，确保了体系物理、化学性质的稳定，使研究更加稳定和可信。

3.本实用新型能够在微观尺度上直接观测静电场对岩石润湿性的影响，这在以往的石油储层电效应研究中是无法实现的。

4.波形发生器的引进拓宽了可选择的静电场的特征，将以往仅有一维变量，即电场强度的恒定静电场转变为拥有四维变量，包括电场强度、电场方向、电场波形和电场频率的电场，能够研究多变量下电场对于岩石润湿性的影响，扩展了应用范围。

采用本实用新型的装置，在排除干扰的情况下观测电场本身对岩石湿润性的影响，从而可以确定改善湿润性以及石油采收率的参数，为实际大规模采油提供支持。

以下参照具体的示例来更详细的解释本实用新型，给出这些示例是为了解释的目的，而不意图限制本实用新型。

实施例1

在测定电场中岩石润湿性的装置中，由工作底座(3)和从工作底座(3)向上伸出的样品台(4)构成的支持系统如图1所示，其中，摄像机(1)位于样品台(4)的一侧并且镜头正对样品台(4)上的样品池(5)，柔光光源(2)位于样品池(5)的另一侧。样品池（样品池体盖上样品池盖后形成的密闭样品池）外部尺寸为25mm（长）、20mm（宽）、23mm（高），材质为光学玻璃。电极板尺寸与所平行接触的样品池的面相同，厚度为1mm，材料为铜。

选取中国玉门油田L油层的原始含油含水砂岩为样品岩石形状为长16mm、宽12mm、高8mm的长方体。选取该油层的产出原油0.05mL为测试液体。选取该油层的模拟地层水为环境液体，所述模拟地层水的溶剂为蒸馏水，溶质配方如下：碳酸氢钠1.461g/L，硫酸钠0.017g/L，六水合氯化镁1.653g/L，氯化钙0.788g/L，氯化钾0.033g/L，氯化钠8.058g/L。

将样品岩石放置于样品池底部，测试液体附着于样品岩石表面，环境液体充满整个样品池，样品池盖与样品池构成封闭容器，样品池的前面正对摄像机，样品池的后面正对柔光光源，两对电极板分别位于样品池的上下面外侧和左右面外侧，两对电极板由电源经波形发生器提供正负极电压。通过调节摄像机(1)与样品池(5)之间的距离以及柔光光源(2)与样品池(5)之间的距离来获得最佳拍摄。

在施加电场之前，岩石的湿润性以测试液体在岩石表面的接触角计为95.2°，通过位于样品池上下面的电极板对施加电场(此时两极板间场强为4348V/m)后原油在岩石表面的接触角变为83.3°，接触角降低了11.9°。电场强度进一步提高后，接触角和湿润性没有变化。因此，对于该岩石样品，改变润湿性的最佳电场强度在4348V/m以内。

比较例1

对于实施例1相同的材料，以与实施例1相同基本相同的装置构造来进行测定，不同之处在于电极板位于所述环境液体内，并以相同的电源输出电压为恒定100V。结果表明，不能测定通电前后的湿润性和接触角的变化，无法测得电场对接触角/润湿性的影响。

实施例2

测定电场中岩石润湿性的装置构造基本与实施例1相同，不同之处在于样品池（样品池体盖上样品池盖后形成的密闭样品池）外部尺寸为25mm（长）、25mm（宽）、25mm（高），材质为透明有机玻璃。电极板尺寸与所平行接触的样品池的面相同，厚度为1.5mm，材料为铝。

采取与实施例1相同的材料进行相同步骤的拍摄，确定，改变润湿性的最佳电场强度在4348V/m以内。

比较例2

对于实施例2相同的材料，以与实施例2相同基本相同的装置构造来进行测定，不同之处在于电极板位于所述环境液体内，并以相同的电源输出电压为恒定100V。结果表明，不能测定通电前后的湿润性和接触角的变化，无法测得电场对接触角/润湿性的影响。

实施例3

测定电场中岩石润湿性的装置构造与实施例1基本相同。样品岩石、测试液体和环境液体的放置与实施例1相同。其中，样品岩石为：玉门油田L油层的原始含油含水砂岩。测试液体为：该油层的产出原油0.05mL。环境液体为：该油层的模拟地层水为环境液体，所述模拟地层水的溶剂为蒸馏水，溶质配方如下：碳酸氢钠1.461g/L，硫酸钠0.017g/L，六水合氯化镁1.653g/L，氯化钙0.788g/L，氯化钾0.033g/L，氯化钠8.058g/L。

施加电压为100V的交流电，施加的电场为4348V/m，频率为50Hz，波形为正弦波。

在施加电场之前，岩石的湿润性以测试液体在岩石表面的接触角计为98.1°，通过位于样品池左右面的电极板对施加电场(电压为100V的交流电，施加的电场为4348V/m，频率为50Hz，波形为正弦波)后接触角的变为81.2°，接触角降低了16.9°。电场强度进一步提高后接触角和湿润性没有变化(多点的场强-接触角关系图未示出)。因此，对于该岩石样品，改变润湿性的最佳电场强度在4348V/m以内。并且与实施例1比较，在相同电场的条件下，50Hz的正弦交流电改变润湿性的效果好于直流电。

比较例3

对于实施例3相同的材料，以与实施例3相同基本相同的装置构造来进行测定，不同之处在于电极板位于所述环境液体内，并以相同的电源输出电压为100V的交流电，施加的电场为4348V/m，频率为50Hz，波形为正弦波。结果表明，不能测定通电前后的湿润性和接触角的变化，无法测得电场对接触角/润湿性的影响。

实施例4

测定电场中岩石润湿性的装置构造基本与实施例3相同，不同之处在于样品池（样品池体盖上样品池盖后形成的密闭样品池）外部尺寸为25mm（长）、25mm（宽）、25mm（高），材质为透明有机玻璃。电极板尺寸与所平行接触的样品池的面相同，厚度为1.5mm，材料为铝。

采取与实施例3相同的材料进行相同步骤的拍摄，确定，改变润湿性的最佳电场强度在4348V/m以内。

比较例4

对于实施例4相同的材料，以与实施例4相同基本相同的装置构造来进行测定，不同之处在于电极板位于所述环境液体内，并以相同的电源输出电压为100V的交流电，施加的电场为4348V/m，频率为50Hz，波形为正弦波。结果表明，不能测定通电前后的湿润性和接触角的变化，无法测得电场对接触角/润湿性的影响。

Claims (9)

1.一种测定电场中样品岩石润湿性的装置，其特征在于，所述测定电场中样品岩石润湿性的装置包括：记录系统、支持系统、样品池、电场发生系统，所述记录系统与所述样品池处于同一水平直线上并正对所述样品池，所述电场发生系统包括电源、波形发生器和电极板，所述电极板位于所述样品池的与正对记录系统的方向相垂直方向上的外侧，所述电源和波形发生器与所述电极板电连接，所述记录系统和样品池由所述支持系统承载。

2.如权利要求1所述的测定电场中样品岩石润湿性的装置，其特征在于，所述记录系统包括摄像机及柔光光源，所述摄像机和所述柔光光源分别位于所述样品池的两侧，并且与所述记录系统处于在同一水平直线上并正对所述样品池。

3.如权利要求1所述的测定电场中样品岩石润湿性的装置，其特征在于，所述支持系统包括工作底座和样品台，所述记录系统位于工作底座上，所述样品池位于从工作底座向上伸出的样品台上，所述电场发生系统位于工作底座上。

4.如权利要求1所述的测定电场中样品岩石润湿性的装置，其特征在于，所述样品池具有构成封闭容器的样品池体和样品池盖。

5.如权利要求4所述的测定电场中样品岩石润湿性的装置，其特征在于，样品岩石放置于所述样品池体的底部，测试液体附着于所述样品岩石的表面，环境液体充满整个所述样品池体，所述样品池盖与所述样品池构成仅包含样品岩石、测试液体和环境液体的所述封闭容器。

6.如权利要求5所述的测定电场中样品岩石润湿性的装置，其特征在于，所述电极板是分别位于样品池上面和下面的两块电极板。

7.如权利要求5所述的测定电场中样品岩石润湿性的装置，其特征在于，所述电极板是分别位于样品池左侧面和右侧面的两块电极板。

8.如权利要求1所述的测定电场中样品岩石润湿性的装置，其特征在于，所述样品池为长方体或立方体。

9.如权利要求2所述的测定电场中样品岩石润湿性的装置，其特征在于，所述摄像机与样品池之间的距离、以及所述柔光光源与样品池之间的距离可以独立地调节。

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