[实用新型]超高压、高温下测试接触角和界面张力的测试装置

说明书

技术领域

本专利公布一种采用真实液滴法或图像拟合法拟合Young-Laplace方程的测试接触角和界面张力值的测试方法和一种在超高压和高温条件下测试接触角和表/界面张力的测试装置，属于界面化学分析仪器领域。 

背景技术

液-液界面张力、液-气表面张力以及固-液接触角值等基本指标是表征物质物理化学性质的基本参数，接触角是指在固体水平平面上滴上一小滴液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所形成的角度，见附图1。接触角测试是分析固-液界面物理化学性质的最主要手段。通过测试所得到的接触角值，经过Equation of state算法，仅使用一种液滴就可以非常准确的分析得出固体的表面张力值（达因值）。而液-液界面张力以及液-气表面张力的测试也是物理化学分析中最主要的物性指标，通过理论分析我们知道，压力和温度是影响物质表面化学性质的最主要两个指标。控制压力条件下界面张力和接触角测值，特别是超高压（10Mpa以上）长期以来由于技术原因一直没有得到突破。目前，三次采油使用的主要仪器为旋转滴界面张力仪，这款仪器只能模拟低压和控温条件下的界面张力测值，无法模拟现在大多数实际地层条件下高达30Mpa，甚至更高压力条件。同时，由于原油粘度比较大，直接使用高压毛细管无法注入，长期以来原油与驱油剂界面张力测值或原油、驱油剂和岩芯的接触角测值高压条件下的测值技术发展缓慢。

目前，接触角和界面张力测试仪器通常均是标准设计的仪器，体积大，需要市电供电，不利于携带或野外作业，也利于复杂样品、大尺寸样品的测值。如现有专利资料库中《基于高速图像处理的液体表界面动态特性测量分析仪》专利号：200610050811.8和200620103753.6，《接触角及表面能测量装置》专利号：201010600278.4，《测量接触角装置》专利号：200710142656.7等。

中国专利ZL200910034768.X《一种控温湿同步测量液滴温度、 表面张力、接触角的装置》以及ZL201210127093.5《一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置》，描述了一种控温、控湿、控压条件下测量液滴接触角和滚动角的装置，是一种比较模糊的理论性描述，具体实施细节也是概括性描述，从实施来看，可操作性不强。

美国专利US4942760《APPARATUS FOR THE MEASUREMENT OF INTERFACIAL TENSION》提出了一个相对近似的有压力条件下测试界面张力的一个装置，但其专利主要创新点在于可以通过一个特殊设计的可在线更换针头的机构测试高压条件下液-气界面张力的方法，虽然提出了需要用到两个增压泵，但是其工作原理为通过压力循环的方式完成压力控制，而不是注入双向液。通过仿真分析，我们也可进一步得出结论，这样的装置的密封性很一般，无法完成高压条件下的密封要求；而且，液-气界面张力测试通常压力增加到一定数量，气体即液化，根本无法完成测试。从换针头的机构设计来看，这样的装置的测试算法是最基础的select plane算法，针头的直径直接会影响到测值结果。所以，专利中提出的内容相对比较落后，可实施性一般，也无法解决前述的超高压、控湿、高精度界面张力和接触角测值的需求。

本专利创新性提出了一种用于解决超高压和控温条件下的界面张力和接触角测试装置，包括了两个超高压增加泵（最高压力100Mpa，甚至更高）、一个由蓝宝石玻璃制成的双侧观察窗的超高压和高温腔体、高粘度样品加热池、高压连接配件（三通阀门、高压毛细管）、带远心镜头的摄像机和平行光源，通过拍摄液滴的轮廓图像后，采用拟合Young-Laplace方程测试得到接触角和界面张力值，该装置可以分析不同压力情况下的接触角和界面张力值等，在油田、石化、新材料研究等领域具有极广的推广价值，特别在三次采油模拟实验中，通过模拟采收环境实际压力和温度情况并进而测值界面张力和接触角值，该装置和方法是非常有效的。

发明内容

为实现超高压（最大100Mpa）和控温（最高温度200度）条件下完成高精度测试有粘样样品体系的接触角和界面张力的目的，我们提供了一种超高压、高温下测试接触角和界面张力的测试装置，可以分析不同压力情况下的接触角和界面张力值等，在油田、石化、新材料研究等领域具有极广的推广价值，特别在三次采油模拟实验中，通过模拟采收环境实际压力和温度情况并进而测值界面张力和接触角值。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案实现的。