《高等石油地质学》文献综述报告
“岩石润湿性实验研究”文献综述与实施技术思路和方法
1.岩石润湿性产生原因[1] [2]
润湿现象是当不相混的两相流体（如油、水）与岩石接触时，其中一相流体沿岩石表面铺展开，并使油、水和岩石界面体系的表面自由能降低的现象。沿岩石表面铺展的流体相称为润湿相。储层岩石润湿性是储层岩石与储层流体相互作用的结果，是一种综合特性，是储层基本特征参数之一。岩石表面与水相接触时，它们的界面张力为?ws，而岩石与气相接触时的表面张力设为?gs。当岩石由与气相接触变为与水相接触时，其表面能发生改变，水相沿岩石表面铺展开，同时表面能的改变量?U为：
?U??wsA??gsA???ws??gs?A （1—1）
其中：A为界面面积。一般情况下?gs??ws，表面能的改变量?U为负值，说明岩石由与气相接触变为与水相接触时其表面能降低。而表面能降低是润湿现象产生的根本原因。因此，在物理化学中常将润湿定义为固体与液体接触时引起表面能下降的过程。
2.岩石润湿性及其影响因素[3]
随着储层岩石润湿性研究的深入，人们逐渐认识到：实际油藏形成和沉积条件不同，岩石和原油物性差异较大，使得储层岩石既有亲水的又有亲油的，同时很多储层岩石具有非均质润湿性。非均质润湿性分为斑状润湿和混合润湿两种情况。斑状润湿（又称部分润湿）是指油湿或水湿表面无特定位置；就单在个孔隙而言，一部分表面为强水湿，其余部分则可能为强水湿，且油水表面也并不一定连续。混合润湿是指不同大小的孔道其润湿性不同，小孔隙保持水湿不含油，而大孔隙的砂粒表面由于与原油接触变为油湿，此时油可连续形成渠道流动。储层岩石有的表现为水湿，有的表现为油湿，有的甚至表现为斑状润湿或混合润湿，究其原因是由于影响岩石润湿性的各种因素造成的。
一般认为影响岩石润湿性的因素有：岩石的矿物组成、储层流体组成的影响、表面活性物质的影响、矿物表面粗糙度的影响。储层岩石润湿性是岩石骨架本身矿物与储层中流体相互作用的结果。储层岩石润湿性既不是岩石骨架的性质，也不是储层流体的性质，而是岩石—流体体系的综合特性。
3.实验测定储层岩石润湿性的方法和技术[4]、[5]
因储层岩石的润湿性比较复杂，针对不同情况，目前测定方法大体上可分为两类：一类是直接测量法，有接触角法等；另一类是直接测量法，有Amott法（自吸驱替法）、USBM法（离心法/毛管压力比面积法）、相对渗透率曲线法及核磁共振法等。其中Amott法和USBM法是最常用的实验室测定储层岩石润湿性的
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技术，这两种方法可考察的润湿性范围大，且可定量或半定量的评价岩心的润湿性；接触角法只能定性的评价油层的润湿性；以上三者的实验操作过程已经发展出一套行业标准，而相对渗透率曲线法在实际应用中有用到，但其应用没有统一的规范标准。相对渗透率曲线法则可在没有岩心润湿性参数的情况下作为参考；核磁共振法在实验室评价储层岩石润湿性方面的应用发展的比较成熟。
3.1 接触角法
接触角大小与固体的润湿性有关，因此测量油—水—岩石系统的接触角可了解储层岩石的润湿性。接触角法是一种直接测量方法，在实验中选用典型的矿物模拟储层岩石，油样和水样尽量选用直接取自油层的新鲜样品，若无新鲜样品也可用模拟油和模拟地层水作为油样和水样。接触角法测定储层岩石润湿性的原理是：将欲测岩石样品（矿物）加工成平板，表面经过磨光处理，浸入流体（油或水）中，在平板光面上滴一滴直径为1~2mm的流体（水或油）；通过光学系统或显微镜将液滴放大并拍照，便可直接在照片上测出接触角。
在实验开始前应先测定中性油、硬脂酸、异喹啉标准液的标准角以确定仪器操作的定性精度。同时接触角系统对污染非常灵敏，因此应防止氧化及金属离子对接触角系统的影响。最后还应注意的是整个测量体系必须处于平衡状态，即温度恒定且所测量的接触角在平衡过程中严防任何微小的振动。
接触角法确定储层润湿性的优点在于原理简单，结果直观。但此方法还存在很大的缺点：（1）测量是条件要求太过严格，否则所测接触角会不准确。（2）操作时间过长，平衡时间不足会导致测量结果有较大的误差。（3）此方法用单一矿物来代表储层岩石进行测量，不是直接测量储层岩石的润湿接触角，所测的接触角与储层岩石的接触角会有一定的出入。
3.2 Amott法（自吸驱替法）[6]
在毛管压力作用下，润湿流体能自发地吸入岩石孔隙中并排替出其中的非润湿流体。此方法通过测量油和水在毛管压力作用下自发吸入量及水和油被驱替出来的量，得到总的可动流体的量，再按一定比值判断储层岩石的润湿性。
Amott法测定储层岩石润湿性的具体方法如下：（1）实验中所用岩心须为不受钻井液污染的新鲜岩心，若无新鲜岩心，则岩心需经老化恢复到原始润湿性后再进行测量。实验用油为中性煤油或原油与中性煤油配制的模拟油，实验用水为地层水、模拟地层水或标准盐水。（2）先进行吸油实验，将饱和水的岩心放入吸油仪中吸油排水，记录岩心的自吸水排油量Vo1；吸油排水完成后将岩心从吸油仪中取放入吸水仪中吸水排油，记录岩心的自吸油排水量Vw1；吸水排油完成后将岩心从吸水仪中取出移入岩心夹持器内，用实验用油驱替岩心至束缚水状态，记录岩心的油驱排水量Vw2。（3）计算润湿指数并根据润湿指数判断储层岩石的润湿性。润湿指数计算公式如下：出移入岩心夹持器内，用实验用水驱替岩心至
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残余油状态，记录岩心的水驱排油量Vo2；再进行吸水实验，将饱和油（只含束缚水）的岩心
Ww?Wo?Vo1 （3—1）
Vo1?Vo2Vw1 （3—2）
Vw1?Vw2I?Ww?Wo （3—3）
其中I为相对润湿指数。当水湿指数Ww为1.0、油湿指数Wo为0时表明岩心为强水
湿，而当水湿指数Ww为0、油湿指数Wo为1.0时候表明岩心为强油湿）。
3.3 USBM法（离心法/毛管压力比面积法）
[6]、[7]
当储层岩石内部的润湿相和非润湿相在离心力作用下发生驱替置换时，润湿相驱替置换非润湿相所作的功要比非润湿相驱替置换润湿相所作的功小。驱替所作的功是相应过程离心毛管压力曲线同饱和度坐标轴所围的面积。USBM法是通过比较同一块岩心油驱水和水驱油两个过程所得到的离心毛管压力曲线所围面积的大小判断该储层岩石的润湿性，即用油驱水和水驱油的离心毛管压力曲线所围面积之比的对数来表示储层岩石的润湿性。
USBM方法测定储层岩石润湿性的具体方法如下：制备实验所需的岩心、油样和水样；将岩心饱和水样，并确定岩心的饱和水样体积Vwi；将饱和水样的岩心放入装满实验油样的岩心盒内，进行油驱水，记录一组离心转速及在该转速下岩心累积排出水的体积数据；将完成油驱水的岩心浸入装满水样的岩心盒内，进行水驱油，记录一组离心转速及在该转速下岩心累积排出水的体积数据；最后将完成水驱油的岩心浸入装满油样的岩心盒内，进行二次油驱水，记录一组离心转 速及在该转速下岩心累积排出水的体积数据；不同转速下两相流体的离心压力差就等于毛管压力。
此实验中应注意的事项有：在离心机开机后要注意观察岩心盒内的油水有无外溢；要用称重法对计量管进行一次标定，即标出读数刻度屏上单位刻度所代表的实际流体体积，算出岩心盒系数；控制离心机转速，使离心机转速尽可能的接近于排驱压力转速，但应避开离心机转速共振区；在装样和称重时应用湿滤纸除去岩心表面的浮水或浮油，且速度要快，避免岩心长时间的暴露于空气中；离心机实验温度的变化应控制在?2?C。
3.4 相对渗透率曲线法[8]、[9]
储层岩石的润湿性影响着油水在岩石孔隙空间中的微观分布，是油水相对渗透率的主要影响因素。同一含水饱和度下，水湿岩石的水相相对渗透率比油湿岩石的水相相对渗透率低；随着油湿性的增加，水相相对渗透率Krw增加，而油相相对渗透率Kro则下降。润湿性不同的岩石的相对渗透率曲线有其特有的形态和
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特征值。因此，可利用储层岩石的相对渗透率曲线判断储层岩石的润湿性。 相对渗透率曲线法利用非稳态恒压油水相对渗透率测定法测定的相对渗透率，通过实验数据、实验曲线判断储层岩石的润湿性。根据相对渗透率曲线获得储层岩石的束缚水饱和度Swi、两相相对渗透率交点处的含水饱和度Sw?Krw?Kro?和残余油饱和度下水相相对渗透率与束缚水饱和度下油相相对渗透率的比值
Krw?Sor?Kro?Swc?，并用这些参数判断储层岩石的润湿性。
3.5核磁共振法
利用核磁共振技术评价储层岩石润湿性从1956年[10] 发展至今，已经发展的 比较成熟，但还未出现统一的行业标准。在此项技术的发展过程中，开始都是通过测定岩心不同润湿性和饱和度下纵向弛豫时间T1的分布来研究储层岩石的润湿性，并得到了以下结论：（1）孔隙中地层水中氢核的纵向弛豫时间T1比纯水中氢核的T1要小；（2）水湿岩心中的纵向弛豫时间T1比油湿岩心中的T1小，且1/ T1随着油湿比例的增加而线性减小；（3）束缚水和残余油状态下岩心的纵向弛豫时间T1比饱和水时岩心的T1大；（4）水湿岩心中氢核和重核的纵向弛豫时间T1比油湿岩心中质子和重核的T1要小；（5）氢核的纵向弛豫时间T1在分辨岩心的水湿表面和油湿表面时是很敏感；（6）当岩心润湿性一定且Sw>Swi时岩心的纵向弛豫时间T1随Sw的增大而减小。
2001年H.Guan、D.Brougham等人[11]通过实验发现岩心在不同饱和度状态下的纵向弛豫时间T1分布和横向弛豫时间T2分布可以用来确定岩心的润湿性及润湿表面的分布。在束缚水状态下孔隙流体主要是原油时，测量的岩心弛豫时间对孔隙中的油湿表面很敏感，此时随岩心水湿性增强弛豫时间会变长；而在残余油状态下孔隙流体主要是地层水时，测量的岩心弛豫时间对孔隙中的水湿表面很敏感，此时随岩心水湿性增强弛豫时间会变短。此实验不同与以前的研究，除了测量岩石的纵向弛豫时间T1，也测量了岩石的横向弛豫时间T2并证实T2分布也与岩石的润湿性有关，可以用T2分布确定岩石的润湿性这使利用核磁共振测井评价储层润湿性具有了可行性。
在2006年[12]、[13]，又发展了单独利用核磁共振T2分布确定岩石润湿性的方法。该方法是基于与岩石表面直接接触的实验流体存在额外的核衰减。假定外部因素忽略不计或实验过程中无变化，原油衰减时间的减少一般称为定量润湿性指示。通过核磁共振响应的精细模拟这一概念可发展成为定量润湿性指数。
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参考文献
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岩石润湿性实验研究文献综述与实施技术思路和方法
