本發明涉及的是油氣資源勘探開發工程中對儲層巖石潤濕性測量方法，屬于力學領域，特別是一種快速測量巖石潤濕性的方法。

本發明方案涉及的測定用水均為標準狀況下的純凈水。

背景技術：

在油氣行業中，取得對含油氣(hydrocarbon-bearing)地下地層(subsurface formation)(“儲集層(reservoir)”)的潤濕性特性或者潤濕條件有利于采油工作的開展。例如潤濕性可能對儲量(reserve)計算和/或儲集層的動態行為具有影響。

潤濕性可以定義為一種流體在存在其他不混溶流體(immiscible fluid)時在固體表面上展開或者粘附于固體表面的傾向。

因此例如潤濕性可以描述巖石被某個相(例如水或者油)覆蓋的相對偏好。例如，如果巖石對于水比對于油而言具有大得多的親合性，則巖石可以稱為親水的(water-wet)。因此，在親水的多孔巖石在它的孔內包含水和油相的情況下，孔的基本上所有內表面將由水層覆蓋。在這一情況下，水可以稱為“潤濕相”。反言之，在油潤濕多孔巖石的情況下，孔的基本上所有內表面將由油層覆蓋。在這一情況下，油可以稱為“潤濕相”。在實踐中，單一潤濕性的極端親水的或者親油的情形在含油儲集層中罕見。

多孔巖石的潤濕性將依賴于巖石類型并且也將受存在于孔內的礦物影響。例如干凈沙巖或者石英可以是極端親水的，而含油儲集層的多數巖石地層通?？梢杂谢旌蠞櫇裥浴τ趦瘜樱瑥脑加H水的狀態向混合潤濕狀態的潤濕性變更可能在原油向儲集層圈閉(trap)中遷移并且隨著儲集層的水飽和度減少降至原生水飽和度之后出現。儲集層潤濕性依賴于原油組成、原生水化學性和巖石表面的礦物學以及溫度和儲集層的壓力和飽和度等。含油地層中的初始流體飽和度分布依賴于儲集層級和孔級處的毛細管力與重力之間的均衡。潤濕狀態可以隨著孔和孔喉幾何形狀變化。在石油遷移過程期間，重力不足以克服微孔內的大毛細管壓力，并且因此微孔通常保持完全原生水飽和，因此保留它們的原始親水狀態。盡管大孔經常被油侵入，但是大孔的巖石表面上的原生水膜通常得以保持。大孔內的潤濕性變更依賴于這一水膜的穩定性。在極端條件下，水膜可以穩定并且完全涂覆大孔的表面區域，由此阻止油相具有與孔表面的直接接觸。而隨著地質時間，大孔的整個表面可能已經變得被油相涂覆，使得大孔呈現油潤濕的。此時大孔表面部分地與水相和油相二者接觸，并且因此具有混合潤濕特性。

我國擁有豐富的油氣資源，可采儲量豐富，但由于我國地質環境復雜，對儲層巖石的物理性質研究成為目前的主要任務。大部分油氣藏屬于低滲儲層，其孔隙度在微米到納米之間，油氣資源的流動主要受到毛細管力的作用，毛管力的大小與巖石的潤濕性有關。由于巖石中含有大量孔隙，潤濕角測量儀測量時會有一部分液體滲入巖石孔隙中，導致測量結果不準確?，F在市場上的潤濕角測量儀，不僅設備成本高，不便于攜帶，而且操作復雜，要求實驗人員具有較高專業技能和較強的專業知識，難以滿足現場快捷、直觀、準確地評價儲層巖石潤濕性的實際需要。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明公開了一種快速測量巖石潤濕性的方法，利用巖石浸沒在水中在氣-液-固三相交接面處快速形成水環的質量，輔助評價儲層巖石的潤濕性，具有簡單、快捷等特點，不需要特殊實驗器材，實驗操作簡單，周期短，不受環境限制。

本發明方案中巖石樣品以及標準件可以包括而不限于如下情形：花崗巖、大理石、玄武巖(非多孔型)、石英巖等，特別是標準件還可以包括而不限于如下情形：玻璃、金屬等。

本發明公開的快速測量巖石潤濕性的方法，包括如下步驟：

1)、建立單位長度水環質量-接觸角標準曲線；

2)、測定待測量巖石樣品的水環質量，計算其單位長度水環質量，依據單位長度水環質量-接觸角標準曲線獲得該樣品的接觸角；

其中單位長度水環質量指水環質量與三相界面上水環周長的比值；

水環質量指巖石樣品依據其體積計算的理論排水質量與該樣品浸沒時的實測排水質量之差的絕對值；

三相界面上水環周長指巖石樣品浸沒于水中時，水-空氣-巖石三相界面上形成水環的總長度，即巖樣橫截面的周長。經過考證研究，物體上形成的水環質量與表面浸潤性直接相關，而經過轉換單位長度水環質量-接觸角具有良好的擬合特性，由此通過單位長度水環質量-接觸角標準曲線可以直接高效地反應浸潤特征。

本發明方案根據油田巖層的油-水浸潤特性，采用標準樣品建立特定的單位長度水環質量-接觸角標準曲線，從而在巖層浸潤性判斷中，直接依據測量的單位長度水環質量判斷出其浸潤特征，由此降低了巖層浸潤性判定難度，而直觀高效準確地對巖層浸潤性進行判斷，而無需進行復雜計算和降低對工具依賴性。

本發明公開的快速測量巖石潤濕性的方法的一種改進，步驟1)單位長度水環質量-接觸角標準曲線的建立包括如下步驟：

a、選取具有不同潤濕性材料的多種標準件，清洗干燥，并分別對其尺寸進行測量；

b、根據步驟a測量尺寸分別計算各標準件的理論排水質量；

c、將步驟a處理后的多種標準件浸沒到水中，測定其實測排水質量；

d、以步驟b和步驟c獲得的理論排水質量與實測排水質量之差的絕對值為水環質量，并計算相應樣品的單位長度水環質量；

e、以多個標準件的對應的單位長度水環質量以及接觸角，在單位長度水環質量-接觸角坐標系內擬合曲線，建立單位長度水環質量-接觸角標準曲線。

本發明公開的快速測量巖石潤濕性的方法的一種改進，步驟c中實測排水質量的測定為將處理后的標準件懸掛到懸掛式天平上，平衡后天平清零，再將標準件浸沒到水中，穩定后的天平的顯示值的絕對值即為其實測排水質量。本方案通過在測試過程中，利用樣品浸潤水環的形成特性(其在浸沒時即可在表面形成)，在標準件浸沒穩定后的顯示值即為該標準件的水環質量，此時控制測定顯示的時間可以避免因浸沒時間延長樣品吸水而產生的誤差，從而提升標準曲線的建立精度。

本發明公開的快速測量巖石潤濕性的方法的一種改進，標準件的干燥為自然狀態下的一般干燥。本方案對標準件采用一般干燥的方式，可以避免因過度干燥而導致清零時重量偏低，而在浸沒時標準件過度吸水而增重，同時會破壞三相界面的形態而破壞水環的形成的危害情形，由此保證測試精度，并且降低操作復雜性和操作難度，提高操作效率。

本發明公開的快速測量巖石潤濕性的方法的一種改進，標準件的表面沒有孔隙(本方案孔隙指對測試液體可以形成孔內吸附、流動情形的較大的孔，而非能夠鎖住液體的微孔)。本發明方案針對具有特定孔特性的巖層種類設定相應的標準件，從而充分利用水環的特性，而提高標準曲線與實際應用情況的吻合度，從而降低本方案在巖石潤濕性判定中的誤差，并且提高判定精度。

本發明公開的快速測量巖石潤濕性的方法的一種改進，步驟2)測定待測量巖石樣品的水環質量包括如下步驟：

a、準備巖石樣品，清洗干燥，并分別對其尺寸進行測量；

b、根據步驟a測量尺寸分別計算各標準件的理論排水質量；

c、將步驟a處理后的巖石樣品浸沒到水中，測定其實測排水質量；

d、以步驟b和步驟c獲得的理論排水質量與實測排水質量之差的絕對值為水環質量，并計算相應樣品的單位長度水環質量。

本發明公開的快速測量巖石潤濕性的方法的一種改進，測定待測量巖石樣品的水環質量時，步驟c中實測排水質量的測定為將處理后的巖石樣品懸掛到懸掛式天平上，平衡后天平清零，再將巖石樣品浸沒到水中，穩定后的天平的顯示值的絕對值即為其實測排水質量。本方案通過在測試過程中，利用巖石樣品浸潤水環的形成特性(其在浸沒時即可在表面形成)，在巖石樣品浸沒穩定后的顯示值即為該標準件的水環質量，此時控制測定顯示的時間可以避免因浸沒時間延長巖石樣品吸水而產生的誤差，從而提升利用標準曲線的判定精度。

本發明公開的快速測量巖石潤濕性的方法的一種改進，巖石樣品的干燥為自然狀態下的一般干燥。本方案對巖石樣品采用一般干燥的方式，可以避免因過度干燥而導致清零時重量偏低，而在浸沒時巖石樣品過度吸水而增重，同時會破壞三相界面的形態而破壞水環的形成的危害情形，由此保證測試精度，并且降低操作復雜性和操作難度，提高巖石樣品浸潤性評估效率。

本發明公開的快速測量巖石潤濕性的方法的一種改進，巖石樣品的表面沒有孔隙(本方案孔隙指對測試液體可以形成孔內吸附、流動情形的較大的孔，而非能夠鎖住液體的微孔)。本發明方案針對與標準曲線相適應的具有特定孔特性的巖層種類，從而充分利用水環的特性，而提高實際應用情況樣品浸潤特性與標準曲線的吻合度，從而提高本方案在巖石潤濕性判定中的精度，并具有較高的判定效率。

本發明的技術方案如下：

此種巖石潤濕性評價方法是利用巖石浸沒在水中在氣-液-固三相交接面處快速形成水環的質量，通過水環質量和潤濕角之間的關系曲線對比，評價儲層巖石的潤濕性。該方法基于以下機理：

巖石的潤濕性是指液體在巖石表面自動流散的特性，即孔隙中的流體在分子間作用力的作用下在巖石顆粒表面鋪展的能力。巖石的潤濕性不同，巖石表面的分子力不同，導致流體與顆粒之間及流體與流體之間的界面物理化學性質有所不同。如果將巖石浸沒在水中，在水-空氣-巖石三相界面上快速形成水環，水環長度為三相界面上形成水環的總長度，即巖樣橫截面的周長。將巖石浸沒在水中的瞬間，天平的質量會發生迅速的變化，由于浮力的作用，會使天平顯示的巖石質量減小，又因為有水環質量的影響，天平顯示的巖石質量的減小值不完全是由浮力引起，那么用浮力引起的質量變化減去天平顯示的質量就是水環的質量。當巖石的親水性越好時，浸沒在水中的巖石形成水環的質量越大，當巖石疏水時，在巖石表面基本不會形成水環。由此可見，巖石的浸沒在水中形成水環的質量與巖石的潤濕性有著密切的關系，因此可以通過巖石浸沒水中形成水環質量的大小來對儲層巖石的潤濕性進行評價。

該方法的實施步驟和技術要點如下：

(1)選取沒有孔隙的不同潤濕性材料的標準件，比如：玻璃、銅、鐵等，對其尺寸進行測量，清洗烘干；

(2)將2根細繩的一段綁在天平底部的掛鉤上，另一端綁在鐵絲上，保持鐵絲水平；

(3)將夾有標準件的夾子懸掛在鐵絲上，待標準件停止晃動后，對天平進行清零；

(4)將標準件浸沒水中，測量其浸沒深度，待天平數據穩定后，記錄天平顯示質量；

(5)計算標準件浸沒水中的體積，推算出浮力對天平顯示質量的影響；

(6)計算浮力引起的質量變化與天平顯示質量的差值，即為形成水環的質量；

(7)計算單位長度水環的質量，建立不同潤濕性和單位長度水環質量之間的關系曲線；

(8)測量巖石的潤濕性時，將巖石浸沒水中，計算形成單位長度水環的質量，通過在標準圖版中的對比即可得到巖石的潤濕性。

本發明提供測量巖石潤濕性的方法利用巖石浸沒在水中形成氣-液-固三相界面上快速形成的水環質量，通過接觸角與單位長度水環質量的標準圖版的對比，評價巖石的潤濕性。該方法具有簡單、快捷等特點，不需要特殊實驗器材，實驗操作簡單，周期短，不受環境限制。

附圖說明

圖1、本發明方案利用標準件測量其浸沒在水中形成的單位長度水環質量與接觸角的標準曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發明，應理解下述具體實施方式僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。

實施例1

本實施例中快速測量巖石潤濕性的方法，包括如下步驟：

1)、建立單位長度水環質量-接觸角標準曲線；

2)、測定待測量巖石樣品的水環質量，計算其單位長度水環質量，依據單位長度水環質量-接觸角標準曲線獲得該樣品的接觸角；

其中單位長度水環質量指水環質量與三相界面上水線周長的比值；

水環質量指巖石樣品依據其體積計算的理論排水質量與該樣品浸沒時的實測排水質量之差的絕對值；

三相界面上水環周長指巖石樣品浸沒于水中時，水-空氣-巖石三相界面上形成水環的總長度，即巖樣橫截面的周長。

與上述實施例相區別的，步驟1)單位長度水環質量-接觸角標準曲線的建立包括如下步驟：

a、選取具有不同潤濕性材料的多種標準件，清洗干燥，并分別對其尺寸進行測量；

b、根據步驟a測量尺寸分別計算各標準件的理論排水質量；

c、將步驟a處理后的多種標準件浸沒到水中，測定其實測排水質量；

d、以步驟b和步驟c獲得的理論排水質量與實測排水質量之差的絕對值為水環質量，并計算相應樣品的單位長度水環質量；

e、以多個標準件的對應的單位長度水環質量以及接觸角，在單位長度水環質量-接觸角坐標系內擬合曲線，建立單位長度水環質量-接觸角標準曲線。

與上述實施例相區別的，步驟c中實測排水質量的測定為將處理后的標準件懸掛到懸掛式天平上，平衡后天平清零，再將標準件浸沒到水中，穩定后的天平的顯示值的絕對值即為其實測排水質量。

與上述實施例相區別的，標準件的干燥為自然狀態下的一般干燥。

與上述實施例相區別的，標準件的表面沒有孔隙(本方案孔隙指對測試液體可以形成孔內吸附、流動情形的較大的孔，而非能夠鎖住液體的微孔)。

與上述實施例相區別的，步驟2)測定待測量巖石樣品的水環質量包括如下步驟：

a、準備巖石樣品，清洗干燥，并分別對其尺寸進行測量；

b、根據步驟a測量尺寸分別計算各標準件的理論排水質量；

c、將步驟a處理后的巖石樣品浸沒到水中，測定其實測排水質量；

d、以步驟b和步驟c獲得的理論排水質量與實測排水質量之差的絕對值為水環質量，并計算相應樣品的單位長度水環質量。

與上述實施例相區別的，測定待測量巖石樣品的水環質量時，步驟c中實測排水質量的測定為將處理后的巖石樣品懸掛到懸掛式天平上，平衡后天平清零，再將巖石樣品浸沒到水中，穩定后的天平的顯示值的絕對值即為其實測排水質量。

與上述實施例相區別的，巖石樣品的干燥為自然狀態下的一般干燥。

與上述實施例相區別的，巖石樣品的表面沒有孔隙(本方案孔隙指對測試液體可以形成孔內吸附、流動情形的較大的孔，而非能夠鎖住液體的微孔)。

以下為本發明方案標準曲線的建立：

本發明利用該方法得到不同潤濕性標準件浸沒水中的單位長度水環質量與接觸角之間的關系曲線。以下選取的標準件分別為石英玻璃載玻片(載玻片1)、浮法玻璃載玻片(載玻片2)、銅片、鐵片，接觸角(即浸潤角)的范圍在20°—100°。得到如表1所示的數據：

表1

從表中可以看出，浮法玻璃的接觸角最小，親水性最好，形成單位長度水環的質量最大；銅片的接觸角超過90°，表現為親油性，形成單位長度水環的質量幾乎為零。以此為基準獲得單位長度水環質量與接觸角標準曲線。

以長寧-威遠頁巖油藏為例，其屬于頁巖儲層，獲取得到部分巖石樣品，其單位長度水環質量為0.0246g，在標準曲線上獲得對應接觸角為36°，與接觸角實測值相比較誤差小±2％。

以大港油田油藏為例，其屬于碳酸鹽巖儲層，獲取得到巖石樣品，其單位長度水環質量為0.0179g，在標準曲線上獲得對應接觸角為54°，與接觸角實測值相比較誤差小±2％。

以大慶油田油藏為例，其屬于砂巖儲層，獲取得到部分巖石樣品，其單位長度水環質量為0.0182g，在標準曲線上獲得對應接觸角為65°，與接觸角實測值相比較誤差小±2％。

以塔里木油田油藏為例，其屬于白云巖儲層，獲取得到部分巖石樣品，其單位長度水環質量為0.0226g，在標準曲線上獲得對應接觸角為46°，與接觸角實測值相比較誤差小±2％。

以沙特某個油田油藏為例，其屬于碳酸鹽巖儲層，獲取得到部分巖石樣品，其單位長度水環質量為0.0283g，在標準曲線上獲得對應接觸角為27°，與接觸角實測值相比較誤差小±2％。

本處實施例對本發明要求保護的技術范圍中點值未窮盡之處以及在實施例技術方案中對單個或者多個技術特征的同等替換所形成的新的技術方案，同樣都在本發明要求保護的范圍內；同時本發明方案所有列舉或者未列舉的實施例中，在同一實施例中的各個參數僅僅表示其技術方案的一個實例(即一種可行性方案)，而各個參數之間并不存在嚴格的配合與限定關系，其中各參數在不違背公理以及本發明述求時可以相互替換，特別聲明的除外。

本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。以上所述是本發明的具體實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。