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第 10 期 叶仲斌，等: 注入水成分对油藏中液固界面 Zeta 电位的影响 ·1767·

层水的烧杯中，在 60 ¥、200 r/min 下搅拌 24 h， 1.3 Zeta 电位的测定
+
2+
2+
过滤，60 ¥的烘箱中干燥滤饼。然后，将 50 g 饱和 分别吸取含 Na 、Ca 、Mg 不同质量浓度、
盐水的模拟岩石颗粒加入到 400 g 模拟油中，混合 不同 pH 的溶液与原油乳液或岩石悬浮液的混合物，
均匀后，在 60 ¥、100 r/min 下搅拌 3 d 后停止搅拌， 加入至样品池中，插入电极。对测量参数进行设置，
将混合物静置饱和吸附 5 d。经过减压抽滤、在 80 ¥ 在室温下用 Zeta 电位及粒度分析仪进行测定 [14] 。每
下干燥，得到岩石颗粒表面油膜样品，称重，装样， 个样品运行 6 次，每次循环 5 次，由仪器自动计算，
密封，备用 [13] 。 记录平均值。

表 1 模拟地层水组成
Table1 Simulated formation water composition
2+
+
2
Na 、K + Ca 2+ Mg CO 3 2 HCO 3  SO 4 Cl  TDS
质量浓度/（mg/L） 3091.96 276.17 158.68 14.21 311.48 85.29 5436.34 9374.12

1.4 润湿接触角和油膜脱附量的测定 致岩石固体颗粒表面的 Zeta 电位绝对值减小，其对
润湿接触角的测定：将饱和油的岩心切片放入 带负电原油在岩石表面吸附的可能性增加。
所配制的不同离子类型、离子组成、pH 的盐水溶液
中浸泡 7 d。将岩心切片置于接触角测量仪载物台
上，用相对应的盐水溶液滴于岩心切片上，2 min
后进行影像采集和接触角测定 [15] 。
岩石颗粒表面油膜脱附量测定：称取 2 g 表面
2+
+
含油膜岩石颗粒加入到 200 mL 含 Na 、Ca 、Mg 2+
质量浓度分别为 200、600、1000、3000 、5000 mg/L
的 NaCl、CaCl 2 、MgCl 2 溶液中，在 30 ¥下搅拌
10 h。然后，上层溶液用石油醚进行萃取，分层，
过滤。将萃取液用石油醚进行定容（100 mL），然后
用紫外分光光度计测定 [16] 。采用同样的方法将 2 g 图 1 模拟岩石/NaCl(CaCl 2 、MgCl 2 )盐水界面 Zeta 电位
2+
+
表面含油膜岩石颗粒加入到 200 mL 含 Na 、Ca 、 与质量浓度关系
2+
Mg 质量浓度为 200 mg/L，且 pH 分别为 3、5、6、 Fig. 1 Relationship between Zeta potential of simulated
rock/NaCl (CaCl 2 , MgCl 2 ) brine interface and ion
7、9 的 NaCl、CaCl 2 、MgCl 2 溶液中进行上述实验。 mass concentration

水解实验方法：改变 Ca(OH) 2 和 Mg(OH) 2 溶液 对比图 1 中相同质量浓度含 Na 和 Ca 溶液对
2+
+
的 pH 从 8 到 14，用滴定法 [17-18] 测定对应 pH 时各 应的 Zeta 电位值，可以发现，NaCl 溶液中的 Zeta
物质的浓度，作图。
电位绝对值均比 CaCl 2 溶液的大。在离子质量浓度
分别为 200、600、1000、3000、5000 mg/L 时，NaCl、
2 结果与讨论
CaCl 2 溶液中模拟岩石表面的 Zeta 电位值分别为
2.1 注入水对岩石、原油界面 Zeta 电位的影响 31.75、26.85、22.99、18.03、12.01 mV 和
2.1.1 不同成分注入水对岩石界面 Zeta 电位的影响 13.81、11.25、6.41、3.64、1.21 mV。CaCl 2
模拟岩石/NaCl(CaCl 2 、MgCl 2 )盐水界面 Zeta 电 溶液所测得 Zeta 电位绝对值均比 NaCl 溶液所测得
位与质量浓度关系见图 1。 的电位绝对值小，即在 CaCl 2 溶液中模拟岩石表面
+
由图 1 可以看出，随着 Na 质量浓度的升高， 所剩的净负电荷相对较少。这表明在盐水溶液中，
+
2+
模拟岩石界面的 Zata 电位从31.75 mV 增加到 相对于 Na 而言，二价 Ca 对模拟岩石表面的扩散
12.01 mV，其电位绝对值减小，即其带负电性减弱。 层具有更强的压缩能力，中和模拟岩石表面负电荷
2+
2+
随着 Ca 和 Mg 质量浓度的增加，模拟岩石表面 的能力较强。对于带负电荷的岩石颗粒而言，在中
+
2+
Zeta 电位绝对值也随着减小，带负电性减弱，甚至 和等量负电荷的条件下，消耗的 Na 质量为 Ca 的
还会出现反转情况。这主要是因为模拟岩石颗粒表 两倍。然而在 CaCl 2 、NaCl 溶液中，其离子质量浓
+
+
2+
面原本带负电，对 Na 具有吸附作用。当 Na 质量浓 度相同时，Ca 对岩石表面电荷的影响更为明显，
+
度增加时，Na 经扩散层进入到紧密层的量增多，促 可能不利于原油在岩石表面发生脱附。
+
使吸附在模拟岩石颗粒表面附近的 Na （反离子） 模拟岩石/NaCl(CaCl 2 、MgCl 2 )盐水界面 Zeta 电
增加，对岩石表面负电荷的中和能力增强，最终导 位与 pH 关系见图 2。