专利名称：用于测定多孔材料的润湿性的方法
用于测定多孔材料的润湿性的方法本发明涉及对表面性质的研究、尤其涉及对多孔材料的润湿性的测定，并且本发明可用于不同的工业领域，特别可用于石油及天然气工业、化学工业、油漆及涂料工业、食品工业。润湿性是一种重要的现象，其大大影响了多孔介质中的流体分布与传播的诸多具体方面。因此，作为用于表征石油形成与模拟的关键参数，润湿性大大地影响了岩石的过滤性质，如相对渗透率以及驱替系数(displacement coefficient)。润湿度的特征在于润湿角。润湿角(或接触润湿角)是由与限制润湿流体的界面表面相切的平面构成的角，该角的顶点位于三相边界上。测量接触润湿角度值是最常见的润湿性测量方法之一。润湿角是通过几何学方
法，以三相(液体、气体、固体)边界上的一个角进行测定。接触角对了解材料的表面性质-粘附性、润湿性以及系统总体上的自由能是非常重要的。一般使用两种不同的方法来测量接触润湿角，即对表面张力的光学测量以及力量测量(张力测量法)。光学张力测量法包括在固体材料的表面对测试流体进行静滴观测。在力量张力测试法中，测量固体与测试流体之间的相互作用力。最著名的一些接触角测量方法如下静滴法、毛细管上升法、斜板法以及浸入板法(参见D. N. Rao, M. G. Girard,“A new technique for reservoir wettability characterization,，，J. Can. Pet.Technol. ,35,31-39(1996),或 D. N. Rao,“Measurements of dynamic contact angles insoIid-liquid-liquid systems at elevatedpressures and temperatures,，，ColloidsSurf.，206，203-216(2002))。然而，这些方法都没有考虑到表面粗糙度、表面不匀性以及孔隙结构的潜在的复杂形貌(geology)。在光滑的表面上，接触润湿角是固定的，而在样品表面的锐边(sharpedge)上，接触润湿角是不同的。接触角是在单一矿物质上进行测量，而岩心(core)却含有许多具有杂质的矿物质。最终，样品表面上所吸收的有机化合物对润湿性质产生极大影响。已知的 Amott 方法(E. Amott, “Observations Relating to the Wettabilityof Porous Media，” Trans，AME，216，156-162，1959)是把渗吸与强迫性驱替结合来测量岩石样品的平均润湿性。该Amott方法是基于以下的事实润湿流体可以自发地渗吸至岩心中，从而驱替非润湿流体。自发性渗吸与强迫性渗吸的比率用来减小其他因素，如粘度以及起始岩石饱和度的影响。其他科学家使用Amott方法的修改方法Amot-Harvey 方法以及 USBM(参见 J. C. Trantham, R. L. Clampitt,“Determination of OilSaturation After Waterflooding in an Oil-ffet Reservoir-The North Burbank Unit,Tract97Project, ” JPT，491-500 (1977)。Amott方法及其修改方法的一个缺点是在研究具有中性润湿性的样品的情况下或在小型样品(小于I英寸)的情况下，这些方法会产生重大的误差。最近已经有效地开发出了一种基于量热测量的润湿性测定方法。长期以来都在使用量热计来研究流体与表面之间的相互作用力。热量测量有助于测定热力学状态函数，如与润湿过程相关的内能或洽(参见 R. Denoyel, I. Beurroies, B. Lefevre,“Thermodynamicsof wetting !information brought by microcalorimetry，，，J. of Petr. Sci. and Eng. ,45,203-2126 2004)。量热法的一个优点在于进行多种实验的可能性，在这些实验中，一种系统的初始状态和最终状态被良好测定，而这在使用其他方法(如用于接触角测量的标准方法)的情况下并不总是可能的。通过实施所建议的方法而获得的技术结果包括研究多孔样品的润湿性的可能性，以及对具有不同直径的孔隙的接触润湿角的高精确度测量。将多孔材料的样品放置在差示扫描量热计的样品池内，并使样品与润湿流体接触。同时，持续测量进入样品池中的热流。根据热流测量的结果并考虑到流体压缩的热效应，对由流体填充的孔隙的第一接触润湿角进行计算。至少一次将具有样品的样品池中的压力从初始值开始增大，直到样品的所有孔隙 都由流体填充。同时，测量进入样品池中的热流。根据热流测量的结果并考虑到流体压缩的热效应，对完全由流体填充的孔隙的第二接触润湿角进行计算。至少一次将具有样品的样品池中的压力降低至初始值，并且持续测量进入样品池中的热流。根据热流测量的结果并考虑到流体压缩的热效应，对不含流体的孔隙的第三接触角进行计算。优选初步地以阻止样品与流体之间接触的方式将润湿流体置于具有样品的样品池内。使具有样品与流体的样品池保持在一个温度下，在温度下流体不经历任何的相变直到热流稳定，之后使样品与润湿流体发生接触。优选保持具有被流体浸溃的样品的样品池直到热流稳定。可以重复增大和降低样品池中的压力的循环直到压力增大或降低期间的热效应曲线改变已经停止。压力增大和降低优选逐步地完成，在每个步骤中，保持样品池直到已达到热流的稳定，并且测量热流。使用先前的基础实验，可以考虑流体压缩的热效应，在实验中，将润湿流体供给到不合样品的样品池，增大样品池内的压力直到所研究样品的孔隙已由流体填充，将样品池内的压力降低至初始值，从而测量进入样品池中的热流。可以将样品干燥并在某些情况下-纯化。可以使用岩心作为多孔材料的样品，并且可以使用油、水或盐溶液作为润湿流体。本发明通过附图
来说明，其中图I示出了在10巴的压力下，热流随时间的函数关系图，以及图2-归一化为压力差的热效应在不同流体压力值下的相关性。接触角通过杨氏方程(Young equation)来测量Y sv = Ysl+Y lvcos θ，(I)θ-接触角，Ysv-固体/蒸汽界面处的表面能，Ysl-固体/流体界面处的表面能，Y lv-流体/蒸汽界面处的表面能。当表面接触流体时，在受控制的相对压力下，开始将流体注入多孔介质中的过程。自由能变化AF(每单位面积)可以使用以下方程(2，3)，由系统内能的改变AU来描述。
权利要求
1.用于测定多孔材料的润湿性的方法，其包括 -将多孔材料的样品放置在量热计样品池中， -使所述样品与润湿流体接触，并持续测量进入所述样品池中的热流， -根据所述热流测量的结果并考虑到所述流体压缩的热效应，对由所述流体填充的孔隙的第一润湿接触角进行计算， -至少一次将具有所述样品的所述样品池中的压力从初始值开始增大，直到所述样品的所有孔隙完全由所述流体填充，并持续测量进入所述样品池中的热流， -根据所述热流测量的结果并考虑到所述流体压缩的热效应，对由所述流体填充的孔隙的第二润湿接触角进行计算， -至少一次将具有所述样品的所述样品池中的压力降低至初始值，并持续测量进入所··述样品池中的热流， -根据所述热流测量的结果并考虑到所述流体压缩的热效应，对不含所述流体的孔隙的第三润湿接触角进行计算。
2.如权利要求I所述的方法，其中初步地以阻止所述样品与所述流体之间接触的方式将所述润湿流体置于具有所述样品的所述样品池内，使具有所述样品与所述润湿流体的样品池保持在某温度下，在所述温度下所述流体不经历任何的相变直到所述热流稳定。
3.如权利要求I所述的方法，其中保持具有被所述润湿流体浸溃的所述样品的所述样品池直到所述热流稳定。
4.如权利要求I所述的方法，其中可以重复增大/降低所述样品池中的压力的循环直到由压力增大/降低引起的热效应曲线的改变已经停止。
5.如权利要求I所述的方法，其中将具有所述样品的所述样品池内的所述压力逐步增大，在每个步骤中，保持具有所述样品的所述样品池直到所述热流稳定。
6.如权利要求I或5所述的方法，其中将具有所述样品的所述样品池内的所述压力逐步降低，在每个步骤中，保持具有所述样品的所述样品池直到所述热流稳定。
7.如权利要求所述的方法，其中为了记录流体压缩的所述热效应，将所述润湿流体首先注入不含所述样品的所述样品池中，增大所述样品池内的所述压力直到所述样品的全部孔隙已被填充，将所述样品池内的所述压力降低至所述初始值，并持续测量进入所述样品池中的热流。
8.如权利要求I所述的方法，其中所述多孔材料的所述样品经过初步干燥。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述多孔材料的所述样品经过初步纯化。
10.如权利要求I所述的方法，其中将岩心用作所述多孔材料的所述样品。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述润湿流体是油。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述润湿流体是水。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述润湿流体是盐溶液。
全文摘要
用于测定多孔材料的润湿性的方法包括将多孔材料的样品放置在热量计的样品池内，并使所述样品与润湿流体接触。持续测量进入所述样品池中的热流，根据测量的结果并考虑到所述流体压缩的热效应，对由所述流体填充的孔隙的第一润湿接触角进行计算。然后，将具有所述样品的所述样品池中的压力从初始值开始增大直到所述样品的孔隙完全由所述流体填充，然后将所述压力降低至初始值，并持续测量进入所述样品池中的热流。这能够计算完全由所述流体填充的孔隙的第二润湿接触角以及不含所述流体的孔隙的第三湿润接触角。
文档编号G01N15/08GK102890042SQ20121025976
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月23日 优先权日2011年7月22日
发明者A·纳迪弗, D·A·科罗布科弗, S·S·萨佛诺弗 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司