[发明专利]用于测定多孔材料的润湿性的方法

说明书

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 in solid-liquid-liquid systems at elevatedpressures and temperatures，”Colloids Surf.，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(sharp edge)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 Wettability of Porous Media，”Trans，AIME，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 OilS aturation After Waterflooding in an Oil-Wet 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1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焓(参见R.Denoyel，I.Beurroies，B.Lefevre，“Thermodynamics of 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。