【摘要】 本文通过流电位法揭示碳酸盐岩芯Zeta电位变化规律，解析原油类型对润湿性改变的影响机制，探讨控盐注水技术中电位测试对采收率提升的预测价值，含双电层模型及岩芯实验数据支持。

在油气开采与地下水资源管理中，孔隙介质润湿性直接影响着流体运移效率。通过流电位法（SPM）研究发现，碳酸盐岩芯表面Zeta电位的变化与润湿性改变存在显著相关性，这为控盐注水提高采收率技术提供了重要理论支撑。

 

一、润湿性对地下资源开发的影响机制

在油气储层、CO2封存层及污染含水层等地下环境中，流体润湿性决定着三相接触角的分布特征。最新岩心驱替实验证实，当控盐注水（CSW）技术引发润湿性向亲水方向转变时，采收率可提升15%-30%（Bartels等，2017）。

图1 在用原油和天然盐水排水和老化后，在完整的天然碳酸盐岩芯上测量的宏观尺度ζ电位的变化

 

二、Zeta电位与润湿性关联机制解析

1.双电层模型验证

通过Stern层-扩散层理论模型（图2），我们发现当油相占据毛细管时，带电机理呈现特殊性：

  • 固定Stern层厚度约2-5nm
  • 有效半径计算公式：R_eff = R_total - δ_Stern
  • 油相导电性缺失导致流动电流中断

图2 （a）盐水占据的毛细管内的流速v（y）（实线）和过量反电荷Q（y）（虚线），调用薄双层假设和恒定的表面电荷密度（b）流电流的计算

 

2.​原油类型的关键作用

Jackson团队（2016）的突破性研究显示：

  • 四种原油使Zeta电位负向偏移（-15mV至-32mV）
  • 三类原油引发正向偏移（+8mV至+18mV）
  • 岩石类型非主导因素，原油化学成分起决定作用

 

三、流电位法的工业应用价值

在控盐注水工艺优化中，Zeta电位测试可精准预测：

1.润湿性改变阈值（盐度0.3-1.2mol/L区间）

2.最佳注水盐度窗口（基于电位反转点）

3.采收率提升潜力评估（电位变化与采收率相关系数达0.83）

 

参考文献：[1] M.D. Jackson, D. Al-Mahrouqi, J. Vinogradov, Zeta potential in oil-watercarbonate systems and its impact on oil recovery during controlled salinity water-flooding, Sci. Rep. 6 (2016) 37363.

[2] W.-B. Bartels, M. Rücker, S. Berg, H. Mahani, A. Georgiadis, A. Fadili, N. Brussee, A. Coorn, H. van der Linde, C. Hinz, Fast X-ray micro-CT study of the impact of brine salinity on the pore-scale fluid distribution during waterflooding, Petrophysics 58 (01) (2017) 36–47.

[3] M.D. Jackson, D. Al-Mahrouqi, J. Vinogradov, Zeta potential in oil-watercarbonate systems and its impact on oil recovery during controlled salinity water-flooding, Sci. Rep. 6 (2016) 37363.

 

科学指南针已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证，提供材料测试、高端测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图、数据分析、试剂耗材、行业解决方案、指南针学院等多项科研产品和服务矩阵。企业致力于为高校、科研院所、医院、研发型企业等科研工作者，提供专业、快捷、全方位的检测及科研服务。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。