用视频光学接触角测量仪研究润湿性变化

吴家文

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712）

用视频光学接触角测量仪研究润湿性变化

吴家文

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712）

油层的润湿性对孔隙中流体的分布具有重要的影响作用。驱油实验前进行的洗油过程所用的甲苯是亲油的，这必然会改变岩心的润湿性；同时，水对岩心长时间的冲洗也可能影响岩心的润湿性。为了研究这些因素对润湿性的影响水平，采用德国Dataphysics公司生产的视频光学接触角测量仪，结合水洗油实验，研究了洗油过程中岩心润湿性的变化趋势。实验结果表明，洗油过程和驱油过程会影响岩心的润湿性，洗油后岩心接触角变大，但长时间水洗可基本消除这一影响。因此，洗油后需要对岩心水洗一段时间再进行驱油实验，以消除洗油过程对润湿性的影响。

低渗透率；润湿性；洗油；接触角测量仪；座滴法

由于油藏岩石润湿性在很大程度上对孔隙中的流体分布起着控制作用，因而会对注水过程中的驱油效率产生一定的影响。一般认为，当油藏岩石为强水湿时，毛细管压力是水驱油的动力，有利于提高水的自吸速率，因而与强油湿的岩石相比，其注水时的驱油效率应明显高些［1-5］。

驱油实验前洗油所用的甲苯是亲油的，这必然会影响岩心的润湿性，而洗油又是驱油实验中不可缺少的一个重要步骤［6］。同时，大量开发实践也证明，水对岩心长时间的冲刷也会影响岩心的润湿性。为了研究这些因素对润湿性的影响及其范围，笔者采用德国Dataphysics公司生产的视频光学接触角测量仪，以水驱油实验代替水洗油过程，研究了洗油过程中岩心润湿性的变化趋势。

1 实验材料

实验采用蒸馏水和10块天然岩心，其中8块来自大庆油田第六采油厂高台子油层，属于三类油层；2块来自大庆油田第一采油厂葡萄花油层，分别为G-18和3-1，属于一类油层。10块岩心的渗透率数据如表1所示。

2 实验设备

实验采用德国Dataphysics公司生产的视频光学接触角测量仪。

2.1 技术参数

样品台规格为100 mm×100 mm；接触角测量范围0～180°。样品规格为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 岩心渗透率

测量精度为±0.1°；分辨率为±0.05 mN·m-1。表面/界面张力测量范围为1×10-2～2×103mN·m-1；光学系统为高品质连续聚焦6倍放大变焦透镜（0.7～4.5倍放大率），752×582像素的CCD摄像头。

视野范围1.31 mm×1.05 mm～8.77 mm×6.75 mm；光学曲度＜0.05%；视频系统132 Mb·s-1的高效图象处理系统，50图像·s-1的数码速度。

2.2 技术特点

1）按照座滴法测量动、静态接触角；2）按照悬滴法分析液滴外型；3）分析固体表面的润湿行为；4）计算固体表面自由能及其组成；5）分析液滴外型，测量表面/界面张力。

3 实验步骤及结果

在驱油实验过程中会首先进行洗油测量孔隙度，而洗油用的甲苯具有亲油性，因此会影响润湿角的测量结果。为了弄清洗油过程对润湿角测量结果的影响有多大，这些影响是否能够通过水洗的方法消除，同时对驱油过程中岩心的润湿性有准确的判断，设计了3组润湿性测量实验。

按照润湿性的划分方法，润湿角＜75°的岩心为亲水；75°＜润湿角＜105°的岩心为中性润湿；润湿角＞105°的岩心为亲油。

第1组实验测量洗油前岩心的润湿性；第2组实验测量洗油后岩心的润湿性；第3组实验是在测量完洗油后岩心的润湿性后，用纯净水将天然岩心驱5 h，将岩心中的甲苯冲洗干净。待岩心冲洗干净后，测量其润湿性。

3.1 洗油前接触角的测量

测量了洗油前天然岩心的初始接触角，实验结果如表2所示。

表2 岩心初始接触角

从表2可以看出，低渗透岩心多数呈亲水特征。其中有3块岩心为水湿，分别为D-1、J-6和6-1；中性润湿岩心1块，为6-2；油湿岩心1块，为1-2。

还可以看出，中高渗透岩心多数亲油，其中水湿岩心1块，为6-3；中性岩心2块，分别为G-19和G-18；油湿岩心2块，分别为5-2和3-1。

3.2 洗油后接触角的测量

天然岩心洗油后，测量了其接触角，实验结果如表3所示。

表3 岩心洗油后的接触角

从表3可以看出，洗油后天然岩心的接触角发生了显著变化，多数岩心呈亲油性。结果表明，洗油过程对岩心润湿性的影响是明显的。假如洗油后直接进行驱油实验，必然会影响实验结果的准确性。

3.3 水洗后接触角的测量

把洗油后的天然岩心进行纯净水驱15 h，以便清洗掉岩心中残留的甲苯，使天然岩心的润湿性尽量接近初始状态。岩心水洗后测量了其润湿性（见表4）。

表4 水洗后岩心的接触角

从表4可以看出，水洗后，多数岩心的接触角都有不同程度的下降。水洗后，低渗透岩心中水湿岩心有3块，为D-1、J-6和6-1；油湿岩心2块，为6-2和1-2。中高渗透岩心中水湿岩心有1块，为6-3；油湿岩心2块，为5-2和3-1；中性润湿2块，为G-18和G-19。

从表2和表4可以看出，D-1、J-6、6-1岩心的初始润湿性和水洗后润湿性均为水湿；1-2岩心的初始润湿性和水洗后润湿性均为油湿；6-2岩心初始润湿性为中性润湿，水洗后为油湿。

5块中、高渗透岩心中，初始润湿性和水洗后润湿性全部相符。其中6-3岩心的初始润湿性和水洗后润湿性均为水湿；5-2、3-1岩心的初始润湿性和水洗后润湿性均为油湿；G-19和G-18岩心的初始润湿性和水洗后润湿性均为中性润湿。

4 结论

1）润湿性实验表明，洗油过程能够显著改变岩心的润湿性。通过一定时间的水洗，可以基本恢复岩心的初始润湿性。

2）低渗透岩心以水湿为主，中高渗透岩心以中间润湿和油湿为主。

3）应用天然岩心进行驱油实验时，应在洗油前测量润湿性，并在洗油后对岩心进行一定时间的水驱，使岩心润湿性恢复到初始状态，这样获得的实验结果才能反映地层条件下的驱油规律。

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［3］张曙光，刘景龙，邓颖.储层岩石表面接触角的不确定性研究［J］.矿物岩石，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.

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［6］艾德生，李庆丰，戴遐明.超细白云石矿粉润湿接触角的测定［J］.岩矿测试，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

国家自然科学基金项目“低渗透率油层提高驱油效率的机理研究”（50634020）资助

TE311

：A

1005-8907（2011）02-220-03

2010-06-26；改回日期：2011-01-10。

吴家文，男，1975年生，博士，现从事油田开发方面的研究。E-mail：wjw1975.student@sina.com。

（编辑滕春鸣）

吴家文.用视频光学接触角测量仪研究润湿性变化［J］.断块油气田，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.