低盐水改变砂岩表面润湿性的pH升高机理

杨 杰， 董朝霞， 向启贵， 雷 宇， 胡金燕， 彭 锋， 王兴睿

( 1. 中国石油西南油气田分公司 安全环保与技术监督研究院，四川 成都 610000； 2. 中国石油大学(北京) 科学技术研究院，北京 102249； 3. 页岩气评价与开采四川省重点实验室，四川 成都 610000 )

0 引言

注水开发是油田应用最广泛、最成熟的油田开发技术。陆上油田主要使用高矿化度地层产出水，海上油田主要使用海水，注水开发油田已进入中高含水期[1-2]。岩心实验和矿场试验等表明，低矿化度水驱能够有效降低残余油饱和度，改变砂岩表面润湿性，从而提高采收率[3-5]。低矿化度水驱是指向油藏中注入含有低浓度可溶性固体总量(TDS)的水，通常注入水的矿化度低于5.0 g/L。在低矿化度水驱过程中，由于向地层中注入的是水而不是人工合成的化学品，所以较传统提高采收率方法更加环保，且低矿化度水驱技术的使用范围更加广泛，不受温度、压力等外界环境的限制，经济效益更高。低矿化度水驱技术在阿拉斯加、怀俄明Powder River盆地和北海油田等得到应用[6-9]。

单井化学示踪剂测试发现，在低矿化度水驱提高砂岩油藏采收率时，产出水的pH一般升高2～3个单位(从6或7增大到9)[10-12]。McGuire P L等提出低矿化度水驱时pH升高原因及其改变砂岩表面润湿性的机理，即当向地层中注入低矿化度水时，注入水中的离子与砂岩表面发生离子交换，产生的氢氧根(—OH-)导致盐水pH升高，原油中的石油酸发生皂化反应而形成表面活性物质，降低油/水界面张力，砂岩表面亲水性增强，采收率提高[11]。碱驱提高砂岩油藏采收率的前提条件是原油为高酸值的，即当原油酸值>0.20 mg(KOH)/g时，可以产生足够多的表面活性剂而降低油/水界面张力[13]。Lager A等发现，虽然北海油藏的原油酸值小于0.05 mg(KOH)/g，但低矿化度水驱的采收率得到提高[14]。Yang J等发现，当初始饱和水为中性时，即使降低注入水矿化度，使采出液pH由7.0升高到8.5时，岩心采收率并没有提高[15]。因此，低矿化度水驱时，碱驱机理不是pH升高改变砂岩表面润湿性的主要机理。

Austad T等提出，低矿化度水驱时，pH升高改变砂岩表面润湿性、提高采收率的前提条件是油藏为酸性油藏，即初始饱和水为酸性，注入低矿化度水中的离子与砂岩表面发生离子交换并产生氢氧根(—OH-)，体系pH升高，影响极性组分在砂岩表面的吸附，从而改变砂岩表面润湿性并提高采收率[16]。Buckley J S等[17]和杨杰等[18]提出，原油中的酸/碱组分可以通过多种方式吸附于砂岩表面，改变砂岩表面的润湿性，包括原油中的羧酸根通过多价阳离子架桥吸附于砂岩表面、石油酸分子通过氢键吸附于砂岩表面，以及正电性石油碱通过库仑力(静电引力)吸附于砂岩表面。

Feng X J等研究不同pH条件下的酸组分(腐植酸)在砂岩矿物上的吸附，水pH的改变影响腐植酸在砂岩矿物上的吸附；水pH降低时，腐植酸在砂岩表面的吸附量增加。这是因为在低pH条件下，腐植酸以羧酸分子形式存在，羧酸分子通过氢键吸附于砂岩表面[19]。Arnarson T S等研究孔隙水中的天然有机酸(pNOM)在砂岩矿物上的吸附，且吸附量随水pH减小而显著增多。这是因为在酸性环境下，有机酸电离被抑制而形成有机酸分子，有机酸分子通过氢键吸附于矿物表面[20]。Chen J等研究碱组分(喹啉)在砂岩矿物表面的吸附，溶液pH明显影响喹啉在矿物表面的吸附量，且吸附量随溶液pH减小而增多，当溶液pH为4时，喹啉的吸附量达到最大。这是因为在酸性条件下，喹啉吸附质子而带正电，正电性喹啉通过与砂岩矿物表面的库仑力(静电引力)吸附于砂岩表面[21]。

笔者进行自渗吸和接触角实验，当初始饱和水为酸性时，从宏观上研究注入水pH升高对岩心润湿性的影响；进行Zeta电位测试及吸附实验，结合分子模拟，从微观上分析盐水pH升高改变砂岩表面润湿性的机理。

1 实验

1.1 材料及试剂

岩心：选用同一批次Berea砂岩露头岩心Ber1和Ber2用于自渗吸实验，水测渗透率为79.33×10-3、85.12×10-3μm2，孔隙度为20.99%、21.44%，直径为3.8 cm，长度为14.0 cm。

原油：Bakken原油的性质见表1。

表1 Bakken原油的性质

石英砂：选用325目石英颗粒，用去离子水清洗石英颗粒3次；再将清洗后的石英颗粒放入800 ℃温度的马弗炉，煅烧除去石英表面的有机物，得到干燥干净的石英颗粒，用于自渗吸实验。

石英片：将石英片分别放入甲苯、异丙醇、乙醇，并用超声波各清洗10 min；再用去离子水冲洗石英片3次并干燥，用于接触角实验。

模拟盐水：用分析纯盐(NaCl或CaCl2)溶于去离子水，配制用于自渗吸实验的模拟盐水。

1.2 方法

1.2.1 岩心自渗吸实验

将Berea砂岩岩心放入120 ℃温度烘箱并烘干24 h，再将干燥的岩心抽真空4 h；然后饱和初始盐水，将岩心放入岩心夹持器，加10 MPa环压，放入60 ℃温度烘箱，开启平流泵，向岩心中注入10 PV酸性初始盐水，直至岩心末端盐水pH稳定在4左右；再向岩心中注入4 PV原油，饱和油后，将岩心夹持器两端密封，放入60 ℃温度烘箱并老化14 d。检测不同时间段的自渗吸采收率。

1.2.2 接触角实验

用E5637-C型接触角测定仪，测定石英/水/原油体系中原油在石英片表面的接触角。先将预处理的石英片浸泡在比色池的溶液中1 h，待石英片表面的离子达到平衡，用带U型针头的微型注射器注射4 μL的原油，原油受浮力作用而上升，停留于石英片表面，待油滴与石英片表面平衡至少6 h；用显微镜记录油滴的形状。测定压力为标准大气压。

1.2.3 Zeta电位检测

实验采用DelsaTMNano型Zeta电位仪，在不同pH去离子水中，测定Berea砂岩颗粒/水、油/水界面的Zeta电位。

(1)Zeta电位仪样品池的清洗。依次用石油醚、乙醇、去离子水超声清洗Zeta电位仪的样品池各10 min；再用去离子水清洗样品池3次；最后用高纯氮气吹干样品池。

(2)样品的制备。将Berea砂岩岩心碾碎成325目的颗粒，将Berea砂岩颗粒与水按质量比(1∶100)混合，用高速搅拌器搅拌10 min，转速为4.0×103r/min，制备Berea砂岩颗粒/水悬浮液；将原油与水按体积比(1∶100)混合，用高速搅拌器搅拌10 min，转速为4.0×103r/min，制备原油/水乳状液。

(3)测定。用干净的注射器将样品(悬浮液/乳状液)缓慢注入样品池，避免产生气泡，再盖上样品池的盖子。测定压力为标准大气压，测定温度为60 ℃，将仪器预热10 min后进行光散射测定。

1.2.4 石英颗粒吸附苯甲酸

原油中的酸性组分通常为含苯环的酸[22-24]。在石油含氮化合物中，主要是吡咯系和吲哚系[25]。吸附实验选用苯甲酸、吲哚，分别代表原油中的模拟酸性组分及碱性组分。Berea砂岩的主要成分为石英，石英质量分数为90.0%，选用石英颗粒代表Berea砂岩。

(1)溶液的制备。制备40 mL的pH分别为1.8、4.0、7.0、9.0的去离子水，以及质量浓度为0.10 g/L的苯甲酸/吲哚溶液。

(2)石英颗粒吸附苯甲酸/吲哚。取4 g干净、干燥的石英颗粒，放入聚四氟乙烯瓶，向瓶中加入40 mL设定pH的去离子水溶液，将盛水及石英颗粒的聚四氟乙烯瓶放入摇床并摇动1 h，摇床转速为0.3×103r/min，直至水中的离子在石英颗粒表面的吸附达到平衡。取40 mL苯甲酸/吲哚溶液，倒入聚四氟乙烯瓶并进行吸附实验，用NaOH/HCl调节溶液pH至设定值，将装有石英颗粒、水、苯甲酸/吲哚的聚四氟乙烯瓶放入摇床并摇动24 h，待吸附达到平衡状态[26]，摇床转速为0.3×103r/min，保持溶液pH为设定值，温度设定为60 ℃。待吸附完成后，将悬浊液放入离心机并离心20 min，转速为3.5×103r/min，用总有机碳(TOC)仪测定上层清液中苯甲酸/吲哚的浓度，作为吸附后溶液中苯甲酸/吲哚的浓度。根据吸附前后溶液中苯甲酸/吲哚的浓度差，计算石英表面吸附的苯甲酸/吲哚的吸附量。

2 分子模拟

采用Accelrys公司开发的Material Studio软件包中的Discover和Forcite模块完成模拟，选择COMPASS力场。

COMPASS的势能函数形式[27]为

(1)

式中：Et为作用前后变化的总势能；Eb(b)为键伸缩势能；Eθ(θ)为键角弯曲势能；Eφ(φ)为二面角扭曲势能；Eχ(χ)为离平面振动势能；E(b,θ,φ)为能量交叉势能；Ec为静电相互作用能；Ev为范德华相互作用能。式(1)等号右边前5项为成键相互作用，后2项为非成键相互作用。其中Ec和Ev分别为

(2)

(3)

式(2-3)中：i、j为不同的原子；q为原子电荷；r为不同原子的作用距离；ε为势阱深度。

2.1 模型建立

采用周期性边界条件。模型主要包括石英表面层、苯甲酸/吲哚层。初始构型见图1。

首先，构建石英晶体，晶体盒子的堆积方式参考经典的六方堆积[28]。设定晶格参数：a=0.491 3 nm，b=0.491 3 nm，c=0.540 5 nm，α=90°，β=90°，γ=120°，构建7×7×1的超胞；再进行体系能量最小化。其次，根据石英表面的晶体参数构建阳离子层，用“build layer”命令将两层结构组合在一起，对体系进行能量最小化。最后，根据石英表面的晶体参数，构建苯甲酸/吲哚层，用“build layer”命令将石英与苯甲酸/吲哚层组合在一起，进行能量最小化。利用Forcite模块，分析最终模型中距离石英表面相关原子的浓度分布。在对体系采用COMPASS立场等条件进行能量最小化的过程中，需要固定固体的三维坐标，以防止晶体结构变形。

图1 苯甲酸/吲哚层、石英表面初始构型Fig.1 The initial configuration of benzoic acid layer and quartz surface

2.2 结果分析

能量最小化后得到石英表面、苯甲酸/吲哚层之间的相互作用能[29]：

ΔEi=Et-(Ea/Eb+Eq),

(4)

式中：ΔEi为整个过程的相互作用能；Ea/Eb为相互作用前苯甲酸/吲哚层的能量；Eq为相互作用前石英表面的能量。

3 结果讨论

3.1 盐水pH升高对砂岩润湿性的影响

进行岩心自渗吸及接触角实验，当岩心初始饱和水为酸性时，研究自渗吸盐水pH升高对砂岩表面润湿性的影响；再根据盐水pH对原油/水、砂岩/水界面Zeta电位的影响，分析pH升高改变砂岩表面润湿性的机理。选用同一批的2根Berea砂岩岩心(Ber1、Ber2)进行岩心自渗吸实验，自渗吸盐水组分见表2。

表2 自渗吸盐水组分

在2组自渗吸实验过程中，初始饱和盐水及自渗吸盐水的离子强度相同，2根岩心的初始盐水为酸性(pH=4.0)，自渗吸盐水的pH逐渐升高，结果见图2。由图2可知，当自渗吸酸性盐水(pH=4.0)时，岩心Ber1、Ber2的采收率分别为25.0%、28.0%；当自渗吸盐水pH升至7.0时，岩心Ber1、Ber2的采收率分别提高3.5%、4.0%；自渗吸盐水pH升至9.0时，岩心Ber1、Ber2采收率分别提高2.8%、2.0%。无论初始水中是否含有二价阳离子，当初始水为酸性时，升高自渗吸水pH能提高砂岩岩心采收率，从而改变岩心的润湿性。

当初始盐水为酸性时，Berea原油中的部分石油酸以羧酸分子形式存在，碱组分被电离而带正电，羧酸分子和正电性碱组分分别通过氢键和库仑力(静电引力)吸附于砂岩表面的负电性硅醇基团；吸附的极性组分另一端为亲油的烃，使砂岩表面亲水性减弱，当自渗吸盐水pH升高时，吸附的羧酸分子被电离成羧酸根而带负电，正电性碱组分电离被抑制为电中性碱，负电性羧酸根与砂岩表面的负电性硅醇基团存在库仑力，羧酸根不能吸附于砂岩表面，电中性碱组分不能通过范德华力自行吸附于砂岩表面，从而使吸附的酸/碱组分脱附，砂岩表面亲水性增强，采收率提高。在第一次自渗吸时，岩心Ber1的采收率略低于岩心Ber2的，因为原油中的部分酸性组分以羧酸根形式存在，通过初始饱和盐水中的二价阳离子(Ca2+)架桥吸附于砂岩表面，且不能通过一价阳离子(Na+)架桥吸附，架桥吸附的羧酸根使砂岩表面亲水性减弱。

结合液滴法，测定在不同pH时去离子水中原油油滴在石英表面的接触角，研究水pH升高对砂岩表面润湿性的影响，结果见图3。由图3可知，当水为酸性(pH=4.0)时，水与石英的接触角为36°；当水pH升至7.0时，水与石英的接触角减小至33°；当水pH升至9.0时，水与石英的接触角减小至31°。因此，水pH升高使水与石英表面的接触角减小，石英表面的亲水性增强。

pH对砂岩/水、原油/水界面Zeta电位的影响见图4。由图4可知，当水为酸性(pH=4.0)时，原油/水界面的Zeta电势约为0 mV，呈电中性；当pH升至7.0时，原油/水界面负电性显著增强，Zeta电势增大至-37.0 mV；当pH升至9.0时，界面负电性进一步增强，Zeta电势变为-39.0 mV。在酸性条件(pH=4.0)下，Berea砂岩/水界面的负电性较弱，Zeta电势约为-20.0 mV；当pH升至7.0时，Berea砂岩/水界面负电性增强，Zeta电位变为-59.0 mV；当pH升至9.0时，Berea砂岩/水界面Zeta电位负电性进一步增强。

图2 自渗吸水pH对砂岩岩心采收率的影响Fig.2 The effect of pH of imbibing water on recovery of sandstone

图3 自渗吸水pH对石英/水/原油体系中石英表面接触角的影响Fig.3 The effect of pH on contact angle in quartz/water/crude oil system

图4 自渗吸水pH对砂岩/水界面、原油/水界面Zeta电位的影响Fig.4 The effect of pH on Zeta potential of sandstone/water interface and crude oil/water interface

这是因为水pH升高影响原油中的极性组分和砂岩表面基团的电离，电离平衡反应为

HAi

(5)

Bi+H2O

(6)

≡Si—OH↔≡Si—O-+H+,

(7)

综上所述，在酸性条件下，原油中的石油酸电离被抑制，以羧酸分子形式存在，碱组分被电离而带正电，砂岩表面电中性硅醇基团被电离为负电性硅醇基团，羧酸分子和正电性碱能分别通过氢键和库仑力(静电引力)吸附于砂岩表面的负电性硅醇基团，吸附的酸/碱组分另一端为烃，砂岩表面亲水性减弱；当pH升高时，吸附的酸组分电离为负电性羧酸根，正电性碱组分电离被抑制为电中性碱，负电性羧酸根与负电性硅醇基团之间存在库仑力(静电斥力)，从砂岩表面脱落，电中性碱组分不能通过范德华力自行吸附于砂岩表面而发生脱落，砂岩表面的亲水性增强，润湿性改变机理见图5。

3.2 盐水pH升高对石英吸附极性模拟组分的影响

自渗吸水pH升高对酸性模拟油组分(苯甲酸)、碱性模拟油组分(吲哚)在石英表面吸附的影响见图6。由图6可知，苯甲酸、吲哚在石英表面的吸附量随pH升高而减少。当水pH为1.8时，苯甲酸、吲哚在石英表面的吸附量分别为0.042、0.024 mg/g；当水为中性(pH=7.0)时，苯甲酸、吲哚在石英表面的吸附量分别降至0.002、0.006 mg/g；当水为碱性(pH=9.0)时，苯甲酸、吲哚几乎不能吸附于石英表面。

图5 自渗吸水pH升高改变砂岩表面润湿性机理Fig.5 The schematic diagram of wettability alteration of sandstone surface by pH increase

图6 自渗吸水pH对苯甲酸/吲哚在石英表面吸附的影响Fig.6 The effect of pH on adsorption of benzoic acid/indole on quartz

这是因为水pH升高影响苯甲酸、吲哚的电离，电离平衡反应为

C6H5COO-+H+⟺C6H5COOH,

(8)

C8H7N+H+⟺C8H8N+,

(9)

式(8-9)中：C6H5COOH为苯甲酸，C6H5COO-为苯甲酸解离后的产物；C8H7N为吲哚；C8H7N+为吲哚解离后的产物。

在酸性条件下，式(8-9)平衡右移，苯甲酸电离被抑制，以苯甲酸分子形式存在，吲哚被电离而带正电，苯甲酸分子、正电性吲哚分别通过氢键、库仑力(静电引力)吸附于石英表面的负电性硅醇基团；当pH升高时，式(8-9)平衡左移，苯甲酸被电离为负电性苯甲酸根，吲哚电离被抑制为电中性吲哚分子，苯甲酸根与石英表面负电性硅醇基团之间存在库仑力(静电斥力)，不能吸附于石英表面，电中性吲哚与石英表面的范德华力和库仑力(静电引力)较小，也不能自行吸附于砂岩表面。

3.3 极性组分在石英表面的吸附机理

通过分子模拟计算石英表面、苯甲酸/吲哚体系作用前后能量的变化，明确吸附过程中的主要作用力；通过体系作用后石英表面的吸附构型分析，以及最终模型中距离石英表面相关原子的浓度分布，使石英表面的吸附行为在原子尺度上表达出来，从而在微观上为苯甲酸/吲哚在石英表面的吸附机理提供佐证。

表3苯甲酸分子层/正电性吲哚层与石英表面的库仑相互作用能及范德华相互作用能

Table 3 Coulomb interaction energy and Van der Waals interaction between benzoic acid molecule layer/positive indole layer and quartz surfacekJ/mol

在酸性条件下，计算苯甲酸分子层/正电性吲哚层、石英表面体系的相互作用能，结果见表3。由表3可知，对于苯甲酸分子层、石英表面体系，作用前后的范德华相互作用能变化较小，氢键相互作用能较大，远大于范德华相互作用能，说明氢键对苯甲酸分子在石英表面的吸附起主要作用；对于正电性吲哚层、石英表面体系，作用前后的范德华相互作用能变化较小，库仑力相互作用能变化较大，远大于范德华相互作用能，说明库仑力对正电性吲哚在石英表面的吸附起主要作用。

苯甲酸分子层/正电性吲哚层、石英表面体系作用后的构型见图7-8。对于苯甲酸分子层、石英表面体系，苯甲酸分子能逐渐靠近石英表面，最终通过氢键稳定吸附于石英表面(见图7)；对于正电性吲哚层、石英表面体系，吲哚中的正电性N原子逐渐靠近带负电的石英表面，最终稳定吸附于石英表面(见图8)。

图7 苯甲酸分子层、石英表面层作用后的构型Fig.7 The finial configuration of benzoic acid molecule layer and quartz surface

图8 正电性吲哚层、石英表面层作用后的构型Fig.8 The finial configuration of positive indole layer and quartz surface

对于苯甲酸分子层/正电性吲哚层、石英表面作用后的体系，距离石英表面的相关原子/离子的浓度分布见图9-10。Z轴起始点位于石英表面以下，方向为垂直于石英表面向上(指向苯甲酸层/正电性吲哚层)，若2个原子的Z坐标越相近，则表明2个原子的位置越接近。由图9可知，苯甲酸分子中的氢原子及氧原子的峰与石英表面裸氧原子的峰几乎重合，说明苯甲酸分子中的氢原子、氧原子与石英表面的裸氧原子紧紧相连，表明苯甲酸分子能通过氢键吸附于石英表面。由图10可知，正电性吲哚中的氮原子的峰与石英表面裸氧原子的峰几乎重合，说明正电性吲哚中的氮原子与石英表面裸氧原子紧紧相连，表明正电性吲哚可以吸附于石英表面。

图9 石英表面裸氧原子、苯甲酸氧原子及氢原子沿Z轴方向的分布Fig.9 Concentration profile of oxygen of quartz surface, oxygen and hydrogen of benzoic acid in a Z axis directions

图10 石英表面裸氧原子、正电性吲哚氮原子沿Z轴方向的分布Fig.10 Concentration profile of oxygen of quartz surface and nitrogen of positive indole in a Z axis directions

表4苯甲酸根层/电中性吲哚层、石英表面的库仑相互作用能及范德华相互作用能

Table4CoulombinteractionenergyandVanderWaalsinteractionbetweenbenzoicacidradicallayer/neutralindolelayerandquartzsurface

kJ/mol

计算苯甲酸根层/电中性吲哚层、石英表面体系的相互作用能，结果见表4。由表4可知，对于苯甲酸根层、石英表面体系，作用前后的范德华相互作用能的变化较小，库仑力相互作用能较大，远大于范德华相互作用能，说明库仑力对苯甲酸根在石英表面的吸附起主要作用；对于电中性吲哚层、石英表面体系，作用前后的范德华相互作用能、库仑力相互作用能较小，说明在作用过程中范德华力及库仑力对电中性吲哚在石英表面吸附的贡献较小。

苯甲酸根层/电中性吲哚层、石英表面体系作用后的构型见图11-12。由图11可知，对于苯甲酸根层、石英表面体系，苯甲酸根逐渐远离石英表面，最终悬浮于离石英表面较远的真空层。由图12可知，对于电中性吲哚分子层、石英表面体系，电中性吲哚分子不能靠近石英表面，最终悬浮于离石英表面不远的真空层。

对于苯甲酸根层/电中性吲哚层、石英表面作用后的体系，距离石英表面的相关原子/离子的浓度分布见图13-14。由图13可知，当石英表面与苯甲酸根作用时，苯甲酸根氧负离子的峰与石英表面裸氧原子的峰没有重合，并且相隔很远，说明苯甲酸根氧负离子与石英表面裸氧原子相隔较远，苯甲酸根不能自行吸附于石英表面。由图14可知，当石英表面与电中性吲哚作用时，电中性吲哚中氮原子的峰与石英表面裸氧原子的峰不相交，说明电中性吲哚氮原子与石英表面裸氧原子有一定距离，电中性吲哚不能自行吸附于石英表面。

图11 苯甲酸根层、石英表面体系作用后的构型Fig.11 The finial configuration of benzoic acid radical layer and quartz surface

图12 电中性吲哚层、石英表面体系作用后的构型Fig.12 The finial configuration of neutral indole layer and quartz surface

图13 石英表面裸氧原子、苯甲酸根氧原子沿Z轴方向的分布Fig.13 Concentration profile of oxygen of quartz surface and oxygen of benzoic acid radical in a Z axis directions

图14 石英表面裸氧原子、电中性吲哚氮原子沿Z轴方向的分布Fig.14 Concentration profile of oxygen of quartz surface and nitrogen of neutral indole in a Z axis directions

4 结论

(1)在酸性条件下，石油酸电离被抑制，以羧酸分子形式存在，碱组分被电离而带正电，羧酸分子与正电性碱组分能分别通过氢键、库仑力吸附于砂岩表面的负电性硅醇基团，导致砂岩表面亲水性减弱。当体系pH升高时，吸附的羧酸分子被电离为负电性羧酸根，正电性碱电离被抑制为电中性碱，导致酸碱组分从砂岩表面脱落，砂岩表面亲水性增强。

(2)当苯甲酸分子与石英表面相互作用时，苯甲酸分子能通过氢键吸附于石英表面；当正电性吲哚与石英相互作用时，吲哚能通过库仑力吸附于石英表面。两个体系作用前后范德华相互作用能变化较小，而氢键/库仑力相互作用能变化较大，表明库仑力/氢键在吸附过程中起决定作用。当苯甲酸根与石英表面相互作用时，苯甲酸根不能吸附于石英表面；当电中性吲哚与石英相互作用时，吲哚也不能吸附于石英表面。两个体系作用前后的范德华相互作用能变化较小，而库仑力相互作用能变化较大，表明库仑力在吸附过程中起决定作用。