储层岩石的润湿性-ppt

孔隙度
连续介质假设、控制体元（大、小特征） 定义：岩石孔隙体积占总体积的百分数 线孔隙度、面孔隙度 绝对孔隙度、有效孔隙度 影响因素：粒径形状和分布、胶结 堆积、裂隙、化学作用、覆压 • 孔隙度压敏特性 • • • • • φ
1
φ(M) = lim
∆Vpi ∆Vi
∆vi →∆v0
φ(M) = lim φ(M′)
– Kr曲线形状
相对渗透率理论曲线图
Krn Krw
2 Krw = (1− sn )2
Krn Krw
2 2 Krn = sn (2C + 2 − sn )
2 C = (1− sn )(µn / µw −1)
Sw
典型水湿岩心相对渗透率曲线
1 1
A
纤维状油 壁珠状水
B
纤维状油 纤维状水
C
纤维状水 孤岛状油
• 界面张力：平行于界面的单位长度上的力，mN/m。
– 流体物质分子间存在的一个与分子距离成反比的引力，内部某分子受力平衡； 表面分子受力不平衡表现为界面张力。 – 表面张力使流体表面收紧，保持最低表面能。
• 润湿性：液体展布于固体表面能力的度量。 • 毛管力公式：
Pa [m / m] h = 100 P ⋯[m] = [M ] N C P = 0.002 ⋯ M ]= [ Pa C [ g / cm3 ] ρw − ρo r [µm] • J函数：Leverett毛管束油藏模型，平均毛管压力曲线表达式。
– 简化计算、驱替速率、最终饱和度
• Kro=Kro(sw) — Muskat假设？
– （滞后、饱和次序）
• 各种测试方法的一致性
– 基于Darcy定律的稳态法——可靠性较好、费时 – 基于Buckley-Leverett方程的非稳态法——可靠性较差、省时 – 一致性证明？

油
水
岩石
润湿性不好，岩石亲油性较好
第三种情况：当 180 0 时：
油
水 岩石
完全不润湿，岩石亲油性极强

油水对岩石表面的接触角
油

水
岩石 油
90
。
润湿好（亲水性好或水湿）

水 岩石 油
90
。
中间润湿性

水 岩石
90
。
润湿不好（亲油性好或油湿）
Ls

储层岩石的润湿性
接触角可由杨氏公式求出，即：
g s ls + g l co s


gl
1 1
cos
gs
ls

a rc c o s

gs

gl
ls

1 2
由式1-2可知，只要知道 只有
gl
gs
、 Ls 、
储层岩石的润湿性
生活中到处都存在着润湿现象。
例如：下雨时，雨水润湿地面使原本干燥的地面变得潮湿；在清晨，
清香四溢的花园里，一片片绿叶上都有一滴滴晶莹剔透的露珠，也是露珠
润湿了绿叶。
一滴水滴在玻璃上能很快铺开，我们就说水对玻璃表面润湿好； 而一滴水银滴在玻璃上就不能铺开，我们就说水银对玻璃的润湿不好， 这些现象都是润湿现象。例如

储层岩石的润湿性
3.润湿反转现象：
油层中的砂岩（主要是碳酸盐），其在常态下是亲水的， 这就使得其表面的原油很容易被水冲刷下来。但是，其 处于油层条件下，可能会因各种表面活性剂的存在使得 其变成亲油而非亲水。这就使得其表面 吸附的原油不容易被水冲刷下来。

影响储层岩石润湿性的因素
1.岩石的矿物组成
组成储层岩石的主要矿物的表面在洁净的情况下一般都是亲水的，但亲水程度不同。

有机物质是憎水亲油，如果岩石中含有较多的有机物质，将使颗粒表面局部亲油。

2.流体组成的影响
同一流体对不同性质的矿物表面的润湿性不同，不同流体对同一矿物表面的润湿性也不同。

油、水之间及油、水自身与固体分子间引力不同，界面张力不同，导致岩石的润湿性不同。

3.石油的极性物质
石油中除含有非极性烃类外，还不同程度的含有极性物质。

石油中的极性物质对各种矿物的表面都有影响，但程度不同，有的能完全改变岩石的润湿性，有的影响程度轻微，主要取决于极性物质的性质。

4.矿物表面粗糙度的影响
矿物表面的尖棱对三相周界的移动阻力很大，因此在接触角的测定过程中，若矿物表面不平滑就不能反映岩石的真实润湿性。

表8—4 不同烃类组分在聚四氟乙烯光面上的前进角
烃 类戊
烷己
烷辛
烷十 二 烷
(C5H12)
(C6H14)
(C8H18)
(C12H 26)
前进角
0
8
26
42
(度)
原油中烃类所含碳原子数越多，接触角就越大。
2、油藏岩石润湿性的认识
第三章(3-2)润湿性
一、储层岩石润湿性
１、润湿的基本概念：
（1）润湿：
自然界现象：将水滴在玻璃板上，水在玻璃板上迅速铺开，而如果 是水银滴在玻璃板上，水银液滴在玻璃板上呈现球滴。
空气 水
空气 水银
玻璃
玻璃
润湿：是指液体在分子力的作用下沿固体表面流散的现象。
润湿研究对象： 不混容的两相液体－固体三相体系，或液体－气体－固体
静止时，θ= 30°，岩石亲水
1
2
水驱油速度为V1时，θ= 60°，岩石亲水性减弱
水驱油速度为V2＞ V1时，θ= 75°，岩石亲水性再减弱
水驱油速度为V3＞ V2时，θ= 115°，岩石类似亲油性， 发生润湿反转
研究动润湿滞后的意义：
亲水油藏水驱油时，当水驱油的速度过大时，将 导致油藏岩石具有“亲油”的性质。实践证明，亲油 油藏水驱油的残余油饱和度比亲水油藏水驱油的残余 油饱和度大；因此，从提高原油采收率的目的出发， 注水开发的油藏，并非注水速度越大就越好。
如下图所示，油水在岩石孔隙中静止时，接触角为30°，岩石表面具有较强 的水润湿；当水驱油在岩石孔隙中流动时，接触角发生了改变，接触角随水驱油 速度的增大而变大，即滞后现象越严重，当水驱油速度的增大到某一值时，岩石 表面变为亲油性，发生了润湿反转现象。

— OB — WB
— WA —OA
人们将毛管压力定义为两相界面上的压力差，
其数值等于界面两侧非湿相压力减去湿相压力，由
上述定义，得：
Pc=Pob-Pwb=（ρw-ρo）gh=Δρgh
4）
这是油层中毛细管平衡理论的基本公式。该式 表明：液柱上升高度直接与毛管压力值有关，毛管 压力越大，则液柱上升越高。
（1） 润湿：是指流体在界面张力作用下沿 岩石表面流散的现象。即铺展能力，能铺展 开的为润湿，否则为不润湿。
（2）润湿性（选择性润湿）：当岩石表面同 时存在两种非混相流体时，由于界面张力的差 异，其中某一相流体自发地驱开另一相流体而 占据固体表面的现象。
亲水憎油 亲油憎水 中间润湿
（3）润湿程度的衡量
的大小。
单位：牛顿·米/米
2，达因·厘米/厘米2=尔格/厘米2。
(2)界面张力：当以达因/厘米表示比界 面能时，则称为界面张力。即单位界面 长度上所受到的力。
虽然比界面能在表示为能量和力时具有相同的数 值，但比界面能和界面张力是两个不同的概念，数值 相等，因次不同，它们从不同的角度反映了不同现象。
注意：
定义：三相润湿周界沿固体表面移动迟缓而
产生润湿接触角改变的现象。分为静润湿滞后 和动润湿滞后。
油 水B 2 固
A 1
润湿滞后的前进角和后退角
水驱油；前进角1> ，； 油驱水；后退角2< , 。 1 - 2越大，滞后越严重。
（1）静润湿滞后
定义：是指油、水与固体表面接触的先后次序不
同时所产生的滞后现象。即油驱水，还是水驱油 的过程时所产生的滞后。
吉布斯比吸附定律：
G
1
C
讨论：
RT CT

二、比表面能和表面张力
从因次上看，比表面能等于单位长度上的力，所以习
惯上把比表面能称为表面张力，用 表示。
应当指出，比表面能和表面张力是两个不同的概念， 它们仅仅是数值相等。在热力学上多用比表面能的概 念，而表面张力则多见于力学和工程应用中。
凡是提到某物质的表面张力都应说明另一相是什么。 不加说明者，一般认为另一相为空气。例如，水的表 面张力为72.75mN/m，指水—空气而言。
何自由能都有趋于最小的趋势。由于等体积物体以球体表 面积最小，表面能也最小。所以水银滴掉桌面上变成球形 ，以使自由表面能力为最小。 (3)界面是具有一定厚度的。水与空气表面至少有n个分子层 厚。
第一节 储层流体的相间界面张力
一、两相间的自由表面能 自由表面能的性质 (4)两相分子的极性差越大，表面能越大。水是液体中极性
二、比表面能和表面张力
比表面能是单位面积具有的自由表面能：
u A
T
.P.n
8-4Au
式中，u:为体系的表面自由能增量，（当表面积增加
㎡时）N.m
：比表面能，N/m
T,P，n分别表示体系的温度，压力和组成。
比表面能的单位是J/㎡ 或N/m
工程上常用毫牛顿/米， 1mN/m＝1.dyn/cm
第一节 储层流体的相间界面张力
最大的，而干净的空气极性很小，因此水——空气界 面的表面能最大。原油和四录化炭的极性差很小, 乃至 界面消失而互溶。 (5)液—固界面自由表面能>液—气>液—液。 Question: Why using detergent can clean dirty clothes?
第一节 储层流体的相间界面张力
第八章 储层岩石的界面 现象与润湿性
当油气水三相同时存在于岩石孔隙中时，会形成多种 界面：水和岩石，油和岩石，气和岩石，油和水，油 和气，气和水等，因此，界面现象十分复杂。

第二节
润湿现象:
油藏岩石润湿性 和油水微观分布
水迅速散成薄薄的一层
干净的玻璃板上滴一滴水
干净的玻璃板上滴一滴水银
水银聚拢形成球状
在铜片上滴一滴水银
水银呈馒头状
一、岩石的润湿性
1、润湿的定义
液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。
2、衡量润湿性的参数
润湿角θ
定 义
过气液固或液液固 三相交点对液滴表 面所作的切线与液 固表面所夹的角。
前进角
θ1＞θ
后退角
θ2＜θ
Δθ θ 1 θ 2
三、润湿滞后
在两相驱替过程中出现
润湿滞后：指由于三相周界沿固体表面移动的 迟缓而产生润湿角改变的现象。
根据引起润湿滞后的原因不同 静润湿滞后
动润湿滞后
引起润湿角改变的三种因素
(1)与三相周界的移动方向有关
由于润湿次 序不同而引起 的润湿角改变 的现象称为静 润湿滞后。
V o 1 离心吸水排油量 Vw1
油湿指数

自动吸油排水量 自动吸油排水量
V w 1 离心吸油排水量
Vw2
由润湿指数评价岩石的润湿性
润湿指数 油湿指数 水湿指数 润湿性
亲油
1~0.8 0~0.2
弱亲油
0.7~0.6 0.3~0.4
中性
两指数接 近
弱亲水
0.3~0.4 0.7~0.6
亲水
0~0.2 1~0.8
湿相驱替非湿相的过程称为“吸吮过程。”
2、亲油岩石中的油水分布
(a)含水饱和度较低时：油分布在岩石表面，水首先沿着 大孔道形成曲折迂回的连续水流渠道,而油只是在水流的 摩擦携带作用下沿孔隙壁面流动； (b)当继续注水时,水逐渐进入较小的孔道,并使这些小孔 道串联起来形成另外一些水流渠道； (c)当形成的水流渠道多得几乎使水畅通地渗流时,油实 际上已被憋死,残余的油停留在一些小孔道内及在水流通 道的固体表面上以油膜形式存在。

3.2 聚表剂改变岩石润湿性能力评价储层岩石润湿性是一种综合特性，决定着油藏流体在岩石孔道内的微观分布和原始分布状态，润湿性的变化将影响毛管压力、相对渗透率、束缚水饱和度、残余油饱和度。

在注水的情况下，岩石孔隙内有油水两相共存，究竟是水附着到岩石表面把油驱出，还是水只能把孔隙中部的油挤出，这主要是由岩石的润湿性决定的。

3.2.1 润湿性的基本概念润湿性的定义为：一种流体在其它非混相流体存在条件下，在固体表面展开或粘附的趋势。

在岩石-油-水体系中，其中一种流体在其分子力的作用下，沿固体表面驱走另一种流体的现象，它反映了固体表面对液体的亲合或憎离特性。

将一滴液体滴在物体表面上，如果液体能在表面迅速铺开，说明液体润湿固体表面，如果液滴不散开，则说明液体不能润湿固体表面。

在讨论润湿现象时，通常总是指三相体系：一相为固体，另一相为液体，第三相为气体或另一种液体。

说某种液体润湿固体与否，总是相对于另一相气体（或液体）而言的。

如果某一相液体能润湿固相，则另一相就不润湿固相。

润湿具有选择性和相对性[76]。

3.2.1.1 润湿程度的表征润湿性是岩石的基本特性之一，对油气水在孔隙中的分布、驱油效率、最终采收率都有明显的影响。

因此，需要定性或定量的描述岩石润湿程度，一般用润湿角或附着功来表示。

（1）润湿角通过液-液-固或气-液-固三相交点作液-液或液气界面的切线，切线与固-液界面之间的夹角成为润湿接触角，用θ表示，并规定θ从极性大的液体一面算起，它的大小表征岩石表面为液体选择润湿的程度。

按照润湿角的不同将岩石润湿性分为以下几种情况：①当θ<90°时，水可以润湿岩石，岩石亲水性好或称水湿；②当θ=90°时，油、水润湿岩石的能力相当，岩石既不亲水也不亲油，为中性润湿；③当θ>90°时，油可以润湿岩石，岩石亲油性好或称油湿。

（2）附着功27附着功是指将单位面积的固-液界面在非湿相流体中拉开所作的功。

L 1cm2
Ls S
L
G gL gs
S
W gL gs Ls 11
3、润湿程度的衡量——附着功
❖ 在这一过程中，做功的能量转化为固体表面能的 增加，设表面能的增加值为△Us，则根据表面张 力的概念，(σgL+σgs)>σLs，故△Us>0，即 体系的表面能增加，这个表面能的增量就等于附 着功(或粘附功)，用符号W表示，有：
21
三、 储层岩石的润湿性及其影响因素
❖ 1、岩石的矿物组成 ❖ 油藏岩石之间的润湿性存在着显著的差异.
▪ 亲水岩石：θ<90°，石英、硅酸盐、碳酸盐、 硅铝酸盐等；水云母、石英、石灰石、白云岩、 长石
▪ 憎水岩石： θ>90°，烃类有机固体、金属硫化 物等。
▪ 粘土矿物对岩石的润湿性影响较大,如蒙脱石、 泥质胶结物的存在回增加岩石的亲水性.而绿泥 石粘土可局部改变岩石表面为亲油等等.
水溶性表面活性 物质可使岩石表
面亲水化
水湿
浓度C
油湿
-1
随着活性剂浓度的增加，由亲油变为亲水，亲 水变为亲油，发生了润湿反转
油湿
-1
随着浓度的增加，只发生润湿程度的
改变，而不生润湿反转。
25
4、矿物表面粗糙度的影响
❖ 润湿滞后表面凹凸不平→形角→接触角改变→影 响流体润湿性。
❖ 试验表明，尖棱对三相周界的移动阻力很大，三 相周界到达尖棱处则遇阻，如图所示，此时的接 触角θ看来还应加上“棱角τ”才能反映滞后情况， 棱角越大滞后也越大。
❖ 润湿是指液体在界面张力的作用下沿岩石表面流 散的现象。
2
1、润湿现象
❖ 将一滴液体滴在玻璃板上，如果液滴（例如水滴） 在玻璃板上迅速铺开，说明液体润湿固体表面； 而如果液滴不散开（例如水银），则说明液体不 湿润固体表面（如图）。

润湿滞后的影响因素包括：
倾斜一个角度α
1、润湿次序（三相周界的移动方向）的影响
润湿次序的含义：固体（岩石）表面一开始是和油接触，后来水把油驱
赶走代之以水和固体（岩石）表面接触，或者是反之的情况。 三相周界的移动方向的含义：
A点移动方向是水驱油的方向，即水将占据油原来的部分空间；
B点移动方向是油驱水的方向，即油将占据水原来的部分空间； 前进角（θ1）：水驱油（润湿相流体驱赶非润湿相流体）时的接触角；
cosθ
所以： W=σ
（1+cosθ ）
由上式看出，θ角越小，附着功W越大，即湿相流体（水）对岩石的润湿程度越
强； 因此，研究附着功的意义是：用附着功判断岩石润湿性。
5、润湿反转现象
润湿反转：在一定条件下，加入表面活性剂（或其它的特殊处理方法），
使岩石表面的亲水性和亲油性相互转化的现象。 表面活性物质自发地吸附在两相界面上并使界面张力减小，因此，表 面 活性物质吸附于岩石表面，将可能导致： （1）亲水性的岩石表面的亲水性变弱甚至变成亲油性表面； （2）亲油性的岩石表面的亲油性变弱甚至变成亲水性表面。
空 气 空 气 水银 水
玻 璃
玻 璃
润湿：是指液体在分子力的作用下沿固体表面流散的现象。
润湿研究对象：
不混容的两相液体－固体三相体系，或液体－气体－固体 三相体系。
（2）润湿相流体与非润湿相流体：
能沿固体表面铺开的那一相称为润湿相流体，另一相称为 非润湿相流体。（气相在大多数情况下是非润湿相）
（水－空气－玻璃体系中，水为润湿相流体，空气为非润湿相流体）
锐对对三相周界的移动阻力很大，如下图所示，此时接触角 应该加上“形角τ”，才能反映滞后现象， “形角τ” 越大， 滞后也越显著。

• 2、吸吮过程
• 定义：润湿相驱出非润湿相的过程称 为“吸吮过程”。 • 随着吸吮过程的进行，润湿相饱 和度逐渐增加，非润湿相饱和度逐渐 降低。
六、岩石润湿性对水驱油的影响
1.润湿性对油水微观分布的影响。 2．润湿性决定着孔道中毛管压力的大小 和方向。
3．润湿性对油、水相对渗透率的影响。 4．润湿性对采收率的影响。
2.自动吸入法（简称自吸法）
这种方法的特点：
① 仪器简单，操作方便； ② 能较好反映油层的实际情况。 ③ 只能定性确定润湿性。
3．自吸驱替法（润湿指数法）
自吸水排油量 水湿指数IW 自吸水排油量+水驱排油量
自吸油排水量 油湿指数I 0 自吸油排水量 油驱排水量
由润湿指数确定润湿性：
三、油藏岩石的润湿性及其影响因素
1.油藏岩石润湿性 ① 油藏岩石表面 润湿性： ② ③ 亲水 亲油 非均质润湿性{
斑状润湿性 混合润湿性
2.岩石润湿性的影响因素
1）岩石的矿物成分对润湿性的影响 2）流体的性质对润湿性的影响 3)表面活性物质的影响 4)矿物表面粗糙度的影响 5) 注水对岩石润湿性的影响
W附 =
12 23 - 13
二、润湿滞后 1．定义
图3 - 10
润湿滞后现象
润湿滞后就是三相润湿周界沿固体表面移动的迟缓。
二、润湿滞后 1．定义
图3 - 10
润湿滞后现象
•θ1前进角，湿相驱替非湿相的接触角 •θ2后退角，非湿相驱替湿相的接触角
2．润湿滞后的影响因素
1）与三相周界的移动方向有关（或与润湿次序有关） 2）与三相周界的移动速度有关 3）与固体表面的粗糙度有关
一般说来，岩石颗粒表面粗糙程度越严重， 三相润湿周界移动就越困难，润湿滞后现象 也越显著。

四、油水在岩石孔隙中的分布
岩石润湿性对水驱油的影 响： 油水在岩石孔隙中的分
布不仅与油水饱和度有 关，而且还与饱和度的 变化方向有关，即取决 于过程是湿相驱替非湿 相，还是非湿相驱替湿 相。
一、基本概念 △ 附着力（也称粘附功） 指在非湿相流体中，将单位面积的湿相从固体界面拉升所
做的功。在这一过程中，做功的能量转化为固体表面能 的增加。 附着功W与接触角有如下关系：
W gl (1 cos )
可见，接触角越小，W越大。
第三节 储层岩石润湿性
一、基本概念
σgs
σgL
岩石润湿性与岩石孔隙度、渗透率、饱和度、孔 隙结构同样重要。
第三节 储层岩石润湿性
一、基本概念 润湿性是指液体在界面张力作用下，沿岩石表面流散的现象 岩石润湿的程度用接触角或附着功来表示。
△ 接触角（也称润湿角）的定义： 通过液—液—固（或气—液—固）三相交点做液—液（或液
—气）界面的切线，切线与固—液界面之间的夹角称为接触角 ，用表示，并规定从极性大的液体一面算起。
后现象。它与三相界的移动方向有关。
如图8-23所示，P197,水驱油则 1 ，油驱水则
2这 是 引起毛管力滞后的主要原因之一（详见第九章）
第三节 储层岩石润湿性
二、润湿滞后现象
影响因素： (2)动润湿滞后 在水驱油或油驱水过程中，当三相周界沿固体表面向前
移动时，由于油水界面各处运动速度不同而使接触角发 生变化的现象。运动速度越大，则动润湿滞后现象越严 重。当运动速度超过某一临界值后，会发生润湿反转现 象。 思考: 注水开发，亲水储层，注水速度不可过高！对亲 油储层，强化注水？
液
液
第三节 储层岩石润湿性
一、基本概念