碳酸水对岩石润湿性及渗吸采收率的影响实验

渗吸作用是油藏基质原油开采的关键,CO2溶入地层水将对渗吸作用产生影响.进行了亲水岩心的润湿性转变实验,测试了亲油岩心在碳酸水浸泡前后润湿接触角的变化,比较了亲油性岩心在碳酸水和盐水中的渗吸效果.研究结果表明,模拟油浸泡法使得岩心润湿性变为油湿性;油湿性岩心经过碳酸水浸泡可使润湿性向水湿性转变;碳酸水有利于改善油湿性岩心渗吸效果,促进渗吸过程的进行.     

表面活性剂作用后的固体润湿性

通过考察经石油磺酸盐(PS)浸泡后的载玻片与油、水的接触角以及经石油磺酸盐浸泡后的云母片的表面形貌,研究表面活性剂作用后的固体润湿性。结果表明:对于亲水固体,经低质量浓度的石油磺酸盐作用后,其上因石油磺酸盐单分子层吸附而发生润湿性反转,而经高质量浓度的石油磺酸盐作用后,其上因石油磺酸盐双分子层吸附而保持水湿性,同时其润湿性达到稳定的时间随石油磺酸盐温度的升高而缩短;对于亲油固体,经低温高质量浓度的石油磺酸盐作用后,其润湿性难以改善,而经高温低质量浓度的石油磺酸盐作用后,其润湿性易因油湿性物质脱附而反转,但若此后该溶液继续作用,石油磺酸盐则会在新固体表面发生单层吸附,令其再次亲油;要高效利用表面活性剂改善润湿性,需要综合考虑表面活性剂浓度、温度以及作用时间的影响。     

表面活性剂对CO2中表面润湿的分子动力学模拟

通过分子模拟方法,研究稠密CO2溶剂中,全氟聚醚表面活性剂对水在3种不同亲水表面的润湿性的影响。结果表明:对于疏水性表面,表面活性剂部分取代存在于水滴和表面之间的CO2分子;对于弱亲水性表面,表面活性剂的加入使得水滴基本脱离表面;而在强亲水表面上,表面活性剂的加入增大水滴的接触角,减弱表面润湿性。同时进一步分析表面活性剂在水/CO2界面处的密度分布。总之,在稠密CO2溶剂中,表面活性剂能够改善表面的润湿性,这将有利于表面上亲水物质的脱除。     

PDMS真空紫外光表面亲水改性研究

PDMS用作人体植入材料和医疗制品已获得广泛应用,但疏水性表面会降低其生物相容性并引起并发症,而亲水改性后的表面,亲水性也会逐渐变差.采用172 nm真空紫外光对PDMS进行表面亲水改性处理后,亲水性在较长时间内得以保持.用红外光谱、X射线光电子能谱和水接触角测试对改性前后材料表面化学组成和亲水性变化进行检测,结果表明:真空紫外光照后,PDMS表面由疏水性转变为亲水性,且表面形成的类玻璃物质大大延缓了其疏水性的恢复.     

聚丙烯酰胺对砂岩润湿性的影响

在分析了常用的评价岩石润湿性方法的基础上,建立了一套研究部分水解聚丙稀酰胺分子对岩石颗粒润湿性影响的填砂管驱替实验方法,并不同矿化度及聚合物浓度条件下,测定了的聚合物溶液对石英砂润湿性的影响。实验结果表明,用聚合物溶液浸泡过的石英砂,其束缚水饱和度明显升高,残余油饱和度有所降低,使颗粒的润湿性向亲水方向变化。聚合物浓度和溶液矿化度将影响聚丙烯酰胺改变颗粒润湿性的能力。在聚合物驱所用的浓度范围内和所关心的矿化度范围内,聚合物浓度越高,改变润湿性的能力越强;溶液矿化度越高,这种能力越小。     

硅表面微结构对表面润湿方向性影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了硅表面微结构对表面润湿方向性的影响,采用3种不同的微结构探讨了水滴在表面上的扩散方向问题,以及微结构尺寸对表面润湿性的影响.研究结果表明,表面微结构宽度存在临界宽度值,当微结构宽度小于临界宽度时表面表现为疏水性,反之,亲水性增强;在疏水性表面上,水的铺展性表现为各向同性,水滴稳定后俯视图近似为圆形,在亲水性表面,水的铺展性表现为各向异性,表面微结构形状不同,水滴稳定后呈现不同的特殊形状.     

超疏水锌表面的制备及其性能研究

将锌片置于盐酸和月桂酸的乙醇溶液中浸泡一段时间后,采用扫描电镜、傅里叶红外变换光谱仪、接触角测量仪分别对其表面结构、化学组成及其疏水性能进行了分析.结果表明锌片经简单浸泡处理后,其表面形成的粗糙结构和月桂酸的共同作用使其表现出很好的超疏水性能.     

羟基化及硅烷化二氧化硅表面润湿行为的分子模拟

采用分子动力学模拟方法研究水团簇在羟基化及不同链长硅烷化二氧化硅表面的微观润湿行为,通过相互作用能、径向分布函数及扩散系数等参量对微观润湿机制进行分析。结果表明:羟基化二氧化硅表面具有极强亲水性,而硅烷化表面疏水性较强,且疏水性随烷基链增加呈增强趋势;羟基化二氧化硅表面与水分子存在强相互作用,使团簇底部水分子优先向表面移动,并带动其余水分子向表面迁移,促进水团簇在表面铺展,表现出强亲水性;硅烷化二氧化硅表面与水之间主要为范德华作用,不足以克服团簇内部相互作用而破坏水滴结构,表现出强疏水性,随着烷基链增长,表面与水分子的相互作用强度逐渐减弱,疏水性增强。     

水环境下甲烷在不同润湿性石英表面吸附行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究水环境下石英表面润湿性对甲烷在石英狭缝中吸附行为的影响。结果表明:对于亲水性较强的石英表面,水分子优先吸附于石英表面,甲烷分子在狭缝中心发生团聚;而疏水性较强的石英表面,甲烷分子优先吸附于石英表面,水分子在狭缝中心发生团聚;当石英表面为中性润湿时,石英表面对这两种分子没有表现出优先选择性吸附。水、甲烷与不同润湿性石英表面的相互作用能表明,水/固相互作用是水环境下甲烷在石英狭缝中吸附构型改变的主要驱动力。     

气体钻井地层出水仿生处理技术研究

针对气体钻井钻遇地层出水以后泥页岩自吸水导致黏土水化引发的井壁失稳问题,提出了气体钻井泥页岩表面仿生处理工艺技术,研制了一种仿生泡沫处理液。室内综合性能评价表明,该仿生泡沫处理液具有良好的泡沫性能,其抗盐、抗油、抗温、抗岩屑污染能力强,同时展现出强效、持久的泥页岩抑制能力。采用该仿生泡沫处理液处理后的泥页岩岩样,可将泥页岩表面的润湿性能由亲水性向疏水性转变,从而起到阻止地层水液相侵入泥页岩地层内部的目的,大幅度提高泥页岩在清水中的强度,达到维持泥页岩地层井壁稳定的目的。     

Molecular dynamics simulation of wetting behavior at CO2/water/solid interfaces

We used molecular dynamics simulation to demonstrate the microscopic wetting behavior of two solid model surfaces for the first time. Hydrophilic and hydrophobic features were modeled in a dense CO₂ fluid environment under various densities. The water droplet loses contact with the surface under the influence of higher density CO₂ fluids on the hydrophobic surface. For the hydro-philic surface, no separation between the water droplet and the surface was observed. However, the contact angle of the water droplet on the hydrophilic surface was found to increase with the fluid density. The effect of dense CO₂ fluid on the surface wettability can be interpreted in terms of enhanced interactions from the surrounding CO₂ molecules.     

基于格子玻尔兹曼的润湿性对降压效果的研究

改变油藏润湿性和降低油水界面张力是解决低渗/特低渗油田注水压力高问题的有效方法。而室内驱替实验时,表面活性剂浓度不仅影响油水界面张力,还会影响岩石表面润湿性能,无法准确评价表面活性剂的润湿性能对降压效果的影响。格子Boltzmann方法通过控制流体和固体间作用参数能够独立控制界面张力大小,并能够模拟任意接触角变化。因此,基于格子Boltzmann方法,应用二维平板模型,考虑粗糙表面,设置微观梯形结构,研究了毛管数、邦德数及黏度比等不同无量纲数条件下润湿性改变对降压率的影响。结果表明,毛管数越小,邦德数越大、黏度比越大、接触角越小,降压率越高、降压效果越明显;接触角存在一个最佳范围,超过此范围继续降低接触角,降压效果不明显;对于多孔介质,改变润湿性对降压率影响比单通道更加明显。     

强碱三元复合驱储层物性变化特征研究

三元复合驱技术是油田高含水后期进一步提高采收率的重要手段,但是强碱三元复合驱后对于的储层的伤害是不容忽视的,为了更好的研究微观孔隙变化情况我们通过微观孔隙实验利用原子力显微镜和OCA接触角测定仪对于空隙结构变化以及接触角进行了检测和详细分析。结果表明：三元复合驱后,储层岩石向中性润湿变化,Ca2+与阴离子活性剂间的结合作用有可能使硅石表面从水湿向油湿转化,表面活性剂对油藏岩石的润湿作用受地层水中无机离子协同作用的影响。     

Physical and numerical modelling of biomimetic approaches of natural hydrophobic surfaces

Physical and numerical models of the hydrophobic and self-cleaning characteristics of an object surface are developed, and a micro/meso scope numerical approach and simulation based on the lattice Boltzmann method (LBM) is achieved. The modelling focuses on surface tension dominated behaviour of water droplets in air spreading on hydrophilic surface with hydrophobic strips of different sizes and contact angles under different physical and interfacial conditions. Applying the LBM model, the droplets behaviours on heterogeneous partial wetting surfaces are studied and simulated. In the simulations, the interactions between the fluid-fluid interface and the partial wetting wall are typically considered; the phenomena of droplets spreading and breaking up, as well as the effect of hydrophobic strips on the surface wettability or self-cleaning characteristics are simulated and studied. Supported by the UK Engineering Physical Science Research Council (EPSRC) under EP/D500125/1 and International Cooperation Key Project of Ministry of Science and Technology of China (Grant No. 2005DFA00805)     

CO2地质封存中储层岩石润湿性测量研究进展

多孔介质的润湿性是CO₂地质封存过程中的重要参数。基于润湿性测量方法和光学成像技术综述了CO₂封存条件下不同尺度的多孔介质润湿性测量技术，并分析了相关润湿现象。目前，岩石润湿性的测量主要分为：实验室尺度的表面润湿性测定、孔隙尺度的内部壁面接触角测定，以及宏观尺度的岩心整体润湿性评价。孔隙结构、矿物组成成分和表面粗糙度是孔隙尺度接触角的关键影响因素，它们会影响多孔介质的混合润湿特性并造成润湿滞后现象。根据不同局部驱替事件(如排水、渗吸)的接触角分布建立了孔隙尺度与连续尺度的岩石润湿性关系。最新研究发现，随着驱替的发展，岩石润湿性在排水和渗吸过程中发生了显著改变，但不同尺度的岩石润湿性的关系及润湿转变机理仍需要进一步研究。     

基于分子动力学模拟的钙基蒙脱石表面润湿性研究

蒙脱石作为土体中主要的黏土矿物之一，其表面的润湿性对土体膨胀机制有着重要的影响。目前已有大量的研究对蒙脱石的亲水性进行了分析，但原子尺度的润湿机制仍有待探究。以钙基蒙脱石为例，基于分子动力学模拟计算了水分子在其表面的接触角，并结合原子的径向分布函数和密度分布特征分析了水分子在钙基蒙脱石表面的润湿性。结果表明：在300 K温度下，水分子在钙基蒙脱石表面的接触角为18.03°，计算结果与前人的试验数据一致性较好；Ca-O水和Ca-H水的径向分布函数都呈现出双峰特性，而Ca-O水的第一峰位更早出现，说明水中的氧更倾向于与钙离子结合形成水合钙离子；在表面离子产生的静电场作用的诱导下，表面水中的氧原子密度分布曲线呈现多个明显的峰，形成了有序的水化分层结构，进而导致蒙脱石表面呈现出明显的亲水性。研究结果可为进一步阐明蒙脱石吸水后引发的土体膨胀破坏和水土流失等现象提供理论依据。     

矿物颗粒表面润湿程度的表征及应用

为表征矿物颗粒表面的润湿性,应用表面化学理论分析了润湿接触角、润湿热与润湿程度的关系,探讨了润湿程度的表征方法。结果表明：矿物颗粒润湿是自发过程,润湿类型决定润湿程度;润湿热与润湿接触角成反比,两者均可表征矿物颗粒的润湿程度。应用实例验证了润湿热表征矿物颗粒润湿程度和润湿过程的可行性,为科学研究和生产实际提供了技术理论支持。     

砂岩-重烷基苯石油磺酸盐润湿性的实验研究

目的 研究石油磺酸盐对砂岩润湿性的测定方法。方法 采用Washburn方程建立了测定及计算方法。结果 通过相对润湿接触角概念的提出，得到了砂岩-重烷基苯石油磺酸盐水溶液体系润湿性的测定结果。结论 建立的砂岩．石油磺酸盐水溶液体系的润湿接触角测定方法是一简便、准确的方法。石油磺酸盐水溶液浓度的变化将对砂岩的润湿性质产生明显影响。     

海相稠油油藏高倍数水驱岩心润湿性实验及微观机理

中国南海珠江口盆地海相砂岩强边底水稠油油藏,采用水平井、大液量和天然能量开发。由于水驱倍数高,储层经过强烈冲刷,储层润湿性发生改变,从而影响水驱渗流特征。目前关于高倍数水驱储层润湿性变化的研究集中于陆上稀油油藏,对于海相沉积的稠油油藏研究偏少,且微观机理解释不多。本文改进了常规润湿角实验规范和流程,首先利用不同黏度油样和地下岩样进行高倍数水驱实验,然后测定高倍数水驱后岩心润湿性,研究原油黏度和驱替速度对岩心润湿性变化影响。结合X-衍射定量分析、扫描电镜、稠油四组分含量测定实验结果和分子动力学模拟方法,从矿物成分变化和极性物质含量方面,分析了润湿性变化的微观机理。结果表明:原油黏度越大,高倍数水驱前油湿性越强,高倍数水驱后接触角变化的绝对值越大;当原油黏度为150 mPa·s时润湿性改变的潜力最大;水驱过程岩心黏土矿物含量的变化和岩心表面油膜的破坏是润湿性转变的重要因素。该成果对海相稠油油藏提高采收率具有指导意义。