油层物理-杨胜来-第8章

1、第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 第三篇第三篇 储层中多相流体的渗流机理储层中多相流体的渗流机理 储层流体物性储层流体物性 储层岩石物性储层岩石物性 储层中多相流体的渗流机理储层中多相流体的渗流机理 一般说来油藏中单相流体的情况极少，大多存在不互溶的油、水两相流体或是油、气、水三相流体。第三篇 储层中多相流体的渗流机理 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 1、流体与岩石、流体与流体的接触面积相当大 油藏岩石是比面极大的多孔介质，即使孔道中只含有一相流体时，它与岩石孔隙的

2、接触面积已经相当大。 而当油藏流体以油、气、水两相或三相同时存在于岩石孔隙中时，在各相流体之间、流体与岩石颗粒固相间就存在着多种界面水和岩石、油和岩石、油和水、油和气、气和水等多种接触面，这些界面总面积极大。第三篇 储层中多相流体的渗流机理 储层中多相流体的特点储层中多相流体的特点第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 2、与两相界面有关的问题 各相流体之间、流体与岩石表面之间两相界面分子的相互作用造成了有关界面性质的很多问题： 水驱油问题、 油水界面时的毛细管附加阻力问题、 互溶混相驱油时的油水界面消失的问题。3、与表面或界面性质有关

3、 界面张力、吸附作用、油水对岩石孔隙表面的有选择性地润湿等现象。加上油藏岩石的孔隙孔道很小，结构复杂，又会引起毛细管现象、各种附加阻力效应等等，从而对油藏流体的分布和流动有重大的影响。第三篇 储层中多相流体的渗流机理 储层中多相流体的特点储层中多相流体的特点第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 由于界面现象与两相内部及界面的分子力有关，我们必须从微观角度入手， 研究是多相流体在储层中： 1、岩石的润湿性 2、毛管力及各种毛管阻力，探讨消除和降低附加阻力的规律， 3、微观渗流机理，掌握油、水在岩石孔隙中的分布特点，掌握剩余油分布规律及其

4、影响因素， 4、多相渗流特征（相对渗透率）为宏观上掌握油井生产规律，合理开发油田，改善开发效果以及提高采收率等工作打下基础。第三篇 储层中多相流体的渗流机理 研究的目的和意义第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 一、储层流体的相间界面张力 二、界面吸附现象 三、储层岩石润湿性主要包括以下三个方面内容：第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京）第一节第一节 储层流体的相间界面张力储层流体的相间界面张力主要包括以下五方面内容： 1.两相界面的自由表面能 2.比表面能和表面张力 3.界面

5、张力的影响因素 4.油藏流体间的界面张力 5.界面张力的测定第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京）一、一、 两相界面的自由界面能两相界面的自由界面能 物质界面层的分子与其内部分子所处的状态不同。 在水相的内部，由于同时受到周围同类分子力的作用，所以其分子力场处于相对平衡状态。 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 把由相内分子力引起的一些性质称“体积性质”把由两相界面分子引起的性质称“界面性质”任何两相分界面称“界面”例子：当两相中其中一相为气体时，则把界面称“表面”把固和液、

6、液和液相接触的界面称“界面”把固体和气体接触界面称“固体表面”把液体和气体接触界面称“液体表面”第三篇 储层中多相流体的渗流机理 基本概念第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 一、一、 两相界面的自由界面能两相界面的自由界面能在各个方向上并不是相等的第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 表面层分子a所受的合力的方向指向水相内部并与表面垂直。 分子a有向水相内部运动的趋势，即水相表面有自动缩小的趋势。 表面层分子力场的不平衡使得表面层分子储存了多余的能量，我们把这种能量称为自由

7、能即两相界面层的自由表面能。 如果要想把水的内部分子举升到水面，就必须做功。只有对其作功才能使液相内的水分子上升到水表面，这种能量（功）就转化为自由表面能。 一、一、 两相界面的自由界面能两相界面的自由界面能第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京）（1）只有存在不互溶的两相时自由界面能才存在。 以上是水空气界面。 同理对于任意两相，不论是气和液、液和液，还是气和固、液和固的界面，都存在有上述的自由界面能。 而完全互溶的两相（例如酒精和水、煤油和原油），由于它们之间不存在界面，所以也就不存在自由界面能。 （2）界面越大，自由界面能也越大 根

8、据热力学第二定律知，任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，所以水银滴掉在桌面上变成球形，而不是其它形状，以使自由表面能居于最小。自由界面能的性质一、一、 两相界面的自由界面能两相界面的自由界面能第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） （3）界面是具有一定厚度的界面层 界面层的结构和性质与每一相的性质都不同，是一个逐渐过渡的分子层。在该过渡层中的分子，都具有自由表面能，只是大小不同而已。 在过渡层中，分子的热力学性质也是逐渐过渡并且是连续变化的，最终分子力场达到平衡的某一单相。例如，水与空气接触的表

9、面层厚度至少有几个分子层厚。一、一、 两相界面的自由界面能两相界面的自由界面能第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） （4）自由界面能的大小与两相分子性质有关系。 两相分子的极性差越大，界面能越大。 水是液体中极性最大的，而干净的空气极性很小，因此水-空气界面的表面能最大。 原油和四氯化碳的极性差很小，乃至界面消失而互溶，正因为如此，油层物理实验中用四氯化碳来提取岩心中的石油。 （5）自由界面能还与两相的相态有关。 液相和气相界面的自由表面能一般比液相和液相界面的自由界面能要大。 液和固之间的自由界面能大于液和气之间的自由表面能。 液固

10、气液 1一、一、 两相界面的自由界面能两相界面的自由界面能第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京）二、比界面能和界面张力（ 比表面能和表面张力 ） 表面能和表面张力是两个不同的概念。它们的意义不同（仅仅是数值相等），在热力学上多用表面能的概念，而表面张力则多用在力学和实际应用中。 比表面能是单位表面积具有的自由表面能， 比表面能的单位：SI单位制：焦耳/米2（J/m2），1焦耳/米2（J/m2）=1牛顿米（N/m），工程上常用毫牛顿米（mN/m）。 CGS单位制：尔格/厘米2。1尔格/厘米2=1达因厘米（dyn/cm）。 1毫牛顿米（mN

11、/m）=1达因厘米（dyn/cm） 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，用符号表示。第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） l xF图8-3做功与气液表面形成示意图 由于体系表面层上的分子力的不对称作用，使得其能量比相内分子能量高，故增加体系的新表面积，相当于把更多的分子从相内移到表层来，就必须克服相内分子的吸引力而做功，这种作功的能量就转化为新生界面的表面能。 二、比界面能和界面张力（ 比表面能和表面张力 ）第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(

12、北京） 严格地说，在两相系统的表面层上只存在比表面能而不存在表面张力，表面张力只是自由表面能的一种表示方法，并非存在什么真实的张力。 只有在三相系统的周界上，这种表面能才有界面的张力存在，它是各自两相界面层自由表面能在三相周界的接触点相互“争夺”的结果。 如图84所示，一滴油滴在水面上则有三种界面，即油-气（2-3）、油-水（2-1）和水-气（1-3）界面，各自界面层的表面能在三相周界的争夺则呈现三种表面张力2-3、1-2 和1-3，当三者达到平衡时则：322131二、比界面能和界面张力（ 比表面能和表面张力 ）第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石

13、油大学(北京） 图8-4三相周界界面张力示意图 也只有在争夺的过程中最后达到平衡的情况下才有张力的表现。 界面张力的大小等于各自的比表面能； 界面张力的方向，界面为平面则在平面上，界面为曲线，则在切线上； 力的作用点则为三相周界的接触点。二、比界面能和界面张力（ 比表面能和表面张力 ）第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 表81 某些物质与空气、水的界面张力值物 质与空气接触时的表面张力mNm (20时)与水接触时的界面张力mNm(20时)水银水苯变压器油杜依玛兹石油正己烷正辛烷甲苯乙醚四氯化碳二硫化碳二氯甲烷二氯乙烷乙醇484.07

14、2.828.939.127.218.421.828.417.026.933.528.532.522.337535.045.130.351.150.8/10.745.0/二、比界面能和界面张力（ 比表面能和表面张力 ）第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 1、物质的组成 可以看出，水银与空气接触时的表面张力要大于与水接触的界面张力，这是因为两相间分子的极性差越大，表面能也就越大的特点。在液体中水的极性最大，而空气的极性很小，所以水与空气的界面张力最大。作为有机溶剂的原油与甲苯，由于它们都是有机物，因而之间的极性差很小，界面张力也就很小，

15、甚至可以达到互溶以至界面消失。 2、相态 自由界面能的另一个特点是它的大小与两相的相态有关，如液、液之间的自由界面能一般大于液气之间的自由界面能。 3、温度和压力 温度和压力直接影响到分子间的距离，因而分子间的作用力也随之变化，使得界面层上分子的力场受到影响，界面张力变化。三、三、 界面张力的影响因素界面张力的影响因素第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 对于任何液、气两相来说，都会有随着温度和压力的增加，表面张力的减小的现象。因为当温度升高时，一方面增大了液体分子间的距离，分子间的引力减小，另一方面液体的蒸发，使液体与蒸汽间分子的力

16、场差异变小，从而降低了表面张力。 而升高压力将增加气体在液体中的溶解度，液体的密度因而减少，而气体受压密度增加，两相的密度差减少，从而导致了两相分子间的差异变小，分子力场不平衡减弱，最终表现为表面张力降低。 三、三、 界面张力的影响因素界面张力的影响因素第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 在油气储层中，存在多种界面，但固体表面张力很难确定，为此，通常只限于讨论流体间的界面张力。 油藏流体组成复杂而且油藏中各处的温度、压力大小也不同，温度、压力条件又改变着流体的组成，这些因素决定了油层中流体间的界面张力变化的复杂性，即使在同一个油气层

17、，界面张力不是定值，不同油气层则差别会更大。下面根据上述界面张力的概念及其特点，解释油藏流体界面张力的大小及变化规律。 四、四、 油藏流体间的界面张力油藏流体间的界面张力第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 1、油-气界面 油气界面张力随气相在液相中溶解度的增大而降低。 天然气中含重烃气体愈多，原油中的溶解气量就愈大，那么，当压力增加时，表面张力减小幅度也越大。第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 油藏原油处于高温、高压的条件下，并且溶有大量的天然气，油藏中油气系统的界面张力

18、就要比地面脱气原油和空气系统的界面张力小得多。同理，油藏内部不同地点的原油界面张力也有变化，例如气顶附近原油的界面张力要小于远离气顶的原油的界面张力。1、油-气界面第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） （1）对于无溶解气的油-水体系，俄国学者认为，温度和压力的改变对油水间的界面张力基本上无影响。这是因为温度增加，使油、水同时膨胀；而增大压力，又使油、水同时受压缩，油、水各自的分子热力学性质变化基本一致，使得油、水间的分子力场仍可能保持不变，从而表面张力仍保持不变。 也有些研究者认为，随着温度的升高，油-水界面张力会有明显的降低，而压力

19、对界面张力的影响较小。 2、油-水界面第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） （2）对有溶解气的油-水体系： 溶解气量的多少，对油-水两相间的界面张力起着决定性的作用。2、油-水界面第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 表82 国内外部分油田的油水界面张力值油 田 名 称油水界面张力，mNm测定条件杜依玛兹石油罗马什金石油老格罗兹内H得克萨斯34个油田胜利油田辽河油田大庆油田长庆油田任丘油田30.225.626.013.634.32331924303628.640地 面地 面地

20、 面地 面704585地 下51地 面2、油-水界面第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 图88是有溶解气的条件下，油-水界面张力随压力变化的关系示意图。曲线、分别代表原油相对密度和溶解气量不同的三种情况。由图可见, 当压力小于饱和压力Pb时，压力升高，界面张力增大，这是由于当压力小于饱和压力前，气体在油中的溶解度大于在水中的溶解度，使油-水间极性差更大而引起的；当压力大于Pb时，随着压力增加，界面张力变化不大，因为在高于饱和压力后，增加压力不会增加气体的溶解度，而仅仅是对流体增加了压缩作用。 油水体系的界面张力还会随着原油组成的不同

21、而不同，当原油中轻烃的含量高时，原油的密度低、粘度小，导致油、水间的分子力场变化，油-水界面张力就小。无论油-水系统中有无溶解气，体系的界面张力都会随着温度升高而降低，因为温度增加，分子运动加剧，油-水表面上分子极性差（即分子力场）减小，从而界面张力降低。 2、油-水界面第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京）五、界面张力的测定方法适用范围界面张力，mNm备注吊片法较高的界面张力1102 悬滴法中等的界面张力101102 旋转液滴法低界面张力或超低界面张力101103如微乳液和油(或水) 1、旋滴法 2、悬滴法 悬滴法界面张力仪由注射器、

22、针头和光学摄像装置等组成。根据液体的粘度选择针头的粗细，若测定液为普通液体，选0.7mm针头；若为粘稠液，视其粘度大小，可选1.52.0mm的针头。第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） Hgd2五、界面张力的测定 3、吊片法 表面张力测定仪的测定基本原理如图810所示：调节升降装置，使试样皿内的油-水界面刚好与玻璃吊片底端接触，这时由于固相玻璃吊片和两液相（油和水）相接触，出现了固-液、液-液界面张力，其作用结果是向下拉动玻璃片。这样，由一套记录显示装置将拉力R和砝码的大小直接记录下来，按下面公式来计算出界面张力。 第八章 储层岩石中

23、的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 五、界面张力的测定YRLYR49. 0980103第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 通常采用查图表(诺模图)的方法(图811)，若已知地面(21)时所测得的油-水界面张力o及地层温度T，可由图811直接查出地层温度下油-水的界面张力t。 五、界面张力的测定第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 图812为地层条件下甲烷-水界面张力图，由已知的地层温度及压力，从图812直接查出甲烷-水的界面张力。

24、若气藏中天然气主要成分是甲烷，则可确定气藏的界面张力。 五、界面张力的测定第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 主要包括以下六方面内容： 一、吸附的概念 二、气液界面（表面）的吸附 三、气固界面上的吸附 四、液固界面上的吸附 五、润湿现象和毛管力 六、界面粘度第二节 界面吸附现象第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 溶解于某相中的物质，自发地聚集到两相界溶解于某相中的物质，自发地聚集到两相界面层的现象称之为面层的现象称之为“吸附吸附”例如：特征： 1. 溶解多种分子 2. 发

25、生在两相界面 3. 浓度分布不均匀 4. 降低界面张力吸附是某些分子在固体表面或液体表面的聚集吸附是某些分子在固体表面或液体表面的聚集一、吸附的概念一、吸附的概念第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 液体表面的吸附问题是怎样一个过程，又是如何降低自由界面能的？ 纯水中加入少许活性剂(肥皂)，则肥皂水溶液的表面张力要比纯水的表面张力减小很多。 两相界面的表面张力对外来物（如活性剂肥皂）的存在极其敏感，尽管外来物质很少，它却使表面张力急剧减小。 这种现象：一方面表面张力的性质;另一方面 外来物的性质二、气二、气- -液界面（表面）的吸附液

26、界面（表面）的吸附第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 图813钠肥皂分子的化学结构式Na=OOCHHHHCCHHHHHHHHHHHHCCCCCCHHHHHHHHCCCCHHHHCCHHCHHHC 从外来物的性质（肥皂的性质）来看，从化学结构上讲，它是高级脂肪酸的一些盐类，例如钠肥皂分子化学结构式为CnH2n+lCOONa比如C16H33COONa。 它的一端是由碳氢组成的基团，具有对称的非极性结构，称之为碳氢链(如C16H33-)；另一端则是非对称的极性基团(如-COONa)。这种具有两性的分子通常以 “O”表示。直线段代表非极性的

27、碳氢链，圆环的一端代表极性基团。二、气二、气- -液界面（表面）的吸附液界面（表面）的吸附第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 代表浓度增加 将少许肥皂活性剂放入纯水中，肥皂活性剂分子便自发地集聚在两相界面层上(水面)，水为极性的，所以，活性剂分子的极性端朝向水里，而非极性端则力图与非极性的空气相作用，从而使得水表面层的极性差减小，水表面层的自由表面能也随之减小，表面张力减小。二、气二、气- -液界面（表面）的吸附液界面（表面）的吸附第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 从图

28、上可以看出，当表面活性物质的浓度较小时，随浓度的增加，比吸附的增大和表面张力的减小都比较快。但是，当浓度增加到定值后，比吸附则不再增加，而趋于比吸附最大值。这是因为吸附趋饱和(图814)。此时的表面张力值，也就不再随浓度的增加而减小了。图814中最右边的情况，就是水中的活性剂分子聚集在一起，憎水的非极性端向内互相靠拢，亲水基向外，形成所谓胶束。 从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可以看出，若C为吸附在A、B两相界面的物质，则物质A的极性C的极性B的极性，这就是所谓的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发生，都将满足这一个原则。 二、气二、气- -液界面（表面）的吸附液界面（表面）的吸附第八章 储层岩

29、石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 可见，活性剂集中到界面上去，就会使极性差减小，也就是使自由表面能（即表面张力）减小，而这一过程恰与自由能趋于最小的趋势是一致的，所以，肥皂活性剂分子向水界面层集中是自发的过程。 纯水的表面张力很大(72.8mNm)，而加肥皂后表面张力会大大降低。 具有上述结构的分子所组成的物质表面活性剂，在液体中都能降低界面张力。 从上述肥皂水溶液的吸附过程的例子可以看出： 若C为吸附在A、B两相界面的物质， 则物质A的极性C的极性B的极性 这就是所谓的“极性均衡”原则。凡是吸附作用的发生，都将满足这一个原则。 二、气二、气-

30、 -液界面（表面）的吸附液界面（表面）的吸附第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 原油是含多种分子的混合物，就其极性组成而言，可以分为非极性物质和含有极性的活性物质两类。 前者如烷烃、环烷烃和芳香烃， 后者一般是烃与氧、硫、氮的化合物，如环烷酸、胶质、沥青质等。 实际上，可以认为原油是表面活性物质在非极性烃类中的一种溶液。 被吸附在两相界面层上、能大大减低表面张力的物质叫做表面活性物质或表面活性剂。 界面层单位面积上比相内多余的吸附量叫比吸附，用G表示。二、气二、气- -液界面（表面）的吸附液界面（表面）的吸附第八章 储层岩石中的界面

31、现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 在气-液界面上，比吸附与溶质浓度、表面活度之间的关系由吉布斯(Gibbs)等温吸附关系式表示：式中：G吉布斯比吸附量； C溶质浓度； ( )T表面活度，即在某一温度下，表面张力随溶液浓度的变化率，代表溶质表面活性的大小； T，R绝对温度和通用气体常数。 TCCRTG)(1C二、气二、气- -液界面（表面）的吸附液界面（表面）的吸附第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 当 Ls，故Us0，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，

32、有： 再由杨氏方程式得： 因此接触角与附着功具有如下关系式： LsgsgLsUW)(gLLsgs)(cosgLLsgs)cos1 (gLW第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 由上式看出，角越小，附着功W越大，也即湿相流体对固体的润湿程度越好； 因此，可以用附着功判断岩石润湿性的好坏 对于油、水、岩石三相体系，当附着功大于油水界面张力时，岩石亲水； 当附着功小于油水界面张力时，岩石亲油；当附着功等于油水界面张力时，岩石为中性润湿。)cos1(gLW第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学

33、(北京） 表面活性物质自发地吸附在两相界面上则使界面张力减小，因此，表面活性物质吸附于固体表面将使亲水性的固体表面向亲油性表面转化（如图821上）。或者由亲油性的表面变成亲水性的表面（图821下）。3、表面活性物质对润湿性的影响润湿反转现象第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 转化的程度既与固体表面性质和活性物质的性质有关，又和活性物质的浓度有关3、表面活性物质对润湿性的影响润湿反转现象第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 我们把固体表面在活性物质吸附的作用下润湿性发生转化的

34、现象称为润湿反转。 砂岩颗粒(主要是硅酸盐)的原始性质是亲水性的，但砂岩表面常常由于表面活性物质的吸附而发生了润湿反转，变成亲油性。 我们也可以根据润湿反转的原理采取措施来提高采收率，例如向油层注入活性水，使其中的表面活性剂按极性相近规则吸附第二层，抵消了原有活性物质的作用，以使亲油表面反转为亲水表面，使油容易被驱走，从而提高采收率。3、表面活性物质对润湿性的影响润湿反转现象第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 二、 润湿滞后现象 润湿滞后是在流体流动过程中出现的一种润湿现象，如图823所示，将原来水平放置的固体表面倾斜一个角度，可以

35、发现，油-水-固三相周界不能立即向前移动，而是油-水两相界面发生变形，使得原始的接触角发生改变，然后，三相周界才向前移动。在A点，水驱油时由于水占据了油原来的部分空间而形成的接触角称为前进角1，1（为原始接触角）。在B点，油驱水时的接触角称为后退角2，有2。第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 所谓润湿滞后就是指在外力作用下开始运动时，三相周界沿固体表面移动迟缓而使润湿接触角改变的一种现象。润湿滞后现象与下列三种因素有关： 1、与三相周界的移动方向有关静润湿滞后 2、与三相周界的移动速度有关动润湿滞后 3、与石油中的表面活性物质在岩石

36、表面上的吸附有关 4、与岩石颗粒表面粗糙程度有关 二、 润湿滞后现象第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 二、 润湿滞后现象第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 3、与石油中的表面活性物质在岩石表面上的吸附有关第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 4、与岩石颗粒表面粗糙程度有关 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 动润湿滞后是在水驱油或油驱水过程中，当油、

37、水和岩石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。如图824所示，在亲水毛管孔道中，当油水界面静止平衡时，弯液面上的接触角为（小于90o）；当水驱油时，界面开始移动，而三相周界不能立即移动，油水界面首先变形，接触角增大为l，此时为动润湿滞后；当油驱水时，接触角减小为2。同样，水驱油时的接触角称为前进角或称增大角1；油驱水时的接触角为后退角或减小角2；当三相周界停止移动处于稳定时，测定的润湿角为平衡角，则有l2。 二、 润湿滞后现象第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 但前进角和后退角的数值与

38、润湿周界的移动速度的有关（图825）。运动速度越大，则动润湿滞现象越严重，当运动速度超过某一临界值后，会发生润湿反转现象(图826)。这说明，在静止或低速条件下，水可以很好地润湿地层；但当注水驱油速度过大时，弯液面的运动速度就会超过水润湿岩石表面的临界速度，此时润湿角变大，润湿性就会发生反转，也就不能很好利用水润湿作用。水流过孔道后，岩石表面还会留下不利于驱油的油膜。 二、 润湿滞后现象第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 1、岩石的矿物组成 2、油藏流体组成的影响 原油的组成非常复杂，按对润湿性的影响其物质可分为三类，（1）非极性的

39、烃类（主要组成），（2）含有极性的氧、硫、氮的化合物，（3）原油中的极性物质或称活性物质。 图829表示对同样石英矿物表面，当原油的组成不同时，润湿接触角也不同。当油相为异辛烷时，水能润湿石英表面；当油相为异奎啉时，水却不能润湿石英表面；当油相为环烷酸时，其接触角为35，水能润湿其表面。 3、表面活性物质的影响 三、 储层岩石的润湿性及其影响因素 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 三、 储层岩石的润湿性及其影响因素 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京）1、润湿性对油水微观

40、分布的影响 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 斑状润湿是指在同一岩样的表面上由于矿物组成不同表现出不同的润湿性，油湿或水湿表面无特定位置，就单个孔隙而言，一部分表面为强水湿，其余部分则可能为强油湿，而且油湿表面也并不一定连续（图827）。 混合润湿是指在大小不同的孔道其润湿性不同，小孔隙保持水湿不含油，而在大孔隙的砂粒表面由于与原油接触常是亲油的，油可连续形成渠道流动，如图828所示。 4、矿物表面粗糙度的影响 4、岩石孔隙表面的非均质及粗糙度的影响 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国

41、石油大学(北京） 1、润湿性对油水微观分布的影响 四、 油水在岩石孔隙中的分布第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京）注水初期注水后期砂粒湿相水非湿相油图831 “渠道流态”示意图湿相驱非湿相 非润湿相驱出湿相的过程称之为驱替过程。湿相驱出非湿相的过程则称之为“吸吮过程” 1、润湿性对油水微观分布的影响 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 水 水 油砂 粒水 水 图833亲水岩石水驱油是吸吮过程1、润湿性对油水微观分布的影响 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 P

42、etro-Physics中国石油大学(北京） 驱替初期驱替中期驱替结束后水砂粒油图834亲油岩石注水过程中的油水分布 水 油水 油水 油水 油砂 粒图835亲油岩石水驱油是驱替过程1、润湿性对油水微观分布的影响 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 1、润湿性对油水微观分布的影响 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 1、润湿性对油水微观分布的影响 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 2、润湿性决定着孔道中毛管压力

43、的大小和方向 上述油水分布和流动规律，一方面取决于岩石表面润湿性，另一方面也取决于岩石孔道中的毛管压力。而毛管压力的大小和方向又取决于毛细管孔隙是亲水毛管还是亲油毛管。亲水毛管的毛管压力的方向与注水的驱动压差方向一致，此时毛管压力为驱油的动力；相反，亲油毛管的毛管压力与注水驱油方向相反，毛管压力为阻力。因此毛管压力的大小和方向，直接影响着流体在岩石中的流动，对于驱油有着重要的作用，为此将在下一章专门研究毛管压力。 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 3、润湿性对采收率的影响 对一般均质润湿系统，水湿储层的采收率要比油湿储层高。这是因

44、为，在水驱油过程中，亲水岩石由于注入水的自动吸入，可以减少粘滞引起的不同孔隙中液体流动速度的差异，克服粘性指进，使油水分布有利于水驱油，水所波及范围较大，水的润湿作用能充分发挥，因此采收率要高。 从图836可以看出，油藏岩石润湿性不同，注入同样体积水时，原油的采收率不同。例如，当注入水体积是孔隙体积0.7倍时，强亲油岩石油藏采收率为37，而对于强亲水岩石，其采收率为57。 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 3、润湿性对采收率的影响 第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） 长期注水会导致岩石润湿性发生变化，例如大庆油田通过水淹区密闭取心发现，当油层含水饱和度超过40时，大部分岩石表面性质由原来的弱亲油转变为弱亲水；当含水饱和度超过60时，则全部转变为亲水性。这是由于注入水冲洗岩石表面，使表面油膜脱落，长石、石英表面呈现出本来的亲水性。这种润湿性转变的现象有利于提高水驱油效率、以及改善三次采油效果。 4、注水对岩石润湿性的影响第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 油层物理学 Petro-Physics中国石油大学(北京） hD岩片