一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置及方法

本发明涉及油气开采与润湿性测量，尤其是涉及一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置及方法。

背景技术：

1、润湿反转指的是岩石表面由亲水性转变为亲油性或由亲油性转变为亲水性的过程，这一现象可能影响油气的采收率、油藏的开发策略及其他地下工程。在油-水-岩石系统中，岩石表面润湿性直接决定了岩石是亲水、亲油还是中性，进而影响毛管力、相对渗透率和剩余油分布。润湿性测量能精准判断水能否优先润湿岩石并驱替油膜。其主要具有以下三个方面的意义，首先是评价驱油剂与注入方案，通过测量加入表面活性剂、聚合物等驱油剂后三相接触角的变化，判断其能否将岩石从亲油转向亲水，从而提高水驱或化学驱的洗油效率；其次，亲水岩石（接触角<90°）利于水驱油形成连续油墙，亲油岩石（接触角>90°）易使油粘附在孔壁，形成残余油，接触角数据可定量评估不同区块的驱油难度，预测采收率与剩余油分布；另外，在非常规储层改造中，三相接触角帮助判断工作液返排效率及是否发生液锁——低接触角易诱发水锁损害渗透率。

2、光学法接触角测量是目前使用最广泛的技术，原理直观，操作相对简便。一台标准的光学法接触角测量仪主要包括精密微量进样系统、高分辨率光学成像系统、可调背景光源、多维运动样品台和智能图像分析软件。将一微小液滴置于固体表面上，通过光学系统获得其侧面轮廓图像，分析软件提取液滴轮廓坐标后，通过求解young-laplace方程得到理论轮廓曲线，再与实际图像进行拟合，从而得出接触角。

3、在实际的油藏环境中，孔隙空间内同时存在岩石固体、原油和注入水（或地层水），测量油-液-固三相状态下的接触角，能够更加真实模拟油藏环境，确定地层岩石对特定流体（油）的润湿性，而气-液-固体系无法全面反映油水共存下的界面竞争。

4、目前主流常规的接触角测量仪主要是在空气环境下测量岩石-液滴-空气三相接触角，不能测量岩石-油滴-液相这种密闭环境下的接触角；测试高温密闭下润湿接触角的设备通常使用高温高压反应釜作为样品台，所使用的测量仪器价格昂贵且不便于携带，损坏率高，不能进行广泛的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置及方法，通过耐压试管、垫棒、定位套、密封帽、三通阀和空心管的组合设计，实现了岩石样品的稳定固定、微量油滴的精准引导注入以及岩石、油滴、液相三相接触界面的可控形成，能够在密闭、可加热和可视化条件下开展接触角测量，较好地模拟地层环境，提高了实验结果的稳定性、重复性和可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置，包括耐压试管，耐压试管内部顶端设置有定位套，定位套与耐压试管过盈配合，定位套上设置有垫棒，垫棒底端连接有被测岩石薄片，耐压试管上部外侧设置有加热机构，耐压试管底端设置有密封帽，密封帽上设置有注入机构，耐压试管外部设置有观察机构。

3、优选的，注入机构包括空心管和三通阀，空心管贯穿密封帽且穿入耐压试管内部，空心管顶端位于被测岩石薄片下方，三通阀上端设置有螺栓，三通阀通过螺栓与密封帽连接，三通阀与空心管相连通，三通阀一侧连接有注射器，三通阀另一侧连接有压力表。

4、优选的，加热机构包括加热套，加热套包覆于耐压试管外壁，加热套上连接有用于控制加热温度的加热控温系统。

5、优选的，加热套内部设置有用于检测温度的温度探针，温度探针与加热控温系统相配合。

6、优选的，观察机构包括光源和摄像头，光源位于耐压试管一侧，摄像头位于耐压试管另一侧，且光源、被测岩石薄片及摄像头位于同一水平光轴上，摄像头上连接有用于采集数据的计算机。

7、一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测方法，包括以下步骤：

8、s1、样品装配与液相填充：将待测岩石切割抛光成薄片并经清洗干燥后，粘接固定在垫棒底端，将垫棒与定位套装配后装入耐压试管内部，向耐压试管内注入模拟地层盐水至充满腔体，拧紧密封帽完成密闭，静置预设时长以排除流体中夹带的气泡并验证密封性；

9、s2、油滴注入与三相接触体系构建：通过三通阀向空心管内注入微量实验用油，油滴经空心管的引导作用后在浮力作用下缓慢上浮，平稳附着于岩石薄片的下表面，形成岩石、油、盐水三相接触界面；

10、s3、高温环境模拟与体系平衡：启动加热控温系统，通过加热套对耐压试管进行升温，利用加热套内的温度探针实时采集温度并反馈至加热控温系统，升温至目标温度后恒温保持，使体系温度场与润湿状态达到充分平衡；

11、s4、油滴形态图像采集：开启光源提供背向照明，使光源、被测岩石薄片与摄像头处于同一水平光轴，通过摄像头采集岩石薄片下表面油滴的侧面轮廓图像，连续采集多张静态图像以降低随机噪声干扰；

12、s5、接触角计算与润湿反转判定：由计算机对采集的图像进行处理，得到油滴与被测岩石薄片表面的接触角，根据接触角数值判定岩石表面的润湿性，通过对比不同时刻的接触角变化，判断岩石表面是否发生润湿反转。

13、因此，本发明采用上述一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置及方法，通过耐压试管、垫棒、定位套、密封帽、三通阀和空心管的组合设计，实现了岩石样品的稳定固定、微量油滴的精准引导注入以及岩石、油滴、液相三相接触界面的可控形成，能够在密闭、可加热和可视化条件下开展接触角测量，较好地模拟地层环境，提高了实验结果的稳定性、重复性和可靠性。

14、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置，其特征在于：包括耐压试管，所述耐压试管内部顶端设置有定位套，所述定位套与所述耐压试管过盈配合，所述定位套上设置有垫棒，所述垫棒底端连接有被测岩石薄片，所述耐压试管上部外侧设置有加热机构，所述耐压试管底端设置有密封帽，所述密封帽上设置有注入机构，所述耐压试管外部设置有观察机构。

2.根据权利要求1所述的一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置，其特征在于：所述注入机构包括空心管和三通阀，所述空心管贯穿所述密封帽且穿入所述耐压试管内部，所述空心管顶端位于所述被测岩石薄片下方，所述三通阀上端设置有螺栓，所述三通阀通过螺栓与所述密封帽连接，所述三通阀与所述空心管相连通，所述三通阀一侧连接有注射器，所述三通阀另一侧连接有压力表。

3.根据权利要求2所述的一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置，其特征在于：所述加热机构包括加热套，所述加热套包覆于所述耐压试管外壁，所述加热套上连接有用于控制加热温度的加热控温系统。

4.根据权利要求3所述的一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置，其特征在于：所述加热套内部设置有用于检测温度的温度探针，所述温度探针与所述加热控温系统相配合。

5.根据权利要求4所述的一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测装置，其特征在于：所述观察机构包括光源和摄像头，所述光源位于所述耐压试管一侧，所述摄像头位于所述耐压试管另一侧，且所述光源、被测岩石薄片及摄像头位于同一水平光轴上，所述摄像头上连接有用于采集数据的计算机。

6.一种高温密闭环境下岩石表面润湿反转检测方法，基于权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：