接触角测试仪对岩心表面亲疏水性的深入分析

  在油气田开发，特别是提高原油采收率（EOR）的研究中，一个核心且基础的问题就是：油和水在岩石孔隙中是如何分布、如何流动的？这个问题的答案，很大程度上隐藏在岩石颗粒表面的一个关键属性——亲疏水性（也称为润湿性）之中。对岩心表面亲疏水性的深入分析，是解锁地下油藏奥秘、制定高效开发策略的微观钥匙。

  岩心的亲疏水性，是指岩心表面与流体（油和水）相互作用时，某种流体优先润湿或吸附在岩石表面的倾向性。

亲水表面（水湿）：岩石表面更倾向于被水润湿。水滴会在表面铺展开，而油则会形成圆珠。在孔隙中，水会占据狭小的孔隙角落和颗粒表面，将油驱替到孔隙中央。

疏水表面（油湿）：岩石表面更倾向于被油润湿。油会在表面铺展开，而水则会形成圆珠。此时，油会吸附在岩石表面，水则占据孔隙中央。

中性润湿：岩石表面对油和水的亲和力相当。

混合润湿：油湿和水湿表面在岩心中同时存在，情况更为复杂。

  这种性质本质上是由岩石矿物组成、表面化学和流体性质共同决定的界面现象，遵循着杨氏方程 所描述的固-液-气三相界面张力平衡关系。为何分析亲疏水性至关重要？岩心的亲疏水性直接控制着地下多孔介质中流体的微观分布和宏观流动行为，其影响是决定性的：

1、原始油藏储量计算：亲水岩石中，水占据小孔隙，油存在于大孔隙中；而亲油岩石则相反。润湿性错误会导致对原始石油地质储量的估算出现偏差。

2、相对渗透率曲线：润湿性是影响油水相对渗透率曲线的关键因素。亲水岩心中，水的相对渗透率较低；而亲油岩心中，水的相对渗透率会高得多，易导致“水窜”，降低驱油效率。

3、毛细管力作用：毛细管力可以是驱油的动力，也可以是阻力。在亲水岩心中，毛细管力是自吸排油的动力；而在亲油岩心中，毛细管力则成为注水驱油的巨大阻力。

4、提高采收率（EOR）方案设计：这是最直接的应用。不同的EOR方法对润湿性有不同要求。例如，表面活性剂驱和碱驱的核心目标之一就是改变岩石的润湿性（通常是从亲油变为亲水），从而降低残余油饱和度，大幅提高采收率。

岩心的润湿性并非一成不变，它受到多种因素的影响：

1、矿物组成：石英、长石等硅酸盐矿物通常亲水；而碳酸盐矿物（方解石、白云石）以及粘土矿物表面更易吸附原油中的极性物质（如沥青质）而变为亲油。

2、表面活性物质：原油中的天然表面活性剂（如沥青质、树脂）会吸附在岩石表面，改变其原始润湿性，通常是使其更亲油。

3、地层水盐度：水的离子强度和成分会影响界面张力和双电层，从而影响润湿性。

4、温度和压力：地下温压条件会改变流体的性质和界面张力，因此实验室测量需尽量模拟地层条件。

5、开采历史：注水开发过程中，注入水与岩石的长期作用也可能逐渐改变储层的润湿性。

  对岩心表面亲疏水性的精准分析不仅帮助我们更准确地认识油藏，更是优化开发方案、最大化提高原油采收率的理论基石。未来，随着纳米技术、高分辨率成像技术（如micro-CT）和分子模拟技术的发展，我们对润湿性的理解将深入到纳米甚至分子尺度。这将催生出更具针对性的智能型化学驱油剂和更高效的EOR技术，最终实现对地下油气资源更精准、更高效的开发。