СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ СМАЧИВАЕМОСТИ МИНЕРАЛОВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ ПОРОД-КОЛЛЕКТОРОВ
METHOD TO DETERMINE DIFFERENTIATED WETTABILITY OF MINERALS WITHIN RESERVOIR FORMATIONS

Способ определения дифференцированной смачиваемости минералов, входящих в состав пород-коллекторов относиться к области нефтяной геологии и может использоваться для определения гидрофильных свойств нефтенасыщенных пород. Как известно смачиваемость поверхности порового пространства, образованной породообразующими минералами, существенно влияет на относительную фазовую проницаемость и капиллярное давление, то есть на значение углеводородосодержания пластов, поэтому при разработке углеводородных месторождений необходимо ее учитывать.
Существуют различные методы оценки смачиваемых свойств пород. Например, метод определения смачиваемости пород согласно ОСТ 39-180-85, который предусматривает определение параметра, выражающего интегральную характеристику смачиваемости пород по данным капиллярного впитывания в образец воды и керосина при атмосферных условиях и в поле центробежных сил при центрифугировании. Сущность метода заключается в определении смачиваемости по данным капиллярного вытеснения смачивающей жидкости не смачивающей, а затем капиллярного вытеснения не смачивающей жидкости смачивающей. Эксперимент проводится в два этапа: 1 - капиллярная пропитка, 2 - центрифугирование
Недостатком метода является не учет фактора геометрических особенностей порового пространства влияющих на капиллярное впитывание и вытеснение, не возможность дифференцированной оценки смачиваемости породообразующих минеральных частиц и значительная сложность экспериментов.
Существует так же «Способ определения параметра смачиваемости поровых каналов пород-коллекторов» Автор: Кочкин О.В., патент 2097743 от 12.03.1996 г. (опубликован 27.11.1997 г.) заявитель ОАО "ПермНИПИнефть" Сущность этого метода определения смачиваемости заключается в том, что подготавливают образец для исследования, определяют его проницаемость, далее образец центрифугируют при различных режимах вращения центрифуги. Определяют при этом зависимость капиллярного давления дренирования эффективного порового пространства образца от водонасыщенности и зависимость капиллярного давления впитывания динамического порового пространства образца от водонасыщенности. Затем по полученным зависимостям строят нормированные дифференциальные кривые зависимости частоты встречаемости радиусов поровых каналов от размера для динамического и эффективного порового пространства и, используя эти кривые, определяют параметр смачиваемости для конкретного радиуса пор или их диапазона. В данном способе также имеет место значительная сложность определения смачиваемости на основе не бесспорных теоретических представлений. Способ не учитывает ряд факторов, что может приводить к неоднозначности, например связанных с определением проницаемости, которая зависит от ориентации порового пространства.
Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и достигаемому результату является классический способ определения смачиваемости пород основанный на замере краевого угла смачиваемости капли жидкости (воды) на плоской поверхности образца породы, так называемый метод лежащей капли. В данном методе капля жидкости с известным поверхностным натяжением помещается на гладкую твердую поверхность. Форма капли зависит от поверхностных свойств изучаемой поверхности и является критерием оценки смачиваемости. Метод базируется на следующих теоретических представлениях. При нанесении капли жидкости на поверхность твердого тела соотношение сил межфазного и поверхностного натяжения в точке контакта трех фаз описываться известным уравнением Юнга. (Сумм, Б.Д. Гистерезис смачивания // Соросовский образовательный журнал. - 1999. - №7. - С.98-102.). Нанесенная на поверхность твердого тела капля жидкости либо растекается по ней, либо приобретает линзовидную форму в зависимости от действия молекулярных сил. На рисунке фиг.1 показаны векторы действия сил поверхностного натяжения.
т-г
т-ж
ж-г
Из условия равновесия следует, что σ=σ+σcosθ.
т-г
Где: σ - поверхностное натяжение на границе твердое теле-газ
т-ж
σ - поверхностное натяжение на границе твердое теле-жидкость
ж-г
σ - поверхностное натяжение на границе жидкость-газ
θ - краевой угол смачивания
Отсюда следует уравнение Юнга:
т-г
т-ж
ж-г
cosθ=(σ-σ)/σ.
Степень смачивания оценивается по краевому углу смачивания, который образуется касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трех фаз. Угол всегда отсчитывают от касательной в сторону жидкости. Для жидкости, смачивающей поверхность твердого тела, краевой угол θ острый (θ<π/2); чем лучше смачивание, тем меньше θ. Для полного смачивания θ=0. Для не смачивающих жидкостей краевой угол изменяется в пределах π/2<θ<π; при полном не смачивании θ=π. Метод поясняется рисунком, приведенным на фиг.2. на котором показана капля воды на твердой поверхности и краевой угол смачиваемости θ, образованный между касательной 1 и поверхностью твердого тела 2.
Традиционная методика лежащей капли и оптического измерения угла смачивания по замеру угла мениска, образованного на поверхности образца детально описаны в работе (Волков З.В. Смачиваемость твердых тел как характеристика молекулярной природы их поверхности и новый метод ее измерения. - «Физическая химия», 1939, т.XIII, вып.2, с.225-238.).
Измерение угла смачиваемости по капли на поверхности образца породы легко выполняются современными оптическими средствами. Однако способ не получил широкого распространения для определения смачиваемости пород из-за сложности и трудоемкости нанесения механическим способом большого числа соизмеримых по размеру капель. Кроме этого для пористых пород-коллекторов этот метод не пригоден, так как нанесенные капли быстро впитываются в породу.
Целю настоящего изобретения является повышение точности оценки смачивающих свойств пористых пород, возможность дифференцированной оценки смачиваемости породообразующих минералов породы, а также устранение перечисленных недостатков вышеприведенных способов.
Эта цель достигается за счет того, что в предлагаемом способе формирование необходимых по размеру капель (до 2 мм) на поверхности образца породы происходит самопроизвольно, за счет конденсации жидкости на поверхности приготовленного образца. Для этого образец породы пришлифовывается или приготавливается поверхность скола, далее образец охлаждают до температуры ниже точки росы воды (или используемой для определения смачиваемости жидкости) и помещается во влажную (или с парами соответствующей жидкости) камеру. При таком способе капли самопроизвольно формируются за счет конденсации паров на поверхности породообразующих минеральных зерен и кристаллов. Впитывание жидкости в поры не происходит, так как на начальном этапе размер капель меньше пор и породообразующих зерен. Путем контроля температуры образца, имеется возможность стабилизировать рост капель и регулировать их размер. Для этого регулируют температуру образца с помощью соответствующих технических средств. После формирования капель, с помощью цифровой оптической техники измеряют краевой угол смачивания. Поскольку конденсация происходит на поверхности породообразующих зерен и площадь капель не захватывает поровые каналы, впитывание жидкости не происходит. В отличие от всех существующих методов, предложенный способ позволяет определять под микроскопом смачиваемость отдельных минеральных зерен, так как самопроизвольно сформированные за счет конденсации паров жидкости капли могут иметь необходимый размер. При оценке интегральной смачиваемости рассчитывают среднее значение замеренных углов на разных каплях.