石立華 魏登峰 常毓文 黨海龍 董濤 師調(diào)調(diào) 王菲菲

收稿日期：2023-04-21

基金項(xiàng)目： 陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（2023-JC-YB-423，2022JQ-290）

第一作者及通信作者： 石立華（1983-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_(kāi)發(fā)理論與方法。E-mail：slhhjn2008@163.com。

文章編號(hào)：1673-5005（2024）02-0099-10??? doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2024.02.011

摘要：針對(duì)目前巖心滲吸周期長(zhǎng)、計(jì)量不準(zhǔn)確且現(xiàn)有微觀模型參數(shù)設(shè)計(jì)未涉及到致密儲(chǔ)層典型喉道尺寸等問(wèn)題，設(shè)計(jì)考慮不同喉道尺寸、孔隙形狀、孔喉比、喉道與孔隙連接位置、配位數(shù)玻璃制成的喉道和孔隙雙深度及硅-玻璃制成的均深刻蝕微流控模型，并通過(guò)高溫氧化硅鍍層實(shí)現(xiàn)流道內(nèi)部潤(rùn)濕性一致，開(kāi)展蒸餾水-油、油-異丙醇-蒸餾水型體系的一系列滲吸試驗(yàn)。結(jié)果表明：喉道中存在薄膜流動(dòng)，且薄膜流動(dòng)速度遠(yuǎn)快于滲吸彎液面移動(dòng)速度， 不規(guī)則滲吸界面是由喉道內(nèi)表面粗糙度引起的，薄膜流動(dòng)對(duì)孔喉滲吸效果影響顯著；滲吸早期，寬喉道對(duì)于滲吸作用的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于窄喉道，潤(rùn)濕性增加有利于潤(rùn)濕相向擴(kuò)徑區(qū)域滲吸；薄膜流動(dòng)避免了潤(rùn)濕相在喉道中的卡斷現(xiàn)象，而是以間斷薄膜流動(dòng)形式繼續(xù)向出口流動(dòng)；較小的潤(rùn)濕角和迂曲度有利于滲吸作用，滲吸的距離更遠(yuǎn)，滲吸前緣更為均勻，配位數(shù)、孔隙形狀及大小對(duì)滲吸影響較小，主要受孔隙與喉道接觸位置的開(kāi)口大小決定，潤(rùn)濕性決定滲吸在各種孔喉結(jié)構(gòu)下的整體效果。

關(guān)鍵詞：致密油藏； 滲吸機(jī)制； 微流控模型； 潤(rùn)濕相體系

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 348??? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引用格式：石立華，魏登峰，常毓文，等. 基于微流控模型的致密油藏微觀滲吸機(jī)制試驗(yàn)［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，48（2）：99-108.

SHI Lihua， WEI Dengfeng， CHANG Yuwen， et al. Experiment on micro imbibition mechanisms of tight reservoirs based on a microfluidic model［J］. Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2024，48（2）：99-108.

Experiment on micro imbibition mechanisms of tight reservoirs based on a microfluidic model

SHI Lihua1，2， WEI Dengfeng1， CHANG Yuwen3， DANG Hailong1，2， DONG Tao1， SHI Tiaotiao1， WANG Feifei1

（1.Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum （Group） Company Limited， Xian 710065， China;

2.Shaanxi Research Center for Exploration and Development Engineering Technology of Extra Low Permeability Oil and Gas， Xian 710065， China;

3.Research Institute of Petroleum Exploration & Development， CNPC， Beijing 100083， China）

Abstract： Aiming at the problems of long core imbibition duration， inaccurate measurement and the existing microscopic model not involving the typical throat size of tight reservoirs， in this study， a novel microfluidic model made of corroded silicon-glass to simulate the pore structures in tight reservoirs was designed， in which different throat size， pore shape， pore throat ratio， throat and pore connection position can be considered.? The consistency of internal wettability of the pores and channels was achieved through high-temperature silicon oxide coating. A series of imbibition experiments using distilled water-oil and oil-isopropanol-distilled water were carried out. The results show that there is a film flow inside the throat， and its velocity is much faster than that of the moving suction meniscus. The irregular suction interface can be caused by the roughness of the inner surface of the throat， and the film flow has a significant impact on the pore throat infiltration effect. At the early stage of imbibition， the contribution of wide throats to imbibition is far greater than that of narrow throats， and the increase of wettability is conducive to the imbibition of the wetting phase towards the expanding area. The film flow can avoid blocking of the wetting phase in the throats， but it continues to flow towards the outlet in the form of discontinuous film flow. Smaller wetting angle and tortuosity are conducive to imbibition. The longer of the imbibition distance， the more uniform of the leading edge of imbibition， and the coordination number， pore shape and size have less influence on imbibition. The imbibition is mainly determined by the size of the opening at the contact position between pores and throats， and the wettability determines the overall effect of imbibition in various pore throat structures.

Keywords： tight reservoir; imbibition mechanism; microfluidic model; wetting phase system

致密油藏孔喉復(fù)雜，發(fā)育微裂縫，非均質(zhì)性強(qiáng)，油水滲流系統(tǒng)復(fù)雜，滲吸行為難以直接準(zhǔn)確判斷 ［1］。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在微觀滲吸機(jī)制方面的試驗(yàn)和理論研究較少。高輝［2］揭示了滲吸與驅(qū)替作用下孔道中流體分布特征；Erickson等［3］明確了氣液系統(tǒng)下縮徑-擴(kuò)徑和擴(kuò)徑-縮徑毛管中的自發(fā)滲吸過(guò)程；Yang等［4］推導(dǎo)出了氣液系統(tǒng)下非等徑毛管模型下的滲吸理論公式及主控因素；黃興等［5］利用核磁共振手段，揭示了中小孔隙以滲吸為主，大孔隙以驅(qū)替為主的微觀滲吸規(guī)律；于馥偉等［6］研究了不同尺寸、不同潤(rùn)濕性和不同邊界條件的裂縫-基質(zhì)滲吸微流控模型，揭示了裂縫-基質(zhì)的油水滲吸置換機(jī)制；石立華等［7-8］通過(guò)微流控試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法，明確了影響薄膜流動(dòng)的主控因素等。目前滲吸研究未考慮液液系統(tǒng)下的薄膜流動(dòng)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)模型缺乏致密儲(chǔ)層典型的刻蝕通道巖石特征［9-18］。為了揭示致密儲(chǔ)層的微觀滲吸規(guī)律，筆者基于微流控可視化試驗(yàn)，設(shè)計(jì)考慮不同喉道尺寸、孔隙形狀、孔喉比、喉道與孔隙連接位置、配位數(shù)玻璃制成的喉道和孔隙雙深度及硅-玻璃制成的均深刻蝕微流控模型，開(kāi)展蒸餾水-油、油-異丙醇-蒸餾水型體系的一系列滲吸機(jī)制試驗(yàn)。

1? 微觀模型滲吸試驗(yàn)

1.1? 微觀試驗(yàn)裝置及流程

設(shè)計(jì)一套恒溫微負(fù)壓暗室微觀試驗(yàn)觀測(cè)系統(tǒng)，見(jiàn)圖1。試驗(yàn)儀器包括電腦、微流泵（Chemyx，F(xiàn)usion100）、注射器（Hamilton，2.5 mL氣密性注射器）、過(guò)濾器（Swagelok，0.2 μm喉徑濾芯，加拿大）、燒杯、顯微鏡系統(tǒng)（Olympus，SZX2～ZB16，美國(guó)）和2.3MP MONO CMOS攝像機(jī)（Olympus Canada Inc.，加拿大）等。

1.2? 試驗(yàn)芯片設(shè)計(jì)

芯片1是玻璃制成的雙深度刻蝕模型（圖2），該模型設(shè)計(jì)120多個(gè)孔喉類(lèi)型，考慮喉道尺寸、孔隙尺寸、孔隙形狀、孔喉比、喉道與孔隙連接位置及配位數(shù)的影響，喉道刻蝕深度100 nm，孔隙刻蝕深度30 μm，孔隙內(nèi)切圓半徑為25～250 μm，孔喉配位數(shù)為2、3、4，孔隙形狀為正方形、圓形及三角形。芯片有4個(gè)入口、4個(gè)出口，芯片1孔喉有效毛管半徑比為300，可最大限度地還原致密儲(chǔ)層巖石孔喉比。芯片2～5為硅和玻璃制成的均深刻蝕模型，流道均刻深度為10 μm，硅表面有一層厚度約為200 nm的氧化膜。芯片2用于研究喉道尺寸對(duì)不同潤(rùn)濕性流體滲吸的影響，芯片3研究單一孔隙形狀、尺寸、孔喉比和喉道與孔隙連接位置對(duì)滲吸的影響。芯片4研究多孔隙串聯(lián)時(shí)在不同潤(rùn)濕性流體受孔喉參數(shù)的影響。芯片5用于研究孔喉網(wǎng)絡(luò)下不同潤(rùn)濕性流體的滲吸規(guī)律。非潤(rùn)濕相均為空氣和N.4標(biāo)準(zhǔn)油樣（Cannon Instrument Company，加拿大）。N.4標(biāo)準(zhǔn)油樣主要由己烷、己烷同分異構(gòu)體、甲基環(huán)戊烷等組成，標(biāo)況（0.1 MPa，20 ℃）下黏度為0.32 mPa·s，潤(rùn)濕相為蒸餾水或蒸餾水與異丙醇的混合物，標(biāo)況下黏度為1 mPa·s，采用熒光染色鈉鹽染色水或蘇丹紅染色非潤(rùn)相油。

1.3? 試驗(yàn)步驟

搭建微觀試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)流體為標(biāo)準(zhǔn)油樣、蒸餾水、染色蒸餾水、染色蒸餾水與丙醇混合溶液（體積比1∶1）、CO2、染色油樣、油樣、甲苯、異丙醇、丙酮和甲醇和鹽酸。試驗(yàn)步驟為：

（1）確定完測(cè)試流體后，在芯片材料（玻璃和氧化硅）試片表面進(jìn)行靜態(tài)潤(rùn)濕角的測(cè)量。

（2）用純凈無(wú)雜質(zhì)的CO2測(cè)試芯片所有注入、流出接口與芯片流道的連通性。

（3）將管線、雜質(zhì)過(guò)濾器、注射器（Hamilton，2.5 m氣密性注射器）、微流泵等與微觀模型相連等待試驗(yàn)。

（4）將裝有標(biāo)準(zhǔn)油樣的注射器裝入微流泵，用微流泵以0.001 mL/min的流速向芯片注入標(biāo)準(zhǔn)油樣。

（5）在與注入標(biāo)準(zhǔn)油樣接口平行的接口接入另一只裝有潤(rùn)濕相流體的注射器，用微流泵操控裝有非潤(rùn)濕相和潤(rùn)濕相的兩只注射器，以相同流速（0.001 mL/min）向芯片兩個(gè)平行的導(dǎo)流通道同時(shí)注入油相和水相。

（6）用顯微鏡定位研究孔喉區(qū)域，打開(kāi)攝像機(jī)，記錄滲吸過(guò)程。將芯片從夾持器中取出，采用真空泵循環(huán)吸入蒸餾水，甲苯/甲醇（體積比1∶1）的混合液對(duì)芯片所有流道進(jìn)行清理和潤(rùn)濕性還原，潤(rùn)濕角改變量小于5°。

（7）在40 ℃下烘干芯片，用甲醇對(duì)芯片潤(rùn)濕性還原情況進(jìn)行驗(yàn)證。若在甲醇-空氣系統(tǒng)下喉道內(nèi)未觀測(cè)到穩(wěn)定的潤(rùn)濕角，則重復(fù)步驟（6）和（7）。

（8）當(dāng)芯片通過(guò)步驟（7）的潤(rùn)濕性檢測(cè)后，可重復(fù)步驟（3）～（6）在同一塊芯片上進(jìn)行二次試驗(yàn)。

1.4? 潤(rùn)濕角測(cè)量

試驗(yàn)器材為潤(rùn)濕角測(cè)量?jī)x（Rame-hart，美國(guó)）、氧化硅樣片和潤(rùn)濕角測(cè)量軟件。潤(rùn)濕角測(cè)量前，對(duì)測(cè)試表面進(jìn)行4 h的甲苯/甲醇（體積比1∶1）浸泡、30 min以上超聲波清潔和2 h、40 ℃烘干以保證表面清潔，測(cè)試流體為蒸餾水、染色蒸餾水及染色蒸餾水與丙醇的混合液（體積比1∶1）。結(jié)果表明：相同流體在玻璃和氧化硅材料表面的潤(rùn)濕角平均值差別不大；染色劑對(duì)于潤(rùn)濕相在材料表面潤(rùn)濕角的影響不大；蒸餾水和染色蒸餾水在兩種材料表面的潤(rùn)濕角為50°～60°，染色蒸餾水與異丙醇混合溶液在兩種材料表面的潤(rùn)濕角約為20°。

2? 雙深度玻璃芯片刻蝕模型微觀滲吸機(jī)制試驗(yàn)

本次試驗(yàn)主要研究配位數(shù)和喉道寬度對(duì)滲吸過(guò)程的影響，潤(rùn)濕相為蒸餾水和異丙醇混合溶液（體積比1∶1），非潤(rùn)濕相為空氣。圖3為異丙醇-蒸餾水-空氣系統(tǒng)下的滲吸過(guò)程的部分截圖，圖3（a）中喉道的位置用黑線進(jìn)行標(biāo)注，孔喉參數(shù)見(jiàn)表1。由圖3（b）看出，潤(rùn)濕流體從上方導(dǎo)流通道進(jìn)入，通過(guò)喉道滲吸進(jìn)入孔隙和下方導(dǎo)流通道，黑色箭頭所指位置為觀測(cè)到的滲吸前緣位置，在滲吸彎液面未到達(dá)設(shè)計(jì)孔喉位置時(shí)，孔喉結(jié)構(gòu)1-01已經(jīng)完成喉道部分滲吸，表明滲吸過(guò)程中存在薄膜流動(dòng)，薄膜流動(dòng)的速度遠(yuǎn)大于滲吸彎液面的移動(dòng)速度。滲吸進(jìn)入孔隙約1 min后在孔隙下方喉道處觀測(cè)到滲吸界面，整個(gè)滲吸過(guò)程中未在喉道或孔隙內(nèi)觀測(cè)到規(guī)則的滲吸彎液面，也沒(méi)有觀測(cè)到穩(wěn)定的彎液面和潤(rùn)濕角。圖3（c）中紅色圓圈代表滲吸終止位置，配位數(shù)為3的孔喉結(jié)構(gòu)（試驗(yàn)5和6）均完全完成滲吸，配位數(shù)為4的孔喉結(jié)構(gòu)（試驗(yàn)7和8）沒(méi)有全部完成滲吸過(guò)程，試驗(yàn)過(guò)程中未觀測(cè)到逆向滲吸，配位數(shù)的增加不一定會(huì)提高潤(rùn)濕相滲吸進(jìn)入孔隙的幾率，強(qiáng)潤(rùn)濕情況下薄膜流動(dòng)移動(dòng)的距離遠(yuǎn)大于彎液面移動(dòng)的距離（圖3（d）），大部分孔喉結(jié)構(gòu)在彎液面到達(dá)前已完成滲吸過(guò)程，部分滲吸過(guò)程未被及時(shí)捕捉到?？缀肀葹?時(shí)喉道起主要作用，滲吸完全，喉道內(nèi)滲吸過(guò)程不存在彎液面，潤(rùn)濕相以塊狀分散式的方式充滿喉道；孔喉比大于2時(shí)滲吸終止于孔隙內(nèi)部，此時(shí)孔隙起主要作用。試驗(yàn)過(guò)程中觀察到芯片1喉道中出現(xiàn)多個(gè)不規(guī)則的滲吸界面（圖4（a）紅圈），兩相流體的界面不存在單一彎液面，當(dāng)喉道深度降至納米級(jí)后，表面粗糙度對(duì)滲吸界面影響較大，芯片1中觀測(cè)到的不規(guī)則滲吸界面是由粗糙度引起的，這一現(xiàn)象與Sun等［17］在粗糙流道內(nèi)觀測(cè)到的滲吸結(jié)果基本一致。

3? 均深刻蝕模型微觀滲吸機(jī)制試驗(yàn)

3.1? 孔隙喉道尺寸對(duì)滲吸規(guī)律的影響

芯片2喉道寬度分別為20、10、5和3 μm，流道刻蝕深度為10 μm，孔喉結(jié)構(gòu)由兩條寬度為2000 μm的導(dǎo)流通道相連，相鄰兩喉道中心線距離為1000 μm。試驗(yàn)9～12的潤(rùn)濕相為蒸餾水和異丙醇混合溶液（體積比1∶1），試驗(yàn)13～16的潤(rùn)濕相為蒸餾水，所有喉道飽和完N.4標(biāo)準(zhǔn)油樣，以相同的速度（0.0001 mL/min）同時(shí)向接口1和接口3注入潤(rùn)濕相和非潤(rùn)濕相，喉道兩端壓力保持相等。滲吸過(guò)程如圖5所示，可以看出，孔喉中動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕角為15°，當(dāng)潤(rùn)濕相通過(guò)導(dǎo)流通道快速流過(guò)喉道后，在所有喉道內(nèi)迅速完成了滲吸過(guò)程，滲吸流過(guò)喉道后，由較大喉道向另一導(dǎo)流通道流動(dòng)，形成新的兩相界面；寬度為5與3 μm的喉道，同樣向另一導(dǎo)流通道流動(dòng)，在新界面處的滲吸速度較小，最終與大喉道的界面形成統(tǒng)一界面。分析認(rèn)為，在微觀孔喉級(jí)別下，逆向滲吸的發(fā)生主要是由于連接孔隙的兩個(gè)喉道提供的毛管力不同而導(dǎo)致的潤(rùn)濕相由小喉道進(jìn)入，非潤(rùn)濕相由大喉道排出造成的，潤(rùn)濕相自發(fā)滲吸更容易在大喉道發(fā)生，并快速向更大尺寸孔隙滲吸，在微觀尺寸下同向滲吸比逆向滲吸更容易發(fā)生。滲吸結(jié)果（圖6）表明，潤(rùn)濕相為蒸餾水和異丙醇混合溶液時(shí)，潤(rùn)濕相通過(guò)導(dǎo)流通道流經(jīng)喉道附近區(qū)域，所有喉道均迅速完成滲吸過(guò)程，并通過(guò)喉道大面積滲吸進(jìn)入出口端較大寬度的導(dǎo)流通道，通過(guò)寬喉道滲吸進(jìn)入擴(kuò)徑區(qū)域的流體明顯多于窄喉道的供液量，寬喉道對(duì)于滲吸作用的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于窄喉道；潤(rùn)濕相為蒸餾水時(shí)，所有喉道也迅速完成滲吸，但均未進(jìn)入導(dǎo)流通道。

試驗(yàn)13～16喉道滲吸結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，潤(rùn)濕相通過(guò)導(dǎo)流通道流經(jīng)喉道附近區(qū)域時(shí)，試驗(yàn)13～16中的所有喉道均迅速完成滲吸過(guò)程，潤(rùn)濕相沒(méi)有繼續(xù)進(jìn)入喉道上方的導(dǎo)流通道。分析認(rèn)為，蒸餾水在芯片材料表面的潤(rùn)濕角較大（約60°），導(dǎo)流通道內(nèi)的毛管力突然減小，因此喉道內(nèi)流體未能通過(guò)滲吸作用進(jìn)入擴(kuò)徑孔隙。

3.2? 孔隙連接位置對(duì)滲吸規(guī)律的影響

表2為芯片3的喉道參數(shù)及滲吸完成情況，分析孔隙連接位置對(duì)滲吸規(guī)律的影響。芯片3喉道寬度為8和3 μm，孔隙形狀為圓形、正方形及3種夾角的菱形，孔喉比為100、33、17，流道刻蝕深度為10 μm，孔喉結(jié)構(gòu)由兩條寬為300 μm的導(dǎo)流通道相連，潤(rùn)濕相和非潤(rùn)濕相分別從芯片同側(cè)兩個(gè)接口注入，分別用染色水-異丙醇混合液（試驗(yàn)17～30）和蒸餾水（試驗(yàn)31～44）作為潤(rùn)濕相。

試驗(yàn)表明，染色水-異丙醇混合液滲吸進(jìn)入所有孔喉結(jié)構(gòu)，發(fā)生完全滲吸，圖8中白色為潤(rùn)濕相在

研究孔喉的左側(cè)，黑色為非潤(rùn)濕相在研究孔喉的右側(cè)，滲吸過(guò)程由左向右發(fā)生，潤(rùn)濕相為染色水和異丙醇的混合溶液（體積比1∶1），潤(rùn)濕角為20°，非潤(rùn)濕相為標(biāo)準(zhǔn)油樣N.4，黏度為0.38 mPa·s，滲吸過(guò)程持續(xù)60 s，潤(rùn)濕相在迅速充滿較大喉道（8 μm）后，進(jìn)入半徑更大的孔隙時(shí)毛管壓力驟降，潤(rùn)濕相在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)（圖8的0.54～84 s）僅充滿孔隙的角隅，潤(rùn)濕相仍以薄膜流的形式在小喉道（3 μm）中流動(dòng)。由圖8中藍(lán)色框標(biāo)出的區(qū)域看出，喉道內(nèi)薄膜流未出現(xiàn)卡斷現(xiàn)象，以間斷形式持續(xù)流動(dòng)，之后孔隙內(nèi)非潤(rùn)濕相體積迅速減小，間斷式的薄膜流動(dòng)停止（圖8的94～104 s），直至所有非潤(rùn)濕相被排出孔隙，較小喉道內(nèi)充滿潤(rùn)濕相后，薄膜迅速在導(dǎo)流通道內(nèi)形成，如圖8中紅色框區(qū)域。芯片3中3-05孔喉為染色水-異丙醇-N.4標(biāo)準(zhǔn)油樣系統(tǒng)下的滲吸，喉道與孔

隙連通處夾角為120°，同樣出現(xiàn)間斷式薄膜流動(dòng)現(xiàn)象且潤(rùn)濕相最終完整充滿孔隙，說(shuō)明在單一孔喉中，較小的潤(rùn)濕角有利于滲吸作用，孔隙的形狀和大小對(duì)液液體統(tǒng)下的滲吸效果影響較小。將潤(rùn)濕相換成蒸餾水，非潤(rùn)相換成染色標(biāo)準(zhǔn)油樣，此時(shí)蒸餾水在孔喉中潤(rùn)濕角約為81°，在較小孔喉比（小于12）時(shí)，滲吸將孔喉內(nèi)的非潤(rùn)濕相排出，孔隙形狀的影響較小，當(dāng)孔喉比大于38時(shí)，孔隙形狀對(duì)滲吸效果影響顯著增強(qiáng)，3-03孔喉結(jié)構(gòu)中發(fā)生完全滲吸，3-04孔喉結(jié)構(gòu)中僅發(fā)生部分滲吸，3-05孔喉結(jié)構(gòu)中滲吸僅發(fā)生在喉道部分，較小潤(rùn)濕角有助于潤(rùn)濕相滲吸進(jìn)入更大孔喉比巖石系統(tǒng)。

3.3? 孔喉串聯(lián)模式對(duì)滲吸規(guī)律的影響

圖9為芯片4整體設(shè)計(jì)及局部孔喉放大圖。表3為芯片4的孔喉設(shè)計(jì)參數(shù)以及潤(rùn)濕相（蒸餾水）和非潤(rùn)濕相（N.4標(biāo)準(zhǔn)油樣）下滲吸完成情況，分析孔喉串聯(lián)模式對(duì)滲吸規(guī)律的影響。喉道與孔隙連接的位置為孔隙形狀頂點(diǎn)和孔隙形狀邊。芯片4共有12種孔喉結(jié)構(gòu)，流道刻蝕深度均為10 μm，孔喉結(jié)構(gòu)由兩條寬為300 μm的導(dǎo)流通道相連?？紫秲?nèi)切圓半徑為25和100 μm，孔喉比為16.7和66.7，喉道長(zhǎng)度與孔隙內(nèi)切圓半徑之比為4和0.5。

圖10為蒸餾水-異丙醇-染色N.4標(biāo)準(zhǔn)油樣系統(tǒng)下，芯片4的12種孔喉結(jié)構(gòu)的滲吸結(jié)果（試驗(yàn)45～56）。試驗(yàn)結(jié)果表明，相同條件下，滲吸完成情況影響因素有潤(rùn)濕性、迂曲度、孔隙形狀、喉道長(zhǎng)度。迂曲度越小，喉道越長(zhǎng)，滲吸完成情況越好，且迂曲度影響大于孔隙形狀。在強(qiáng)潤(rùn)濕性的情況下，所有孔隙均通過(guò)滲吸將非潤(rùn)濕相排除，潤(rùn)濕性決定著不同孔喉結(jié)構(gòu)中的滲吸效果。

在蒸餾水-染色油系統(tǒng)下（試驗(yàn)57～68），4-01～4-06（試驗(yàn)57～62）孔喉結(jié)構(gòu)發(fā)生了完全滲吸，孔隙內(nèi)非潤(rùn)濕相完全驅(qū)替，4-07～4-12（試驗(yàn)63～68）孔喉結(jié)構(gòu)部分發(fā)生了滲吸，僅驅(qū)替出了部分角隅的非潤(rùn)濕相。滲吸完成情況影響因素主要為孔喉比，喉道長(zhǎng)度與孔隙內(nèi)切圓半徑之比對(duì)滲吸效果影響較小?？缀肀仍酱?，滲吸效果越差，4-07～4-12孔喉結(jié)構(gòu)中大量的非潤(rùn)相滯留在孔隙中部。

3.4? 復(fù)雜孔喉網(wǎng)絡(luò)對(duì)滲吸規(guī)律的影響

圖11為芯片5在蒸餾水-異丙醇-染色油和蒸餾水-染色油系統(tǒng)下，不同孔喉形狀和內(nèi)切圓半徑的滲吸試驗(yàn)，分析復(fù)雜孔喉網(wǎng)絡(luò)對(duì)滲吸規(guī)律的影響。5-01芯片孔喉為三角形，內(nèi)切圓半徑為37.7 μm，5-02芯片孔喉為菱形，內(nèi)切圓半徑為100 μm，刻蝕深度均為10 μm，喉道寬度均為3 μm，圖11中黑色曲線為滲吸界面位置。試驗(yàn)表明，蒸餾水-異丙醇-染色油系統(tǒng)下，5-01孔隙網(wǎng)絡(luò)孔隙發(fā)生完全滲吸的距離約為3625 μm，5-02孔隙網(wǎng)絡(luò)中完全滲吸距離為1869 μm，三角形孔隙（5-01）較菱形孔隙（5-02）壓實(shí)后孔隙更小，毛管力更大，滲吸作用更強(qiáng)；蒸餾水-染色油系統(tǒng)下，5-01與5-02芯片的滲吸距離基本相同，且遠(yuǎn)小于蒸餾水-異丙醇-染色油系統(tǒng)下的滲吸距離。改善致密儲(chǔ)層巖石的潤(rùn)濕性不僅可使?jié)B吸距離更遠(yuǎn)，也可使?jié)B吸前緣更為均勻。

4? 結(jié)? 論

（1）玻璃芯片雙深度和硅底均深刻蝕微觀芯片微觀模型中當(dāng)潤(rùn)濕角大于20°時(shí)，薄膜流動(dòng)不存在，潤(rùn)濕角小于20°時(shí)，薄膜流動(dòng)速度會(huì)隨著潤(rùn)濕角的減小而增加，薄膜流動(dòng)對(duì)彎液面滲吸速度影響較大，薄膜流動(dòng)使孔喉表面潤(rùn)濕性更為均質(zhì)，減弱了孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)滲吸作用的不利影響。

（2）微流控滲吸試驗(yàn)驗(yàn)證了薄膜流動(dòng)的存在。薄膜流動(dòng)情況下，配位數(shù)的增加并不一定會(huì)增加滲吸驅(qū)替出大孔隙非潤(rùn)濕相機(jī)會(huì)，潤(rùn)濕性增加有利于潤(rùn)濕相向擴(kuò)徑區(qū)域滲吸，形成多喉道協(xié)同滲吸作用，同向滲吸過(guò)程比逆向滲吸過(guò)程更容易發(fā)生。

（3）在蒸餾水-異丙醇-油樣滲吸過(guò)程，滲吸過(guò)程先充滿孔隙角隅，潤(rùn)濕相在滲吸過(guò)程中沒(méi)有在喉道形成卡斷現(xiàn)象，以間斷薄膜流動(dòng)形式繼續(xù)向出口流動(dòng)，間斷式薄膜流動(dòng)是滲吸完全的主要原因，孔隙與喉道接觸位置的開(kāi)口大小決定了潤(rùn)濕相是否可以滲吸進(jìn)入孔隙，提高致密儲(chǔ)層巖石的潤(rùn)濕角不僅可使?jié)B吸的距離更遠(yuǎn)，滲吸前緣也更均勻。

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（編輯? 李志芬）