高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置及測量方法，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置包括：鋼體，其具有通孔，所述通孔的兩端分別密封有觀察窗；毛細管，其一端穿設在所述鋼體的通孔內，其另一端通過第一流體注入管道連接一第一流體注入泵；第二流體注入泵，其連接有第二流體注入管道，所述第二流體注入管道伸入所述鋼體的通孔內。本發(fā)明的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置及測量方法，其測量氣體種類豐富，可以任意更換不同內徑的毛細管，實現(xiàn)了油藏條件下測量氣液彎液面的接觸角的目的。
【專利說明】高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明有關于一種接觸角的測量裝置及測量方法，尤其有關于一種油層物理實驗中的高溫高壓毛細管內接觸角的測量裝置及測量方法。
【背景技術】
[0002]在石油開發(fā)提高石油采收率科研實驗中，巖石-流體體系的潤濕性是孔隙介質微觀非均質潤濕特征的宏觀平均表征。巖石孔隙表面具有優(yōu)先潤濕某種流體的傾向，這就導致了各種不同狀況的宏觀潤濕性。潤濕性控制著毛細管壓力、相對潤濕行為、驅油效率和最終采收率。而表征潤濕性的主要參數(shù)為接觸角的大小。
[0003]現(xiàn)有技術中，潤濕性的測量方法主要有置液滴法和吊板法。這兩種測量接觸角的方法，均是在常壓條件下，氣體介質為空氣，且溫度為室溫條件下測量液體、巖石/吊板、氣體三者間的夾角，即為接觸角。這些方法只能滿足模擬常壓、宏觀尺度、氣體介質種類單一條件下的測試，而實際油藏條件下，巖心內部孔隙尺寸為微米級，內部壓力為高壓高溫條件，且內部氣體介質種類較多。因此，現(xiàn)有的接觸角測試方法存在較大的局限性，無法滿足目前CO2混相驅機理研究的測試要求。
[0004]因此，有必要提供一種新的測試裝置和測試方法，來克服上述缺陷。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高溫高壓毛細管內接觸角的測量裝置，該測量裝置的測量氣體種類豐富，可以任意更換不同內徑的毛細管，實現(xiàn)了油藏條件下測量氣液彎液面的接觸角。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種高溫高壓毛細管內接觸角的測量方法，該測量方法的測量氣體種類豐富，可以任意更換不同內徑的毛細管，實現(xiàn)了油藏條件下測量氣液彎液面的接觸角。
[0007]本發(fā)明的上述目的可采用下列技術方案來實現(xiàn):
[0008]本發(fā)明提供一種高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置包括:
[0009]鋼體，其具有通孔，所述通孔的兩端分別密封有觀察窗；
[0010]毛細管，其一端穿設在所述鋼體的通孔內，其另一端通過第一流體注入管道連接一第一流體注入泵；
[0011]第二流體注入泵，其連接有第二流體注入管道，所述第二流體注入管道伸入所述鋼體的通孔內。
[0012]在優(yōu)選的實施方式中，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置還包括真空泵，所述真空泵連接有真空管道，所述真空管道伸入所述鋼體的通孔內。
[0013]在優(yōu)選的實施方式中，所述毛細管的外部夾設有毛細管夾持器，所述毛細管夾持器具有兩個平行設置的夾持壁，所述兩個夾持壁分別夾設在所述毛細管的兩側。[0014]在優(yōu)選的實施方式中，所述毛細管夾持器伸入所述鋼體通孔的一端連接有端帽。
[0015]在優(yōu)選的實施方式中，所述毛細管夾持器的外部套設有緊固套，所述緊固套的一端插入所述鋼體內。
[0016]在優(yōu)選的實施方式中，所述緊固套插入所述鋼體的一端與所述鋼體之間夾設有墊圈。
[0017]在優(yōu)選的實施方式中，所述鋼體設置在一空氣浴中。
[0018]在優(yōu)選的實施方式中，所述鋼體的一端設置有圖像采集裝置，所述圖像采集裝置與所述鋼體一端的觀察窗相對。
[0019]在優(yōu)選的實施方式中，所述鋼體的另一端設置有光源，所述光源與所述鋼體另一端的觀察窗相對。
[0020]本發(fā)明還提供一種高溫高壓毛細管內接觸角測量方法，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量方法采用上述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量方法包括如下步驟:
[0021]a)在第一流體注入泵內裝入流體，在第二流體注入泵內裝入氣體；
[0022]b)通過所述第一流體注入泵向一毛細管內注入所述流體，所述毛細管伸入一鋼體的通孔內，所述通孔的兩端分別密封有觀察窗，通過所述第二流體注入泵向所述鋼體的通孔內注入所述氣體；
[0023]c)緩慢增加所述第一流體注入泵注入所述流體的壓力，直至所述毛細管的毛細管通道內出現(xiàn)氣液彎液面。
[0024]在優(yōu)選的實施方式中，所述鋼體外設置有一真空泵，所述真空泵通過一真空管道與所述鋼體的通孔相連通，在所述步驟a之前還包括步驟al，通過所述真空泵將所述鋼體的通孔內部抽真空。
[0025]在優(yōu)選的實施方式中，所述鋼體設置在一空氣浴中，在所述步驟al之前還包括步驟a2，加熱所述空氣浴，所述空氣浴的加熱溫度為30?180°C。
[0026]在優(yōu)選的實施方式中，所述第一流體注入泵注入的所述流體的壓力為P1，所述第二流體注入泵注入的所述氣體的壓力為P2，其中，P2大于或等于Pl X 1.5%。
[0027]在優(yōu)選的實施方式中，所述鋼體的一端設有圖像采集裝置，所述圖像采集裝置與所述鋼體一端的觀察窗相對。
[0028]在優(yōu)選的實施方式中，在所述步驟c之后還包括步驟d，所述圖像采集裝置連接一計算機，通過所述計算機記錄所述圖像采集裝置采集的氣液彎液面圖像，并計算所述氣液彎液面圖像的接觸角。
[0029]本發(fā)明的高溫高壓毛細管內接觸角的測量裝置及測量方法的特點及優(yōu)點是:該測量裝置及測量方法可以根據(jù)實驗需要更換第二流體注入泵中的氣體種類，并可任意更換不同內徑的毛細管，毛細管直徑可達微米級，其測量范圍廣，有效模擬了各種油藏條件下測量氣液彎液面接觸角的目的，為CO2混相驅技術的推廣提供了有效的研究。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為本發(fā)明的高溫高壓毛細管內接觸角的測量裝置的主視圖。
[0032]圖2為本發(fā)明的高溫高壓毛細管內接觸角的測量裝置的毛細管截面圖。
【具體實施方式】
[0033]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0034]實施方式I
[0035]如圖1所示，本發(fā)明提供一種高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其包括鋼體I和毛細管2。其中:鋼體I具有通孔11，所述通孔11的兩端分別密封有觀察窗12 ;毛細管2一端穿設在所述鋼體I的通孔11內，其另一端通過第一流體注入管道31連接一第一流體注入泵3 ;第二流體注入泵4連接有第二流體注入管道41，所述第二流體注入管道41伸入所述鋼體I的通孔11內。
[0036]具體是，鋼體I大體呈圓柱筒形，其中部開設有通孔11，鋼體I的兩端分別設有一透明觀察窗12，該觀察窗12用于使操作人員從鋼體I外部觀察鋼體I通孔11內的情況，觀察窗12密封設置在鋼體I的通孔11兩端，從而將通孔11圍設成為一個密封腔。
[0037]毛細管2具有軸向貫通的毛細管通道21，其一端從鋼體I的上端側壁穿入鋼體I的通孔11內，其另一端位于鋼體I的外部并通過一第一流體注入管道31與第一流體注入泵3相連，從而第一流體注入泵3內的流體介質將通過第一流體注入管道31注入毛細管2的毛細管通道21內。
[0038]在本發(fā)明中，如圖2所示，毛細管2的外部夾設有毛細管夾持器5，該毛細管夾持器5具有兩個平行設置的夾持壁51，兩個夾持壁51分別夾設在毛細管2的相對兩側，該毛細管夾持器5用于固定毛細管2。另外，該毛細管夾持器5的兩個夾持壁51夾設著毛細管2伸入鋼體I的通孔11內，其伸入通孔11的一端螺紋連接有端帽52。
[0039]進一步的，毛細管夾持器5的外部套設有緊固套6，緊固套6的一端插入鋼體I的上端側壁內，其插入鋼體I的一端與鋼體I之間夾設有墊圈61。該緊固套6用于固定毛細管夾持器5，墊圈61用于密封緊固套6與鋼體I之間的縫隙。
[0040]第二流體注入泵4設置在鋼體I的下端，其連接有一第二流體注入管道41，該第二流體注入管道41從鋼體I的下端側壁穿入鋼體I的通孔11內，從而第二流體注入泵4內的氣體介質將通過第二流體注入管道41注入鋼體I的通孔11內。
[0041]該高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置測量氣液彎液面的接觸角的過程如下:首先，通過第一流體注入泵3向毛細管2內注入流體，該流體通過第一流體注入管道31注入毛細管2的毛細管通道21內，此時，通過第二流體注入泵4向鋼體I的通孔11內注入氣體，該氣體通過第二流體注入管道41注入鋼體I的通孔11中。其中，在通過第二流體注入泵4向鋼體I通孔11內注入氣體的壓力P2應略高于第一流體注入泵3注入毛細管2的毛細管通道21內的流體壓力P1，且在一實施例中，P2大于或等于P1X1.5%。最后，緩慢增加第一流體注入泵3的注入壓力P1，直至毛細管2的毛細管通道21內出現(xiàn)氣液彎液面。
[0042]本發(fā)明的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，可以根據(jù)實驗需要更換第二流體注入泵4中的氣體種類，并可任意更換不同內徑的毛細管2，毛細管2直徑可達微米級，其測量范圍廣，有效模擬了各種油藏條件下測量氣液彎液面接觸角的目的，為CO2混相驅技術的推廣提供了有效的研究。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置還包括真空泵7，真空泵7設置在鋼體I的下方，其連接有一真空管道71，所述真空管道71伸入所述鋼體I的通孔11內。在第一流體注入泵3向毛細管2內注入流體、以及第二流體注入泵4向鋼體I通孔11內注入氣體之前，通過該真空泵7對鋼體I的通孔11進行抽真空處理，以使實驗測得的數(shù)據(jù)更加準確。
[0044]進一步的，所述鋼體I設置在一空氣浴8中。空氣浴8用于對鋼體I進行加熱處理，使其在模擬油藏條件的溫度下進行實驗。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述鋼體I的一端設置有圖像采集裝置9，所述圖像采集裝置9與所述鋼體I 一端的觀察窗12相對。圖像采集裝置9透過觀察窗12采集毛細管2內液面的圖像并將該圖像通過計算機91記錄并顯示出來。
[0046]進一步的，所述鋼體I的另一端設置有光源10，所述光源10與所述鋼體I另一端的觀察窗12相對。光源10用于為圖像采集裝置9提供光源，使其采集的圖像更加清晰。
[0047]實施方式2
[0048]如圖1-2所示，本發(fā)明提供一種高溫高壓毛細管內接觸角測量方法，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量方法采用上述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置的結構、工作原理和有益效果與實施方式I相同，在此不再贅述。所述高溫高壓毛細管內接觸角測量方法包括如下步驟:
[0049]a)在第一流體注入泵3內裝入流體，在第二流體注入泵4內裝入氣體；
[0050]b)通過所述第一流體注入泵3向一毛細管2內注入所述流體，所述毛細管2伸入一鋼體I的通孔11內，所述通孔11的兩端分別密封有觀察窗12，通過所述第二流體注入泵4向所述鋼體I的通孔11內注入所述氣體；
[0051]c)緩慢增加所述第一流體注入泵3注入所述流體的壓力。
[0052]具體是，首先，通過第一流體注入泵3向毛細管2內注入流體，該流體通過第一流體注入管道31注入毛細管2的毛細管通道21內，此時，通過第二流體注入泵4向鋼體I的通孔11內注入氣體，該氣體通過第二流體注入管道41注入鋼體I的通孔11中。其中，在通過第二流體注入泵4向鋼體I通孔11內注入氣體的壓力P2應略高于第一流體注入泵3注入毛細管2的毛細管通道21內的流體壓力Pl，且在一實施例中，P2大于或等于Pl X 1.5%。在本發(fā)明中，Pl為0.1?69MPa，P2為0.1?70MPa。最后，緩慢增加第一流體注入泵3的注入壓力P1，直至毛細管2的毛細管通道21內出現(xiàn)氣液彎液面。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述鋼體I外設置有一真空泵7，所述真空泵7通過一真空管道71與所述鋼體I的通孔11相連通，在所述步驟a之前還包括步驟al，通過所述真空泵7將所述鋼體I的通孔11內部抽真空，以使實驗測得的數(shù)據(jù)更加準確。
[0054]進一步的，所述鋼體I設置在一空氣浴8中，在所述步驟al之前還包括步驟a2，力口熱所述空氣浴8，所述空氣浴8的加熱溫度為30?180°C。[0055]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述鋼體I的一端設有圖像采集裝置9，所述圖像采集裝置9與所述鋼體I 一端的觀察窗12相對，該圖像采集裝置9用于透過觀察窗12采集毛細管2內的氣液彎液面圖像。
[0056]進一步的，在所述步驟c之后還包括步驟d，所述圖像采集裝置9連接一計算機91，通過所述計算機91記錄所述圖像采集裝置9的氣液彎液面圖像，并計算所述氣液彎液面圖像的接觸角。通常測量三次取平均值，這樣測得的相對誤差小于1%。
[0057]在本發(fā)明的一個實施例中，利用半徑R=0.05mm的毛細管2，在壓力為20MPa、溫度為85°C的條件下，三次測量煤油-CO2間的接觸角分別為137.1°、136.5°、136.9°，其平均值為136.8"1。
[0058]本發(fā)明的高溫高壓毛細管內接觸角測量方法，可以根據(jù)實驗需要更換第二流體注入泵4中的氣體種類，并可任意更換不同內徑的毛細管2以滿足不同測試要求，毛細管2直徑可達微米級，其測量范圍廣，有效模擬了各種油藏條件下測量氣液彎液面接觸角的目的，為CO2混相驅技術的推廣提供了有效的研究方法。另外，本發(fā)明還可通過空氣浴8隨時控制對鋼體I的加熱溫度，以模擬不同溫度環(huán)境下的油藏條件；并可通過控制第一流體注入泵3與第二流體注入泵4的注入壓力，以模擬不同壓力環(huán)境下的油藏條件。
[0059]以上所述僅為本發(fā)明的幾個實施例，本領域的技術人員依據(jù)申請文件公開的內容可以對本發(fā)明實施例進行各種改動或變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其特征在于，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置包括: 鋼體，其具有通孔，所述通孔的兩端分別密封有觀察窗； 毛細管，其一端穿設在所述鋼體的通孔內，其另一端通過第一流體注入管道連接一第一流體注入泵； 第二流體注入泵，其連接有第二流體注入管道，所述第二流體注入管道伸入所述鋼體的通孔內。
2.如權利要求1所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其特征在于，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置還包括真空泵，所述真空泵連接有真空管道，所述真空管道伸入所述鋼體的通孔內。
3.如權利要求1所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其特征在于，所述毛細管的外部夾設有毛細管夾持器，所述毛細管夾持器具有兩個平行設置的夾持壁，所述兩個夾持壁分別夾設在所述毛細管的兩側。
4.如權利要求3所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其特征在于，所述毛細管夾持器伸入所述鋼體通孔的一端連接有端帽。
5.如權利要求3所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其特征在于，所述毛細管夾持器的外部套設有緊固套，所述緊固套的一端插入所述鋼體內。
6.如權利要求5所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其特征在于，所述緊固套插入所述鋼體的一端與所述鋼體之間夾設有墊圈。`
7.如權利要求1所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其特征在于，所述鋼體設置在一空氣浴中。
8.如權利要求1所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其特征在于，所述鋼體的一端設置有圖像采集裝置，所述圖像采集裝置與所述鋼體一端的觀察窗相對。
9.如權利要求8所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，其特征在于，所述鋼體的另一端設置有光源，所述光源與所述鋼體另一端的觀察窗相對。
10.一種高溫高壓毛細管內接觸角測量方法，其特征在于，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量方法采用如權利要求1~9中任一項所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量裝置，所述高溫高壓毛細管內接觸角測量方法包括如下步驟: a)在第一流體注入泵內裝入流體，在第二流體注入泵內裝入氣體； b)通過所述第一流體注入泵向一毛細管內注入所述流體，所述毛細管伸入一鋼體的通孔內，所述通孔的兩端分別密封有觀察窗，通過所述第二流體注入泵向所述鋼體的通孔內注入所述氣體； c)緩慢增加所述第一流體注入泵注入所述流體的壓力，直至所述毛細管的毛細管通道內出現(xiàn)氣液彎液面。
11.如權利要求10所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量方法，其特征在于，所述鋼體外設置有一真空泵，所述真空泵通過一真空管道與所述鋼體的通孔相連通，在所述步驟a之前還包括步驟al，通過所述真空泵將所述鋼體的通孔內部抽真空。
12.如權利要求11所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量方法，其特征在于，所述鋼體設置在一空氣浴中，在所述步驟al之前還包括步驟a2，加熱所述空氣浴，所述空氣浴的加熱溫度為30~180°C。
13.如權利要求10所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量方法，其特征在于，所述第一流體注入泵注入的所述流體的壓力為P1，所述第二流體注入泵注入的所述氣體的壓力為P2，其中，P2大于或等于Pl * 1.5%。
14.如權利要求10所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量方法，其特征在于，所述鋼體的一端設有圖像采集裝置，所述圖像采集裝置與所述鋼體一端的觀察窗相對。
15.如權利要求14所述的高溫高壓毛細管內接觸角測量方法，其特征在于，在所述步驟c之后還包括步驟d，所述圖像采集裝置連接一計算機，通過所述計算機記錄所述圖像采集裝置采集的氣液彎液面圖像，并計算所述氣液彎液面圖像的接觸角。
【文檔編號】G01N13/00GK103499517SQ201310424642
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權日:2013年9月17日
【發(fā)明者】秦積舜, 張可, 李實 , 馬德勝, 陳興隆, 俞宏偉 申請人:中國石油天然氣股份有限公司