针对稠油水环输送过程中的不稳定问题,考虑水环含水量及其对润湿性的影响,提出通过将管材改性为亲水疏油表面,进而将水环改进为水膜来进行稠油输送的水膜输送法,采用实验研究和理论分析相结合的方法,探讨了稠油水膜输送的可行性,并进一步研究了表征材料表面微观形貌的分形参数和水膜稳定性评价参数之间的数学关系,为水膜输送技术的发展提供了理论和实验依据。首先,通过调控反应时间来改变X80管线钢和PVDF两种管材表面的微观形貌,以制备亲水疏油表面;在单一分形的基础上引入多重分形,采用分形维数和多重分形谱两个分形参数定量描述管材表面的微观形貌,研究分形参数表征微观形貌的可行性。其次,以气-液-固和液-液-固接触角、滚动角以及粘附功三个参数间接评价水膜的稳定性,研究分形参数表征的不同微观形貌对水膜稳定性的影响规律。最后,对表征表面微观形貌的分形参数和评价水膜稳定性参数之一的接触角之间的数学关系进行了探究,通过在现有数学模型的基础上引入多重分形谱参数谱宽Δα和谱差Δf优化现有数学模型,得到了优化后的计算水中油滴接触角数学模型。研究结果表明:（1）两种材料的分形维数都大于2,试件表面均具有明显的分形特征。多重分形谱参数作为对分形维数的重要补充,可以结合分形维数更全面、定量地表征表面微观形貌。（2）对于水膜输送,管材表面分形维数越大,管壁的亲水疏油性能就越强,管材表面分形维数的提高有利于增强水膜稳定性。（3）采用优化后的分形参数-接触角数学模型计算的水中油滴接触角与实测值的偏差更小,提高了计算精度,这对材料表面水中油滴接触角的理论计算有重要意义。（4）可以通过改变管壁表面微观形貌的方法增大分形维数D和谱宽Δα,减小谱差Δf的绝对值,从而使管壁具备水下疏油的润湿特性,以改善水膜输送的稳定性。