[發(fā)明專(zhuān)利]基于原子力顯微鏡的原油-巖石表面相互作用力的定量測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110214904.4
• 申請(qǐng)日: 2021-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112782430A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳一寧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類(lèi)號(hào): G01Q30/20
• 分類(lèi)號(hào): G01Q30/20;G01Q60/24;G01Q60/38
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴(yán)政

本發(fā)明涉及油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于原子力顯微鏡的原油?巖石表面相互作用力的定量測(cè)量方法。該方法包括以下步驟：(1)對(duì)矩形懸臂末端具有金片的原子力顯微鏡探針進(jìn)行疏水化處理，然后將油滴固定在金片上，得到修飾后的原子力顯微鏡探針；(2)對(duì)巖石進(jìn)行預(yù)處理，得到巖石基底；(3)在液體環(huán)境下，將修飾后的原子力顯微鏡探針在預(yù)設(shè)模式下進(jìn)針，在預(yù)設(shè)距離以預(yù)設(shè)速度靠近巖石基底，并在達(dá)到預(yù)設(shè)作用力閾值后回針，獲得油滴與巖石基底之間的力曲線(xiàn)數(shù)據(jù)；(4)對(duì)力曲線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得測(cè)量點(diǎn)油滴與巖石基底之間相互作用力隨著距離的變化關(guān)系。該方法可以直接、定量測(cè)定原油?巖石表面的微觀相互作用力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于原子力顯微鏡的原油-巖石表面相互作用力的定量測(cè)量方法。

背景技術(shù)

2019年我國(guó)原油對(duì)外依存度超過(guò)72％，嚴(yán)重威脅國(guó)家能源戰(zhàn)略安全。近十年，我國(guó)新探明低滲/特低滲儲(chǔ)量超80億噸，占總探明儲(chǔ)量70％以上，十分豐富。我國(guó)低滲/特低滲油藏陸相沉積為主，儲(chǔ)層特征差異性較大，孔喉細(xì)小、孔隙度低、可動(dòng)原油大量?jī)?chǔ)集于亞微米孔隙中，必須通過(guò)水力壓裂才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。然而水力壓裂加劇了裂縫網(wǎng)絡(luò)非均質(zhì)性，加之基質(zhì)的非均質(zhì)性及原油-巖石間的強(qiáng)相互作用導(dǎo)致我國(guó)低滲/特低滲油藏的開(kāi)發(fā)效果不理想，依靠現(xiàn)有技術(shù)平均采收率低于15％。

傳統(tǒng)理論認(rèn)為注入流體的洗油效率取決于原油在巖石表面的粘附功，粘附功越低，洗油效率越高。而從粘附功公式W＝σ(1+cosθ_oil)(σ：油水界面張力，θ_oil：油相接觸角)可以分析出：大幅降低油水界面張力即可顯著減小油膜粘附功，提升洗油效率。但實(shí)際礦場(chǎng)數(shù)據(jù)及室內(nèi)可視化驅(qū)油實(shí)驗(yàn)顯示即使通過(guò)表面活性劑將油水界面張力降低3個(gè)數(shù)量級(jí)，驅(qū)替之后波及區(qū)域仍有大量油膜殘存巖石壁面。可見(jiàn)傳統(tǒng)理論對(duì)原油-巖石間相互作用力的解析并不全面，難以準(zhǔn)確描述原油壁面粘附狀態(tài)。除理論方法外，動(dòng)靜態(tài)接觸角數(shù)據(jù)常被用來(lái)推算水環(huán)境中原油-巖石間相互作用力，但由于巖石表面微觀形貌及組成復(fù)雜，毫米級(jí)油滴接觸角測(cè)量過(guò)程中易受到巖石表面粗糙度及水膜的影響，無(wú)法反映微納孔隙中油滴真實(shí)鋪展?fàn)顟B(tài)，因此，原油-巖石間相互作用力的推算結(jié)果準(zhǔn)確性差。上述各方法無(wú)論是定性或定量研究，測(cè)定的都是相對(duì)宏觀原油-巖石界面現(xiàn)象來(lái)表征相互作用力，而無(wú)法精確、定量的測(cè)量微觀相互作用力的大小。因此建立一種原油-巖石表面相互作用力的定量測(cè)量方法對(duì)于研究提高油田采收率機(jī)理意義重大。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)CN 108508239A提供了一種直接測(cè)定油/水/巖石三相分子間相互作用力的模擬方法，通過(guò)對(duì)原子力顯微鏡探針修飾具有石油特征官能團(tuán)的分子來(lái)模擬油相，實(shí)現(xiàn)油/水/巖石三相分子間相互作用力的測(cè)定。但此方法僅是使用模擬油相，實(shí)際所測(cè)得相互作用力為官能團(tuán)與基底的相互作用力，與實(shí)際原油結(jié)果存在較大差異；此外其基底為云母和石英，與真實(shí)地層巖石亦有差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的無(wú)法精確、定量測(cè)量原油-巖石間微觀相互作用力的大小問(wèn)題，提供一種基于原子力顯微鏡的原油-巖石表面相互作用力的定量測(cè)量方法，該方法通過(guò)使用定制的原子力顯微鏡探針，可以直接、定量測(cè)定原油-巖石表面的微觀相互作用力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于原子力顯微鏡的原油-巖石表面相互作用力的定量測(cè)量方法，所述方法包括以下步驟：

(1)使用疏水化試劑對(duì)矩形懸臂末端具有金片的原子力顯微鏡探針的金片進(jìn)行疏水化處理，然后將油滴固定在金片上，得到修飾后的原子力顯微鏡探針；

(2)對(duì)巖石進(jìn)行預(yù)處理，得到巖石基底；

(3)在液體環(huán)境下，將修飾后的原子力顯微鏡探針在預(yù)設(shè)模式下進(jìn)針，在預(yù)設(shè)距離以預(yù)設(shè)速度靠近巖石基底，并在達(dá)到預(yù)設(shè)作用力閾值后回針，獲得油滴與巖石基底之間的力曲線(xiàn)數(shù)據(jù)；

(4)采用軟件對(duì)力曲線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得測(cè)量點(diǎn)油滴與巖石基底之間相互作用力隨著距離的變化關(guān)系。