技術(shù)文章
TECHNICAL ARTICLES測量潤濕性的方法很多,按測量目的的不同可分為兩大類,即定性方法和定量方法。其中定量方法主要有接觸角法、滲吸與排驅(qū)法(Amott方法)和USBM(美國礦物局)方法。定性測量方法種類很多,包括滲吸率、顯微鏡檢測、浮選法、玻璃滑動(dòng)法、相對(duì)滲透率曲線法、滲透率與飽和度關(guān)系曲線、毛管壓力曲線、毛細(xì)測量法、排驅(qū)毛管壓力、油藏測井曲線、核磁共振法以及染色吸附法。
一 潤濕性的定量測量方法
一般定量測量常用以下三種方法:(1)接觸角法;(2)Amott方法(滲吸和排驅(qū));(3)USBM方法。
1.接觸角法:
接觸角法測量的是一個(gè)特定表面的潤濕性。在油水系統(tǒng)中就是測量光滑礦物表面上油和水的潤濕性。
石油工業(yè)中一般用懸滴法測量接觸角,*步要全部*的清洗儀器,因?yàn)榧词刮⒘康碾s質(zhì)也能改變潤濕性。當(dāng)用純凈流體和人造巖心時(shí)接觸角法是的測量方法。此法也用來檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)潤濕性的影響,如壓力、溫度和水的化學(xué)性質(zhì)。
潤濕角測量的一個(gè)問題是滯后現(xiàn)象。測量的接觸角有前進(jìn)角和后退角兩種,前進(jìn)角是向前推液滴邊緣測得的,而后退角是向后拉測得的,二者之差就是接觸角滯后。引起滯后的原因有三種:a、表面粗糙度;b、表面非均質(zhì)性;c、大分子水垢的表面固定性。
將接觸角用于油藏巖石的第二個(gè)問題是它僅僅反映巖石局部的潤濕性,不能考慮巖石表面的非均質(zhì)性。第三個(gè)限制是得不到有關(guān)巖石上是否存在*連接有機(jī)覆蓋物的信息。
2.Amott方法
USBM方法和Amott方法測量的是巖心的平均潤濕性。當(dāng)測量天然狀態(tài)巖心或恢復(fù)原態(tài)巖心時(shí),這兩種方法要好于接觸角法。確定巖心是否清洗*必須用USBM方法或Amott方法。USBM方法有時(shí)要優(yōu)于Amott方法,因?yàn)楹笳咴谥行詽櫇窀浇幻舾小8倪M(jìn)的USBM方法可以進(jìn)行USBM和Amott兩種方法的指數(shù)計(jì)算。
Amott方法是把滲吸和驅(qū)替結(jié)合起來測量巖石的平均潤濕性。測量之前,所用的巖心先要在水中通過離心作用直至達(dá)到殘余油飽和度(ROS),然后才可進(jìn)行Amott方法實(shí)驗(yàn)。
Amott方法主要由以下四步組成:
①將巖心浸入油中,20小時(shí)后測量被油的自發(fā)吸入所排出的水的體積;
②巖心在油中離心達(dá)到束縛水飽和度(IWS),測量排出的水的總量;
③將巖心浸入水中,20小時(shí)后測量被水的自吸排出的油的體積;
④在水中離心直至達(dá)到殘余油飽和度,測量排出的油的總量。
注意:巖心可能是通過流動(dòng)而不是離心達(dá)到ROS和IWS,尤其對(duì)于不能用離心機(jī)的非固態(tài)物質(zhì)必須如此。
分別引入油驅(qū)比和水驅(qū)比的定義如下:
油驅(qū)比:
水驅(qū)比:
其中 δo--- 油驅(qū)比
δw--- 水驅(qū)比
Vwsp--- 通過油的自吸所排出的水的體積
Vosp--- 通過水的自吸所排出的油的體積
Vwt--- 在油中離心所排出的水的體積
Vot--- 在水中離心所排出的油的體積
水驅(qū)比與油驅(qū)比之差即為Amott驅(qū)替指數(shù):
Amott-Harvy相對(duì)驅(qū)替指數(shù):
Amott指數(shù)與潤濕性的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表:
Amott指數(shù)范圍 巖石潤濕性
-1≤I≤-0.3 親油
-0.3中性潤濕
0.3≤I≤1 親水
3.USBM方法:
USBM方法也是測巖心的平均潤濕性。與Amott方法相比,它的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其在中性潤濕附近的靈敏性。缺點(diǎn)是USBM潤濕指數(shù)只能在段塞尺寸的巖心中測量,因?yàn)閹r心必須放在離心機(jī)中。USBM測試比較的是一種流體驅(qū)替另一種流體所需的功。用潤濕流體驅(qū)替非潤濕流體所需的功肯定少于相反的驅(qū)替。由于所需功與毛管壓力曲線下的面積成正比,所以USBM方法是通過計(jì)算離心毛管壓力曲線來求潤濕性的大小。
Sharma和Wunderlich對(duì)USBM方法進(jìn)行了改進(jìn),既可求出Amott指數(shù),也可求出USBM指數(shù)。改進(jìn)的USBM方法分五步:①初始油驅(qū);②水的自吸;③水驅(qū);④油的自吸;⑤油驅(qū)。這種方法通過考慮飽和度變化改進(jìn)了USBM方法的結(jié)果,同時(shí)也求出了Amott指數(shù)。Amott方法有時(shí)可以指出系統(tǒng)的非潤濕性,而USBM方法則不能判斷出部分潤濕或選擇潤濕。
二 潤濕性的定性測量
自吸方法是應(yīng)用zui廣泛的定性測量方法,因?yàn)闇y量快速,不需要任何復(fù)雜裝置,能給出巖心平均潤濕性的定性判斷。顯微鏡檢測方法常用于流動(dòng)檢測研究。當(dāng)已知這些數(shù)據(jù)時(shí)常用基于相對(duì)滲透率曲線的潤濕性測量方法。
測量部分潤濕(選擇性潤濕)有兩種方法:核磁共振法和染色吸附法。但這兩種方法的應(yīng)用都不廣泛。目前還無法判定一塊巖心是否為混合潤濕,不過通過考查如下的測試結(jié)果作出判斷也是可能的,如玻璃滑動(dòng)潤濕測試、天然狀態(tài)巖心的多PV水驅(qū)、不同含水飽和度下恢復(fù)原態(tài)巖心的幾種水驅(qū)以及自吸和毛管壓力測量等。
結(jié)論:
1.油藏巖石的潤濕性影響其毛管壓力、相對(duì)滲透率、水驅(qū)動(dòng)態(tài)、分散性和電性質(zhì)。此外,模擬三次采油結(jié)果也會(huì)發(fā)生改變,受潤濕性影響的三次采油過程包括熱力驅(qū)、表面活性劑驅(qū)、混相驅(qū)和堿驅(qū)。
2.由于極性化合物的吸附或原油中有機(jī)物的沉積,原親水礦物表面的潤濕性會(huì)發(fā)生改變。一般認(rèn)為原油中的表面化學(xué)劑是含有氧、氮和(或)硫的極性化合物。這些化合物在原油的重質(zhì)餾分中含量zui多,例如膠質(zhì)和瀝青。
3.潤濕性的改變?nèi)Q于原油組成成分、礦物表面、地層水化學(xué)性質(zhì)(包括離子組成和PH值)之間的相互作用。在二氧化硅/油/水系統(tǒng)中,多價(jià)金屬陽離子的示蹤量能改變潤濕性。陽離子能減少原油中表面活性劑的溶解度,促進(jìn)陰離子表面活性劑在二氧化硅上的吸附。
4.接觸角測量表明,由于原油中表面活性劑的吸附,大多數(shù)碳酸鹽巖油藏為中性潤濕到親油,而大多數(shù)砂巖油藏是親水的。
5.因?yàn)樵诟叩臏囟群蛪毫ο?,可改變潤濕性的化合物的溶解度逐漸增加,所以原油/水/巖心系統(tǒng)在油藏條件下通常比大氣條件下親水性更強(qiáng)。另外,即使沒有表面活性劑存在,由于溫度升高,通過水測得的接觸角減小,系統(tǒng)將變得更趨向親油。
6.在實(shí)驗(yàn)室中常用的三種人工控制潤濕性的方法:(1)用化學(xué)劑對(duì)巖心進(jìn)行處理,一般砂巖巖心用有機(jī)氯硅烷溶液,碳酸鹽巖用環(huán)烷酸;(2)用純流體和燒結(jié)的聚四氟乙烯巖心;(3)向流體中加入表面活性劑。
7.潤濕性的測量方法分為定性測量和定量測量兩大類。定量測量方法主要有三種:(1)接觸角法;(2)Amott法;(3)USBM方法。
8.定性測量方法有很多,包括滲吸率、顯微鏡檢測、浮選法、玻璃滑動(dòng)法、相對(duì)滲透率曲線法、滲透率與飽和度關(guān)系曲線、毛管壓力曲線、毛細(xì)測量法、排驅(qū)毛管壓力、油藏測井曲線、核磁共振法以及染色吸附法等。
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