CN103499517A - 高温高压毛细管内接触角测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压毛细管内接触角测量装置及测量方法，所述高温高压毛细管内接触角测量装置包括：钢体，其具有通孔，所述通孔的两端分别密封有观察窗；毛细管，其一端穿设在所述钢体的通孔内，其另一端通过第一流体注入管道连接一第一流体注入泵；第二流体注入泵，其连接有第二流体注入管道，所述第二流体注入管道伸入所述钢体的通孔内。本发明的高温高压毛细管内接触角测量装置及测量方法，其测量气体种类丰富，可以任意更换不同内径的毛细管，实现了油藏条件下测量气液弯液面的接触角的目的。

Description

高温高压毛细管内接触角测量装置及测量方法

技术领域

本发明有关于一种接触角的测量装置及测量方法，尤其有关于一种油层物理实验中的高温高压毛细管内接触角的测量装置及测量方法。

背景技术

在石油开发提高石油采收率科研实验中，岩石-流体体系的润湿性是孔隙介质微观非均质润湿特征的宏观平均表征。岩石孔隙表面具有优先润湿某种流体的倾向，这就导致了各种不同状况的宏观润湿性。润湿性控制着毛细管压力、相对润湿行为、驱油效率和最终采收率。而表征润湿性的主要参数为接触角的大小。

现有技术中，润湿性的测量方法主要有置液滴法和吊板法。这两种测量接触角的方法，均是在常压条件下，气体介质为空气，且温度为室温条件下测量液体、岩石/吊板、气体三者间的夹角，即为接触角。这些方法只能满足模拟常压、宏观尺度、气体介质种类单一条件下的测试，而实际油藏条件下，岩心内部孔隙尺寸为微米级，内部压力为高压高温条件，且内部气体介质种类较多。因此，现有的接触角测试方法存在较大的局限性，无法满足目前CO₂混相驱机理研究的测试要求。

因此，有必要提供一种新的测试装置和测试方法，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温高压毛细管内接触角的测量装置，该测量装置的测量气体种类丰富，可以任意更换不同内径的毛细管，实现了油藏条件下测量气液弯液面的接触角。

本发明的另一目的是提供一种高温高压毛细管内接触角的测量方法，该测量方法的测量气体种类丰富，可以任意更换不同内径的毛细管，实现了油藏条件下测量气液弯液面的接触角。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种高温高压毛细管内接触角测量装置，所述高温高压毛细管内接触角测量装置包括：

钢体，其具有通孔，所述通孔的两端分别密封有观察窗；

毛细管，其一端穿设在所述钢体的通孔内，其另一端通过第一流体注入管道连接一第一流体注入泵；

第二流体注入泵，其连接有第二流体注入管道，所述第二流体注入管道伸入所述钢体的通孔内。

在优选的实施方式中，所述高温高压毛细管内接触角测量装置还包括真空泵，所述真空泵连接有真空管道，所述真空管道伸入所述钢体的通孔内。

在优选的实施方式中，所述毛细管的外部夹设有毛细管夹持器，所述毛细管夹持器具有两个平行设置的夹持壁，所述两个夹持壁分别夹设在所述毛细管的两侧。

在优选的实施方式中，所述毛细管夹持器伸入所述钢体通孔的一端连接有端帽。

在优选的实施方式中，所述毛细管夹持器的外部套设有紧固套，所述紧固套的一端插入所述钢体内。

在优选的实施方式中，所述紧固套插入所述钢体的一端与所述钢体之间夹设有垫圈。

在优选的实施方式中，所述钢体设置在一空气浴中。

在优选的实施方式中，所述钢体的一端设置有图像采集装置，所述图像采集装置与所述钢体一端的观察窗相对。

在优选的实施方式中，所述钢体的另一端设置有光源，所述光源与所述钢体另一端的观察窗相对。

本发明还提供一种高温高压毛细管内接触角测量方法，所述高温高压毛细管内接触角测量方法采用上述的高温高压毛细管内接触角测量装置，所述高温高压毛细管内接触角测量方法包括如下步骤：

a）在第一流体注入泵内装入流体，在第二流体注入泵内装入气体；

b）通过所述第一流体注入泵向一毛细管内注入所述流体，所述毛细管伸入一钢体的通孔内，所述通孔的两端分别密封有观察窗，通过所述第二流体注入泵向所述钢体的通孔内注入所述气体；

c）缓慢增加所述第一流体注入泵注入所述流体的压力，直至所述毛细管的毛细管通道内出现气液弯液面。

在优选的实施方式中，所述钢体外设置有一真空泵，所述真空泵通过一真空管道与所述钢体的通孔相连通，在所述步骤a之前还包括步骤a1，通过所述真空泵将所述钢体的通孔内部抽真空。

在优选的实施方式中，所述钢体设置在一空气浴中，在所述步骤a1之前还包括步骤a2，加热所述空气浴，所述空气浴的加热温度为30～180℃。

在优选的实施方式中，所述第一流体注入泵注入的所述流体的压力为P1，所述第二流体注入泵注入的所述气体的压力为P2，其中，P2大于或等于P1×1.5%。

在优选的实施方式中，所述钢体的一端设有图像采集装置，所述图像采集装置与所述钢体一端的观察窗相对。

在优选的实施方式中，在所述步骤c之后还包括步骤d，所述图像采集装置连接一计算机，通过所述计算机记录所述图像采集装置采集的气液弯液面图像，并计算所述气液弯液面图像的接触角。

本发明的高温高压毛细管内接触角的测量装置及测量方法的特点及优点是：该测量装置及测量方法可以根据实验需要更换第二流体注入泵中的气体种类，并可任意更换不同内径的毛细管，毛细管直径可达微米级，其测量范围广，有效模拟了各种油藏条件下测量气液弯液面接触角的目的，为CO₂混相驱技术的推广提供了有效的研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的高温高压毛细管内接触角的测量装置的主视图。

图2为本发明的高温高压毛细管内接触角的测量装置的毛细管截面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式1

如图1所示，本发明提供一种高温高压毛细管内接触角测量装置，其包括钢体1和毛细管2。其中：钢体1具有通孔11，所述通孔11的两端分别密封有观察窗12；毛细管2一端穿设在所述钢体1的通孔11内，其另一端通过第一流体注入管道31连接一第一流体注入泵3；第二流体注入泵4连接有第二流体注入管道41，所述第二流体注入管道41伸入所述钢体1的通孔11内。

具体是，钢体1大体呈圆柱筒形，其中部开设有通孔11，钢体1的两端分别设有一透明观察窗12，该观察窗12用于使操作人员从钢体1外部观察钢体1通孔11内的情况，观察窗12密封设置在钢体1的通孔11两端，从而将通孔11围设成为一个密封腔。

毛细管2具有轴向贯通的毛细管通道21，其一端从钢体1的上端侧壁穿入钢体1的通孔11内，其另一端位于钢体1的外部并通过一第一流体注入管道31与第一流体注入泵3相连，从而第一流体注入泵3内的流体介质将通过第一流体注入管道31注入毛细管2的毛细管通道21内。

在本发明中，如图2所示，毛细管2的外部夹设有毛细管夹持器5，该毛细管夹持器5具有两个平行设置的夹持壁51，两个夹持壁51分别夹设在毛细管2的相对两侧，该毛细管夹持器5用于固定毛细管2。另外，该毛细管夹持器5的两个夹持壁51夹设着毛细管2伸入钢体1的通孔11内，其伸入通孔11的一端螺纹连接有端帽52。

进一步的，毛细管夹持器5的外部套设有紧固套6，紧固套6的一端插入钢体1的上端侧壁内，其插入钢体1的一端与钢体1之间夹设有垫圈61。该紧固套6用于固定毛细管夹持器5，垫圈61用于密封紧固套6与钢体1之间的缝隙。

第二流体注入泵4设置在钢体1的下端，其连接有一第二流体注入管道41，该第二流体注入管道41从钢体1的下端侧壁穿入钢体1的通孔11内，从而第二流体注入泵4内的气体介质将通过第二流体注入管道41注入钢体1的通孔11内。

该高温高压毛细管内接触角测量装置测量气液弯液面的接触角的过程如下：首先，通过第一流体注入泵3向毛细管2内注入流体，该流体通过第一流体注入管道31注入毛细管2的毛细管通道21内，此时，通过第二流体注入泵4向钢体1的通孔11内注入气体，该气体通过第二流体注入管道41注入钢体1的通孔11中。其中，在通过第二流体注入泵4向钢体1通孔11内注入气体的压力P2应略高于第一流体注入泵3注入毛细管2的毛细管通道21内的流体压力P1，且在一实施例中，P2大于或等于P1×1.5%。最后，缓慢增加第一流体注入泵3的注入压力P1，直至毛细管2的毛细管通道21内出现气液弯液面。

本发明的高温高压毛细管内接触角测量装置，可以根据实验需要更换第二流体注入泵4中的气体种类，并可任意更换不同内径的毛细管2，毛细管2直径可达微米级，其测量范围广，有效模拟了各种油藏条件下测量气液弯液面接触角的目的，为CO₂混相驱技术的推广提供了有效的研究。

根据本发明的一个实施方式，所述高温高压毛细管内接触角测量装置还包括真空泵7，真空泵7设置在钢体1的下方，其连接有一真空管道71，所述真空管道71伸入所述钢体1的通孔11内。在第一流体注入泵3向毛细管2内注入流体、以及第二流体注入泵4向钢体1通孔11内注入气体之前，通过该真空泵7对钢体1的通孔11进行抽真空处理，以使实验测得的数据更加准确。

进一步的，所述钢体1设置在一空气浴8中。空气浴8用于对钢体1进行加热处理，使其在模拟油藏条件的温度下进行实验。

根据本发明的一个实施方式，所述钢体1的一端设置有图像采集装置9，所述图像采集装置9与所述钢体1一端的观察窗12相对。图像采集装置9透过观察窗12采集毛细管2内液面的图像并将该图像通过计算机91记录并显示出来。

进一步的，所述钢体1的另一端设置有光源10，所述光源10与所述钢体1另一端的观察窗12相对。光源10用于为图像采集装置9提供光源，使其采集的图像更加清晰。

实施方式2

如图1-2所示，本发明提供一种高温高压毛细管内接触角测量方法，所述高温高压毛细管内接触角测量方法采用上述的高温高压毛细管内接触角测量装置，所述的高温高压毛细管内接触角测量装置的结构、工作原理和有益效果与实施方式1相同，在此不再赘述。所述高温高压毛细管内接触角测量方法包括如下步骤：

a）在第一流体注入泵3内装入流体，在第二流体注入泵4内装入气体；

b）通过所述第一流体注入泵3向一毛细管2内注入所述流体，所述毛细管2伸入一钢体1的通孔11内，所述通孔11的两端分别密封有观察窗12，通过所述第二流体注入泵4向所述钢体1的通孔11内注入所述气体；

c）缓慢增加所述第一流体注入泵3注入所述流体的压力。

具体是，首先，通过第一流体注入泵3向毛细管2内注入流体，该流体通过第一流体注入管道31注入毛细管2的毛细管通道21内，此时，通过第二流体注入泵4向钢体1的通孔11内注入气体，该气体通过第二流体注入管道41注入钢体1的通孔11中。其中，在通过第二流体注入泵4向钢体1通孔11内注入气体的压力P2应略高于第一流体注入泵3注入毛细管2的毛细管通道21内的流体压力P1，且在一实施例中，P2大于或等于P1×1.5%。在本发明中，P1为0.1～69MPa，P2为0.1～70MPa。最后，缓慢增加第一流体注入泵3的注入压力P1，直至毛细管2的毛细管通道21内出现气液弯液面。

根据本发明的一个实施方式，所述钢体1外设置有一真空泵7，所述真空泵7通过一真空管道71与所述钢体1的通孔11相连通，在所述步骤a之前还包括步骤a1，通过所述真空泵7将所述钢体1的通孔11内部抽真空，以使实验测得的数据更加准确。

进一步的，所述钢体1设置在一空气浴8中，在所述步骤a1之前还包括步骤a2，加热所述空气浴8，所述空气浴8的加热温度为30～180℃。

根据本发明的一个实施方式，所述钢体1的一端设有图像采集装置9，所述图像采集装置9与所述钢体1一端的观察窗12相对，该图像采集装置9用于透过观察窗12采集毛细管2内的气液弯液面图像。

进一步的，在所述步骤c之后还包括步骤d，所述图像采集装置9连接一计算机91，通过所述计算机91记录所述图像采集装置9的气液弯液面图像，并计算所述气液弯液面图像的接触角。通常测量三次取平均值，这样测得的相对误差小于1%。

在本发明的一个实施例中，利用半径R=0.05mm的毛细管2，在压力为20MPa、温度为85℃的条件下，三次测量煤油-CO₂间的接触角分别为137.1⁰、136.5⁰、136.9⁰，其平均值为136.8⁰。

本发明的高温高压毛细管内接触角测量方法，可以根据实验需要更换第二流体注入泵4中的气体种类，并可任意更换不同内径的毛细管2以满足不同测试要求，毛细管2直径可达微米级，其测量范围广，有效模拟了各种油藏条件下测量气液弯液面接触角的目的，为CO₂混相驱技术的推广提供了有效的研究方法。另外，本发明还可通过空气浴8随时控制对钢体1的加热温度，以模拟不同温度环境下的油藏条件；并可通过控制第一流体注入泵3与第二流体注入泵4的注入压力，以模拟不同压力环境下的油藏条件。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种高温高压毛细管内接触角测量装置，其特征在于，所述高温高压毛细管内接触角测量装置包括：

钢体，其具有通孔，所述通孔的两端分别密封有观察窗；

毛细管，其一端穿设在所述钢体的通孔内，其另一端通过第一流体注入管道连接一第一流体注入泵；

第二流体注入泵，其连接有第二流体注入管道，所述第二流体注入管道伸入所述钢体的通孔内。

2.如权利要求1所述的高温高压毛细管内接触角测量装置，其特征在于，所述高温高压毛细管内接触角测量装置还包括真空泵，所述真空泵连接有真空管道，所述真空管道伸入所述钢体的通孔内。

3.如权利要求1所述的高温高压毛细管内接触角测量装置，其特征在于，所述毛细管的外部夹设有毛细管夹持器，所述毛细管夹持器具有两个平行设置的夹持壁，所述两个夹持壁分别夹设在所述毛细管的两侧。

4.如权利要求3所述的高温高压毛细管内接触角测量装置，其特征在于，所述毛细管夹持器伸入所述钢体通孔的一端连接有端帽。

5.如权利要求3所述的高温高压毛细管内接触角测量装置，其特征在于，所述毛细管夹持器的外部套设有紧固套，所述紧固套的一端插入所述钢体内。

6.如权利要求5所述的高温高压毛细管内接触角测量装置，其特征在于，所述紧固套插入所述钢体的一端与所述钢体之间夹设有垫圈。

7.如权利要求1所述的高温高压毛细管内接触角测量装置，其特征在于，所述钢体设置在一空气浴中。

8.如权利要求1所述的高温高压毛细管内接触角测量装置，其特征在于，所述钢体的一端设置有图像采集装置，所述图像采集装置与所述钢体一端的观察窗相对。

9.如权利要求8所述的高温高压毛细管内接触角测量装置，其特征在于，所述钢体的另一端设置有光源，所述光源与所述钢体另一端的观察窗相对。

10.一种高温高压毛细管内接触角测量方法，其特征在于，所述高温高压毛细管内接触角测量方法采用如权利要求1～9中任一项所述的高温高压毛细管内接触角测量装置，所述高温高压毛细管内接触角测量方法包括如下步骤：

a）在第一流体注入泵内装入流体，在第二流体注入泵内装入气体；

b）通过所述第一流体注入泵向一毛细管内注入所述流体，所述毛细管伸入一钢体的通孔内，所述通孔的两端分别密封有观察窗，通过所述第二流体注入泵向所述钢体的通孔内注入所述气体；

c）缓慢增加所述第一流体注入泵注入所述流体的压力，直至所述毛细管的毛细管通道内出现气液弯液面。

11.如权利要求10所述的高温高压毛细管内接触角测量方法，其特征在于，所述钢体外设置有一真空泵，所述真空泵通过一真空管道与所述钢体的通孔相连通，在所述步骤a之前还包括步骤a1，通过所述真空泵将所述钢体的通孔内部抽真空。

12.如权利要求11所述的高温高压毛细管内接触角测量方法，其特征在于，所述钢体设置在一空气浴中，在所述步骤a1之前还包括步骤a2，加热所述空气浴，所述空气浴的加热温度为30～180℃。

13.如权利要求10所述的高温高压毛细管内接触角测量方法，其特征在于，所述第一流体注入泵注入的所述流体的压力为P1，所述第二流体注入泵注入的所述气体的压力为P2，其中，P2大于或等于P1×1.5%。

14.如权利要求10所述的高温高压毛细管内接触角测量方法，其特征在于，所述钢体的一端设有图像采集装置，所述图像采集装置与所述钢体一端的观察窗相对。

15.如权利要求14所述的高温高压毛细管内接触角测量方法，其特征在于，在所述步骤c之后还包括步骤d，所述图像采集装置连接一计算机，通过所述计算机记录所述图像采集装置采集的气液弯液面图像，并计算所述气液弯液面图像的接触角。

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