页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统技术方案

本申请公开一种页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，包括：恒温箱；滴液装置；所述滴液装置包括支撑平台、设置于支撑平台上的第一移动机构、滑块、以及位于滑块的滴液组件；所述滴液组件用于向页岩样品滴液；所述第一移动机构能将所述滑块沿水平和垂直方向移动；抛光装置；所述抛光装置包括样品平台、设置于所述样品平台上的样品釜、加热组件、抛光机、第二移动机构；所述第二移动机构能够将所述页岩样品沿水平和垂直方向移动；所述抛光机用于对所述页岩样品打磨抛光形成测量平面；用于拍摄液滴接触页岩样品的成像装置；控制器；所述控制器能够按照预定规则计算出页岩样品的空间接触角及润湿非均质性参数。该系统能够准确评价页岩润湿性。

Three-dimensional contact angle and wetting heterogeneity evaluation system for shale

【技术实现步骤摘要】
页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统
本申请涉及页岩润湿性表征领域，尤其涉及一种用于表征页岩润湿性的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统。
技术介绍
润湿性指的是液体在固体表面铺展的能力或倾向性，取决于固体—流体及流体之间的界面张力、粗糙程度等因素。岩石的润湿性则是岩石中不同矿物成分与流体相互作用的特征，反映了岩石亲油或亲水的特点。微观上，润湿相附着在颗粒表面影响孔隙吼道毛细管力的大小和方向，从而决定岩石内部流体渗流特性。因此，研究岩石储层的润湿性是油气田开发中的热点问题。特别对于页岩等非常规油气资源，孔隙主要以微纳米级为主，而润湿相流体倾向于较小的孔隙同时将非润湿相排出，因此了解储层的润湿性对油气运移、提高采收率具有重要意义，同样是分析储层压裂液损失的重要步骤。目前，适用于页岩储层润湿性的测量方法较少并且具有一定的局限性，从而影响了页岩气开发。常用的研究油气储层润湿性的方法主要包括自吸法、接触角实验和Amott法和USBM法。接触角指的是在岩石水平平面上液-固-气三相的交界处固体表面的切线与液体表面的切线的夹角θ，当润湿性很好时，液滴在岩石表面完全铺开，θ接近于0°；当润湿性很差时，液滴在岩样表面包成一团，接触角接近180°。Young(1805)提出的Young方程描述了接触角和三个界面张力间的关系，是接触角测试的基础理论。接触角值的测量有二种常用的方法：基于称量的ModifiedWilhelmyPlate方法和基于液面形状分析的光学法。自吸实验通过间接方法评价润湿性，依靠毛细管力使润湿相自发地从岩石表面吸入并排替非润湿相，通过水、油润湿指数间接判断岩石润湿性，当润湿性接近中性润湿时不敏感，并非任何流体都将自动驱替另一种流体。页岩微纳米孔隙十分发育，具有极低的孔隙度和渗透率，导致毛细管力巨大，从而使得Amott法和USBM法无法应用到页岩润湿性评价中。同时USBM法只能通过岩心塞测量润湿性，且无法判断一个系统是否属于混合润湿。接触角实验由于其简单、直观特性，是目前常用判断润湿性的方法，通过将岩样加工成标准岩样后，并放置在样品台通过对样品表面液滴形状进行拍照直接观测，并分析计算接触角。由于接触角实验的直观性和便利性，是目前最常用的表征页岩润湿性方法之一。但是，与常规油气藏不同，页岩同时作为烃源岩富含有机质，且矿物成分复杂，同时发育亲油的有机质孔隙和亲水的无机矿物孔隙，因此页岩在微观尺度上表现为极强的非均质性，从而反映到页岩的润湿非均质性。测试过程中，液滴大小及液滴所接触位置矿物和有机质分布决定了其接触角，此外样品表面粗糙程度不同也会导致接触角不同。因此，现有的接触角实验难以快速准确评价页岩三维接触角，从而不能准确评价页岩空间润湿性及其润湿非均质性。
技术实现思路
专利技术人经过研究发现：首先，页岩含有许多不同组分，特别是有机质的存在导致页岩的润湿性更为复杂，常规接触角测试未考虑到页岩的非均质性，只反映了页岩局部不均匀的润湿性从而无法准确判断页岩储层真实润湿性，错误的润湿性在页岩油气开发过程中对储层会造成不可逆转的损害。其次，在接触角测试过程中，接触角会随着时间变换而变化，且实验容易受到环境温度、湿度及空气流动的影响，导致实验存在较大误差。因此，本申请的一个目的是提供一种用于表征页岩润湿性的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，以能够在避免外部干扰情况下，可以在三维空间中测量页岩多平面多点位的平均接触角，从而准确评价页岩润湿性，同时根据测得接触角为评价页岩润湿性的非均质性强弱提供一种方法。为达到上述目的，本申请的技术方案如下：一种页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，包括：恒温箱；设置于所述恒温箱中的滴液装置；所述滴液装置包括固定于所述恒温箱中的支撑平台、设置于支撑平台上的第一移动机构、滑块、以及位于滑块的滴液组件；所述滴液组件用于向页岩样品滴液；所述第一移动机构能将所述滑块沿水平和垂直方向移动；设置于所述恒温箱中的抛光装置；所述抛光装置包括样品平台、设置于所述样品平台上的样品釜、加热组件、抛光机、第二移动机构；所述样品釜用于放置页岩样品；所述加热组件用于加热页岩样品；所述第二移动机构能够将所述页岩样品沿水平和垂直方向移动；所述抛光机用于对所述页岩样品打磨抛光形成测量平面；用于拍摄液滴接触页岩样品的成像装置；与所述滴液装置、所述抛光装置和所述成像装置连接的控制器；所述控制器能够控制所述抛光机对所述页岩样品多次打磨抛光形成多个测量平面，并根据所述成像装置拍摄的图像信息计算多个测量平面下页岩样品的接触角，按照预定规则计算出页岩样品的三维接触角及非均质性参数。作为一种优选的实施方式，所述控制器能控制所述滴液组件在页岩样品的测量平面的至少三个位置进行滴液并测量至少三个位置的接触角，并将至少三个位置的接触角的平均值作为平面接触角；所述控制器还能将多个测量平面的平面接触角的平均值作为空间接触角。作为一种优选的实施方式，所述预定规则包括如下公式：其中，σ为页岩样品的三维非均质性参数；θ为页岩样品的空间接触角；θin为第i个测量平面的第n个位置的接触角；i为测量平面数量；n为测量平面的接触角测量位置数量。作为一种优选的实施方式，所述控制器还能按照如下公式计算平面非均质性参数；其中，σi为第i个测量平面的非均质性参数；θi为第i个测量平面的平面接触角；θin为第i个测量平面的第n个位置的接触角；i为测量平面数量；n为测量平面的接触角测量位置数量。作为一种优选的实施方式，所述样品平台上设有多个所述样品釜、以及与所述样品釜相同数量的所述抛光机；相应的，所述滑块上设有与所述样品釜相同数量的滴液组件；所述滴液组件和所述样品釜一一对应；所述滴液组件内部设有活塞杆；所述活塞杆连接步进电机；所述步进电机连接所述控制器；所述控制器能够控制所述步进电机驱动所述活塞杆。作为一种优选的实施方式，所述抛光装置还设有抽风机、以及收集箱；所述抛光机设有阻挡粉尘的防护罩；所述收集箱安装于所述样品平台一侧；所述抽风机用于将所述抛光机产生的粉尘吸入所述收集箱中。作为一种优选的实施方式，所述控制器能通过所述抛光装置和所述滴液装置同时对多个页岩样品进行接触角测试。作为一种优选的实施方式，所述成像装置包括成像支架、安装在所述成像支架上的相机、设置于所述相机上的镜头、设置于恒温箱上的照明组件；所述成像支架固定于所述恒温箱中；所述照明组件包括冷光源；所述镜头对准所述样品平台上的样品釜。作为一种优选的实施方式，所述第二移动机构包括设置于样品釜一侧的水平位移组件和设置于样品釜底部的垂直位移组件；该垂直位移组件能够按照预定打磨厚度抬升所述样品釜中的页岩样品。作为一种优选的实施方式，所述控制器能够建立滴液装置和样品釜相对应的坐标系，并校正滴液装置的原点位置。作为一种优选的实施方式，所述控制器能够控制所述样品釜在测量平面的接触角测量完成后移动至抛光机处将页岩样品抬升预定打磨厚度，再控制抛光机将页岩样品打磨预定打磨厚度形成新的测量平面。有益效果：本实施例所提供的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统通过利用抛光机对所述页岩样品多次打磨抛光形成多个测量平面，并根据所述成像装置拍摄的图像信息计算多个测量平面下页岩样品的接触角，不同测量平面的接触角可以准确判断页岩样品的空间润本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，包括：恒温箱；设置于所述恒温箱中的滴液装置；所述滴液装置包括固定于所述恒温箱中的支撑平台、设置于支撑平台上的第一移动机构、滑块、以及位于滑块的滴液组件；所述滴液组件用于向页岩样品滴液；所述第一移动机构能将所述滑块沿水平和垂直方向移动；设置于所述恒温箱中的抛光装置；所述抛光装置包括样品平台、设置于所述样品平台上的样品釜、加热组件、抛光机、第二移动机构；所述样品釜用于放置页岩样品；所述加热组件用于加热页岩样品；所述第二移动机构能够将所述页岩样品沿水平和垂直方向移动；所述抛光机用于对所述页岩样品打磨抛光形成测量平面；用于拍摄液滴接触页岩样品的成像装置；与所述滴液装置、所述抛光装置和所述成像装置连接的控制器；所述控制器能够控制所述抛光机对所述页岩样品多次打磨抛光形成多个测量平面，并根据所述成像装置拍摄的图像信息计算多个测量平面下页岩样品的接触角，按照预定规则计算出页岩样品的三维接触角及非均质性参数。

【技术特征摘要】
1.一种页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，包括：恒温箱；设置于所述恒温箱中的滴液装置；所述滴液装置包括固定于所述恒温箱中的支撑平台、设置于支撑平台上的第一移动机构、滑块、以及位于滑块的滴液组件；所述滴液组件用于向页岩样品滴液；所述第一移动机构能将所述滑块沿水平和垂直方向移动；设置于所述恒温箱中的抛光装置；所述抛光装置包括样品平台、设置于所述样品平台上的样品釜、加热组件、抛光机、第二移动机构；所述样品釜用于放置页岩样品；所述加热组件用于加热页岩样品；所述第二移动机构能够将所述页岩样品沿水平和垂直方向移动；所述抛光机用于对所述页岩样品打磨抛光形成测量平面；用于拍摄液滴接触页岩样品的成像装置；与所述滴液装置、所述抛光装置和所述成像装置连接的控制器；所述控制器能够控制所述抛光机对所述页岩样品多次打磨抛光形成多个测量平面，并根据所述成像装置拍摄的图像信息计算多个测量平面下页岩样品的接触角，按照预定规则计算出页岩样品的三维接触角及非均质性参数。2.如权利要求1所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述控制器能控制所述滴液组件在页岩样品的测量平面的至少三个位置进行滴液并测量至少三个位置的接触角，并将至少三个位置的接触角的平均值作为平面接触角；所述控制器还能将多个测量平面的平面接触角的平均值作为空间接触角。3.如权利要求2所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述预定规则包括如下公式：其中，σ为页岩样品的三维非均质性参数；θ为页岩样品的空间接触角；θin为第i个测量平面的第n个位置的接触角；i为测量平面数量；n为测量平面的接触角测量位置数量。4.如权利要求1所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述控制器还能按照如下公式计算平面非均质性参数；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：高之业，范毓鹏，姜振学，杨威，刘冬冬，李卓，玄麒祥，成雨，熊书苓，梁祝，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11