用亚甲基蓝吸附法测量油层岩石的润湿性

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摘 要：储层岩石润湿性影响油、水在储层中的分布，对原油开采过程均具有至关重要的作用。测量储层岩石润湿性的标准方法（Amott and USBM法）属于经验方法，包括在润湿相和非润湿相共存时让油、水两相相互驱替。测量结果可能与流体的饱和度和实验过程有关，而产生某些不确定性。本文提出根据亚甲基蓝在储层岩石表面的吸附面积分数，测量固体表面的润湿性。该法具有一定的理依据，测量结果不受流体的饱和度和实验过程的影响。

关键词：储层岩石 润湿性 亚甲基蓝吸附

一、前言

储层润湿性表示油、水两相流体对固体表面粘附或铺展趋势的相对大小，如果油在储层岩石表面粘附或铺展趋势比水大，则为亲油；反之则为亲水。储层润湿性决定了油、水在储层中的分布，对毛管压力和油、水的相渗透率具有重要影响，在储层评价、动态分析和制定开发方案中是一重要的物性参数[1，2]。研究储层润湿性主要有接触角法 [3]、润湿指数法[1]和油滴粘附法[4]。还有选择性吸附等方法[5-74] ，似未引起研究者足够的重视。接触角法适合于平滑的单晶的矿物表面，有可靠的热力学依据，但不确定性因素太多，受润湿滞后等因素的影响。润湿指数法根据油、水在储层岩石中相互驱替能力的差异，归纳出的各种润湿性指数来量度储层的润湿性，具有较好的重现性和对比性而广为应用，但属于经验方法，难以在理论上加以发展。油滴粘附法和接触角法类似，仅适合于平滑的矿物表面和有一定的理论依据，不受润湿滞后等因素的影响，比接触角法简便易行，可用著名的DLVO理论加以说明[8，9]。

在选择性吸附法方面，Torske Lisa和 Skauge Arne[5]基于正庚醇仅吸附于亲油性固体粉末表面，亚甲基蓝仅吸附于亲水性固体粉末表面，而且均服从Langmuir单分子吸附规律，提出根据它们各自在固体表面的吸附面积测量固体表面的润湿性。Trbelsi [6]将其简化为测量固体表面与原油接触后正庚醇吸附面积的变化，测量固体表面的润湿性。段秋者等[7]作过进一步研究。本文提出根据固体表面与原油接触后亚甲基蓝吸附面积的变化，测量固体表面的润湿性。

二、实验部分

1.实验方法

1.1建立标准工作曲线

准确称取0.1-0.13 g亚甲基蓝，用水溶解后，在1000mL容量瓶中用水稀释至刻度，得原始浓溶液。在12个50mL容量瓶中，分别用移液管加0.5， 1.0， 1.5， 2.0， 3.0， 5.0， 7.0， 10.0， 15.0， 20.0， 30.0和40.0mL浓溶液，用水稀释至刻度。

用72型分光光度计测定配制的七个不同亚甲基蓝浓度溶液的光密度值，选用波长为665nm，以蒸馏水为参比液。光密度对溶液浓度作图，得到一条过原点的直线，即标准工作曲线。

1.2 测量亚甲基蓝在粉末表面的吸附等温线

在12个干燥的100mL磨口锥形瓶中准确称入约1g矿物（石英或岩石）粉末，各加入25mL步骤1配制的不同浓度的亚甲基蓝水溶液，在恒温振荡器上震荡约4小时可达到吸附平衡，静置后用滴管取清液，由稀至浓依次测定其光密度。用分光光度计时光密度在0.05～0.6间误差最小，故溶液光密度大于0.6时需稀释后测定。

从标准工作曲线上查出吸附平衡后各溶液的亚甲基蓝溶液的浓度，代入下式计算吸附量（mg/g），即吸附等温线

（1）

式中V为溶液的体积（mL），C0和C分别为吸附前和吸附达到平衡时亚甲基蓝溶液的浓度（mg/mL），m为矿物粉末的重量（g）。

1.3测量吸附油后粉末表面染料吸附量

在100mL磨口锥形瓶中准确称入约1g矿物粉末，加25mL水， 80℃时浸泡24小时以上，倾去大部分游离水（约剩下5mL水），再加入25mL原油， 80℃时振荡器中放置两天，每天振荡2～4小时，使原油粘附达到平衡；然后加入25mL一定浓度的亚甲基蓝水溶液，在恒温振荡器上震荡约4小时可达到吸附平衡，静置后用滴管取清液，测定光密度，在标准工作曲线上查出吸附达到平衡时亚甲基蓝溶液的浓度 。吸附前亚甲基蓝溶液的浓度需按公式 校正，式中 为加入的亚甲基蓝溶液的浓度，Vs为残余水的体积。代入（1）式计算油吸附后亚甲基蓝的吸附量 。

1.4计算吸附润湿指数

从吸附等温线上查出无油存在时，平衡浓度 时亚甲基蓝的吸附量g。g与g'的比值可视为粉末表面水湿部分所占分数，作为吸附润湿指数 ，其值在0～1间变动，完全水湿时为1，完全油湿时为0。

三、实验结果

1.亚甲基蓝溶液标准工作曲线

亚甲基蓝溶液标准工作曲线为 ，回归系数R2为0.9967，x为亚甲基蓝浓度，y=0.3999X为吸光度。

2.石英砂粉末吸附法测量吸附油后石英砂粉末润湿性

采用浓度为0.83mg/L和0.98mg/L的亚甲基蓝溶液进行石英砂粉末润湿性测定。测得接触原油后的石英砂对亚甲基蓝吸附量分别为21.29 ×10-3mg/g和21.59× 10-3mg/g，亚甲基蓝溶液浓度分别为0.12mg/L和0.15mg/L，总吸附量为22.35×10-3mg/g和23.32×10-3mg/g，吸附润湿指数为0.95和0.93，表现为强水润湿性。

3.岩石粉末吸附法测量吸附油后岩石粉末润湿性

采用浓度为1.94mg/L的亚甲基蓝溶液进行了两组岩石粉末润湿性测定。测得接触原油后的岩石粉末对亚甲基蓝吸附量为39.18 ×10-3mg/g和41.86× 10-3mg/g，亚甲基蓝溶液浓度分别为0.38mg/L和0.27mg/L，总吸附量为51.99×10-3mg/g和42.83×10-3mg/g，吸附润湿指数为0.75和0.98。

由于矿物质粉末表面存在差异，造成实验过程中不同样总表面积之间存在差异，以及比色皿比色过程中的吸附所引起的误差，致使测量的吸附量存在一定的差别。测 的平均值为0.86.说明实验采用的岩心为强亲水。

四、结语

本实验旨在定量的研究原油润湿矿物质粉末的程度，建立判断研究润湿性的方法。从实验过程中直观的观测和试验测得数据上，可以说明：经过模拟地层水驱油后矿物质粉末几乎不被原油润湿，实验岩心为强亲水性。

参考文献

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[2] 贺承祖， 华明琪. 油气藏物理化学[M]. 成都：电子科大出版社. 1995

[3] Yang.S-Y.Hirasaki.G J.Basu S.Vaidya R.Mechanisms for contact angle hesteresis and advancing contact[Z].JSPE，24：63-73

[4] Buckley J S. Effect wettability of mineral exposed to crude oil[Z] .Corrent optinion in colloid and interface science 2001 6：191-196

[5] Lisa-Torske Arne-Skauge.Core wettability measurement by dynamic adsorption[Z]. SPE/DOE24167.1992

[6] Trbelsi. 岩心分析译文集[M] Mattax C C ，Mckinley R M. . 杨普华，等译. 北京：石油工业出版社，1998 ：142O153

[7] 段秋者 罗平亚 叶仲斌 孙良田 梁保升. 一种测定岩石亲油百分数来表征润湿性的新方法. 石油学报.2003，24 （1）；82-84

[8] Buckley J S. Takmar K. Marron N R. Influence of electrical surface charges on the wetting properties of crade oil. SPERE 1989. 4（3）： 332-338

[9] Ludmila Boinovich. Alexandre Emelyanenko. Wetting and surface forces. Advances in Colloid and Interface Science 165 （2011） 60╞69

作者简介：魏静，女，2006.6山东科技大学环境工程学士毕业，目前在新疆科力新技术发展有限公司从事三次采油研究工作。