CN110132796A - 页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，包括：恒温箱；滴液装置；所述滴液装置包括支撑平台、设置于支撑平台上的第一移动机构、滑块、以及位于滑块的滴液组件；所述滴液组件用于向页岩样品滴液；所述第一移动机构能将所述滑块沿水平和垂直方向移动；抛光装置；所述抛光装置包括样品平台、设置于所述样品平台上的样品釜、加热组件、抛光机、第二移动机构；所述第二移动机构能够将所述页岩样品沿水平和垂直方向移动；所述抛光机用于对所述页岩样品打磨抛光形成测量平面；用于拍摄液滴接触页岩样品的成像装置；控制器；所述控制器能够按照预定规则计算出页岩样品的空间接触角及润湿非均质性参数。该系统能够准确评价页岩润湿性。

Description

页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统

技术领域

本申请涉及页岩润湿性表征领域，尤其涉及一种用于表征页岩润湿性的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统。

背景技术

润湿性指的是液体在固体表面铺展的能力或倾向性，取决于固体—流体及流体之间的界面张力、粗糙程度等因素。岩石的润湿性则是岩石中不同矿物成分与流体相互作用的特征，反映了岩石亲油或亲水的特点。微观上，润湿相附着在颗粒表面影响孔隙吼道毛细管力的大小和方向，从而决定岩石内部流体渗流特性。因此，研究岩石储层的润湿性是油气田开发中的热点问题。特别对于页岩等非常规油气资源，孔隙主要以微纳米级为主，而润湿相流体倾向于较小的孔隙同时将非润湿相排出，因此了解储层的润湿性对油气运移、提高采收率具有重要意义，同样是分析储层压裂液损失的重要步骤。

目前，适用于页岩储层润湿性的测量方法较少并且具有一定的局限性，从而影响了页岩气开发。常用的研究油气储层润湿性的方法主要包括自吸法、接触角实验和Amott法和USBM法。接触角指的是在岩石水平平面上液-固-气三相的交界处固体表面的切线与液体表面的切线的夹角θ，当润湿性很好时，液滴在岩石表面完全铺开，θ接近于0°；当润湿性很差时，液滴在岩样表面包成一团，接触角接近180°。Young(1805)提出的Young方程描述了接触角和三个界面张力间的关系，是接触角测试的基础理论。接触角值的测量有二种常用的方法：基于称量的Modified Wilhelmy Plate方法和基于液面形状分析的光学法。

自吸实验通过间接方法评价润湿性，依靠毛细管力使润湿相自发地从岩石表面吸入并排替非润湿相，通过水、油润湿指数间接判断岩石润湿性，当润湿性接近中性润湿时不敏感，并非任何流体都将自动驱替另一种流体。页岩微纳米孔隙十分发育，具有极低的孔隙度和渗透率，导致毛细管力巨大，从而使得Amott法和USBM法无法应用到页岩润湿性评价中。同时USBM法只能通过岩心塞测量润湿性，且无法判断一个系统是否属于混合润湿。

接触角实验由于其简单、直观特性，是目前常用判断润湿性的方法，通过将岩样加工成标准岩样后，并放置在样品台通过对样品表面液滴形状进行拍照直接观测，并分析计算接触角。由于接触角实验的直观性和便利性，是目前最常用的表征页岩润湿性方法之一。但是，与常规油气藏不同，页岩同时作为烃源岩富含有机质，且矿物成分复杂，同时发育亲油的有机质孔隙和亲水的无机矿物孔隙，因此页岩在微观尺度上表现为极强的非均质性，从而反映到页岩的润湿非均质性。测试过程中，液滴大小及液滴所接触位置矿物和有机质分布决定了其接触角，此外样品表面粗糙程度不同也会导致接触角不同。因此，现有的接触角实验难以快速准确评价页岩三维接触角，从而不能准确评价页岩空间润湿性及其润湿非均质性。

发明内容

发明人经过研究发现：首先，页岩含有许多不同组分，特别是有机质的存在导致页岩的润湿性更为复杂，常规接触角测试未考虑到页岩的非均质性，只反映了页岩局部不均匀的润湿性从而无法准确判断页岩储层真实润湿性，错误的润湿性在页岩油气开发过程中对储层会造成不可逆转的损害。

其次，在接触角测试过程中，接触角会随着时间变换而变化，且实验容易受到环境温度、湿度及空气流动的影响，导致实验存在较大误差。

因此，本申请的一个目的是提供一种用于表征页岩润湿性的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，以能够在避免外部干扰情况下，可以在三维空间中测量页岩多平面多点位的平均接触角，从而准确评价页岩润湿性，同时根据测得接触角为评价页岩润湿性的非均质性强弱提供一种方法。

为达到上述目的，本申请的技术方案如下：

一种页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，包括：

恒温箱；

设置于所述恒温箱中的滴液装置；所述滴液装置包括固定于所述恒温箱中的支撑平台、设置于支撑平台上的第一移动机构、滑块、以及位于滑块的滴液组件；所述滴液组件用于向页岩样品滴液；所述第一移动机构能将所述滑块沿水平和垂直方向移动；

设置于所述恒温箱中的抛光装置；所述抛光装置包括样品平台、设置于所述样品平台上的样品釜、加热组件、抛光机、第二移动机构；所述样品釜用于放置页岩样品；所述加热组件用于加热页岩样品；所述第二移动机构能够将所述页岩样品沿水平和垂直方向移动；所述抛光机用于对所述页岩样品打磨抛光形成测量平面；

用于拍摄液滴接触页岩样品的成像装置；

与所述滴液装置、所述抛光装置和所述成像装置连接的控制器；所述控制器能够控制所述抛光机对所述页岩样品多次打磨抛光形成多个测量平面，并根据所述成像装置拍摄的图像信息计算多个测量平面下页岩样品的接触角，按照预定规则计算出页岩样品的三维接触角及非均质性参数。

作为一种优选的实施方式，所述控制器能控制所述滴液组件在页岩样品的测量平面的至少三个位置进行滴液并测量至少三个位置的接触角，并将至少三个位置的接触角的平均值作为平面接触角；所述控制器还能将多个测量平面的平面接触角的平均值作为空间接触角。

作为一种优选的实施方式，所述预定规则包括如下公式：

其中，σ为页岩样品的三维非均质性参数；θ为页岩样品的空间接触角；θ_in为第i个测量平面的第n个位置的接触角；i为测量平面数量；n为测量平面的接触角测量位置数量。

作为一种优选的实施方式，所述控制器还能按照如下公式计算平面非均质性参数；

其中，σ_i为第i个测量平面的非均质性参数；θ_i为第i个测量平面的平面接触角；θ_in为第i个测量平面的第n个位置的接触角；i为测量平面数量；n为测量平面的接触角测量位置数量。

作为一种优选的实施方式，所述样品平台上设有多个所述样品釜、以及与所述样品釜相同数量的所述抛光机；相应的，所述滑块上设有与所述样品釜相同数量的滴液组件；所述滴液组件和所述样品釜一一对应；所述滴液组件内部设有活塞杆；所述活塞杆连接步进电机；所述步进电机连接所述控制器；所述控制器能够控制所述步进电机驱动所述活塞杆。

作为一种优选的实施方式，所述抛光装置还设有抽风机、以及收集箱；所述抛光机设有阻挡粉尘的防护罩；所述收集箱安装于所述样品平台一侧；所述抽风机用于将所述抛光机产生的粉尘吸入所述收集箱中。

作为一种优选的实施方式，所述控制器能通过所述抛光装置和所述滴液装置同时对多个页岩样品进行接触角测试。

作为一种优选的实施方式，所述成像装置包括成像支架、安装在所述成像支架上的相机、设置于所述相机上的镜头、设置于恒温箱上的照明组件；所述成像支架固定于所述恒温箱中；所述照明组件包括冷光源；所述镜头对准所述样品平台上的样品釜。

作为一种优选的实施方式，所述第二移动机构包括设置于样品釜一侧的水平位移组件和设置于样品釜底部的垂直位移组件；该垂直位移组件能够按照预定打磨厚度抬升所述样品釜中的页岩样品。

作为一种优选的实施方式，所述控制器能够建立滴液装置和样品釜相对应的坐标系，并校正滴液装置的原点位置。

作为一种优选的实施方式，所述控制器能够控制所述样品釜在测量平面的接触角测量完成后移动至抛光机处将页岩样品抬升预定打磨厚度，再控制抛光机将页岩样品打磨预定打磨厚度形成新的测量平面。

有益效果：

本实施例所提供的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统通过利用抛光机对所述页岩样品多次打磨抛光形成多个测量平面，并根据所述成像装置拍摄的图像信息计算多个测量平面下页岩样品的接触角，不同测量平面的接触角可以准确判断页岩样品的空间润湿性，而且，该页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统还按照预定规则计算出页岩样品的三维润湿非均质性参数，根据三维润湿非均质性参数可以评价页岩样品的润湿性在空间变化特征，从而可以反映到页岩微观矿物成分、不同类型孔隙结构等在空间分布变化特征。

本实施例所提供的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统能够高精度的实现页岩样品多维度的接触角的测量，避免页岩强非均质性引起的斑状润湿而错误的判断页岩样品的润湿性。同时可以通过恒温箱避免实验过程中环境变化而引起的实验误差。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例所提供的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统示意图；

图2是图1的恒温箱的另一示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1、图2。本申请的一个实施例提供一种页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，包括：恒温箱1；设置于所述恒温箱1中的滴液装置；设置于所述恒温箱1中的抛光装置；用于拍摄液滴接触页岩样品的成像装置；与所述滴液装置、所述抛光装置和所述成像装置连接的控制器4。

所述滴液装置包括固定于所述恒温箱1中的支撑平台3、设置于支撑平台3上的第一移动机构、滑块18、以及位于滑块18的滴液组件15。所述滴液组件15用于向页岩样品滴液；所述第一移动机构能将所述滑块18沿水平和垂直方向移动。

所述抛光装置包括样品平台2、设置于所述样品平台2上的样品釜5、加热组件、抛光机8、第二移动机构；所述样品釜5用于放置页岩样品；所述加热组件用于加热页岩样品；所述第二移动机构能够将所述页岩样品沿水平和垂直方向移动；所述抛光机8用于对所述页岩样品打磨抛光形成测量平面。

所述控制器4能够控制所述抛光机8对所述页岩样品多次打磨抛光形成多个测量平面，并根据所述成像装置拍摄的图像信息计算多个测量平面下页岩样品的接触角，按照预定规则计算出页岩样品的三维接触角及非均质性参数。

本实施例所提供的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统通过利用抛光机8对所述页岩样品多次打磨抛光形成多个测量平面，并根据所述成像装置拍摄的图像信息计算多个测量平面下页岩样品的接触角，不同测量平面的接触角可以准确判断页岩样品的空间润湿性，而且，该页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统还按照预定规则计算出页岩样品的三维非均质性参数，根据三维非均质性参数可以表征出页岩样品的整体非均质性，避免页岩非均质性测得的局部润湿角偏差而产生对润湿性错误的判断。

本实施例所提供的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统能够高精度的实现页岩样品多维度的接触角的测量，避免页岩强非均质性引起的斑状润湿而错误的判断页岩样品的润湿性。同时可以通过恒温箱1避免实验过程中环境变化而引起的实验误差。

为更全面的反应页岩的平面非均质性，避免非均质性引起的斑状润湿而错误的判断页岩样品的润湿性。所述控制器4能控制所述滴液组件15在页岩样品的测量平面的至少三个位置进行滴液并测量至少三个位置的接触角，并将至少三个位置的接触角的平均值作为平面接触角。所述控制器4还能将多个测量平面的平面接触角的平均值作为空间接触角。

本申请不仅从平面上判断页岩的非均质性对接触角(润湿性)的影响，还通过多个测量平面测量三维空间上的页岩非均质性对接触角(润湿性)的影响。

为保证测量结果的准确性和代表性，避免实验过程中环境变化而引起的实验误差，所述控制器能通过所述抛光装置和所述滴液装置同时对多个页岩样品进行接触角测试。具体的，所述样品平台2上设有多个所述样品釜5、以及与所述样品釜5相同数量的所述抛光机8。相应的，所述滑块18上设有与所述样品釜5相同数量的滴液组件15；所述滴液组件15和所述样品釜5一一对应。

为实现滴液的自动控制，所述滴液组件15内部设有活塞杆16；所述活塞杆16连接步进电机17。所述步进电机17连接所述控制器4；所述控制器4能够控制所述步进电机17驱动所述活塞杆16。

加热组件能够对样品釜5中的页岩样品进行加热，从而在打磨形成测量平面时将页岩样品先前滴入的液滴加热蒸干，避免对后续接触角测量的影响。加热组件可以为设置在样品釜5上的加热丝。加热组件与控制器4相连接，以实现加热和打磨的自动控制。

为避免抛光产生的粉尘对恒温箱1内部仪器造成污染，所述抛光装置还设有抽风机10、以及收集箱9；所述抛光机8设有阻挡粉尘的防护罩。所述收集箱9安装于所述样品平台2一侧；所述抽风机10用于将所述抛光机8产生的粉尘吸入所述收集箱9中。该抽风机10可以为离心式抽风机10。

所述第二移动机构包括设置于样品釜5一侧的水平位移组件7和设置于样品釜5底部的垂直位移组件6。该垂直位移组件6能够按照预定打磨厚度抬升所述样品釜5中的页岩样品。通过抛光机8对页岩样品打磨抛光形成多个测量平面。其中，多个测量平面可以为沿垂直方向上的不同平面，从而可以评价页岩样品的三维非均质性。

为方便控制器4对滴液装置和样品釜5进行自动滴液控制，所述控制器4能够建立滴液装置和样品釜5相对应的坐标系，并校正滴液装置的原点位置。具体的，样品平台2通过样品支架13固定支撑在箱体内部，其上设置有3个20mm(长)*20mm(宽)*18mm(高)的样品釜5。样品釜5之间的距离与3个滴液组件15的距离相同。样品釜5一侧设置水平位移组件7，同时底部设置垂直位移组件6，通过计算机可精确控制样品前后及垂直上下移动，误差在0.01mm。并以最左侧样品釜5(在读者面对图1、图2时)建立x，y坐标系，其中左上角为(0,0)、右下角(100，100)建立x，y坐标系，通过坐标控制液滴组件、以及样品釜5实际位置。

所述控制器4能够控制所述样品釜5在测量平面的接触角测量完成后移动至抛光机8处将页岩样品抬升预定打磨厚度，再控制抛光机8将页岩样品打磨预定打磨厚度形成新的测量平面。

恒温箱1与控制器4相连接，通过控制器4控制恒温箱1中的温度稳定在室温。支撑平台3通过滴液支架固定在恒温箱1内部，其上设置有垂直位移机构14(例如伸缩液缸)和水平位移机构19(例如直线电机)，可通过计算机(控制器4)控制滑块18上固定的3个滴液组件15，使得滴液组件15在水平和垂直方向精确移动移动至目标滴液位置。滴液组件15上部固定有步进电机17，并连接滴液组件15内部活塞杆16，通过控制器4控制步进电机17从而进行自动注射、吸液，误差在0.01微升。

样品釜5后固定3个无尘抛光机8，可以精确对页岩样品进行精细打磨及抛光，根据设置将样品打磨并抛光一定的厚度(预定打磨厚度)。样品平台2一侧安装收集箱9，通过离心式抽风机10泵将抛光机8打磨时产生的粉尘吸入收集箱9中，避免对箱内产生粉尘。

所述成像装置包括成像支架、安装在所述成像支架上的相机12、设置于所述相机12上的镜头、设置于恒温箱1上的照明组件；所述成像支架固定于所述恒温箱1中；所述照明组件包括冷光源11；所述镜头对准所述样品平台2上的样品釜5。

箱体两侧固定亮度均匀的LED冷光源11并对准样品平台2。相机12固定在成像支架上并通过镜头对准样品平台2。当液滴接触样品时，通过镜头将液滴放大，自动对焦连续拍照，并传输至控制器4，控制器4通过分析最终计算出页岩三维空间多平面多位置点位的平均接触角。

在样品平台2固定样品釜5和无尘抛光机8，通过控制器4控制样品前后及上下移动，将样品在垂直方向精细打磨一定厚度并抛光，打磨厚度误差在0.1mm，从而获得样品的空间接触角(三维接触角)及三维非均质性参数，从而准确判断页岩润湿性及润湿性的非均质性强弱。

通过控制器4控制固定于滑块18上的滴液组件15，并校准滴液组件15在页岩样品上方的xy方向初始坐标(原点坐标位置)，从而通过坐标可以同时控制滴液组件15在不同页岩样品的测量平面的多个位置区域同时滴液进行同一维度的多位置接触角测量。

所述控制器4还能按照如下公式计算平面非均质性参数；

其中，σ_i为第i个测量平面的非均质性参数；θ_i为第i个测量平面的平面接触角；θ_in为第i个测量平面的第n个位置的接触角；i为测量平面数量；n为测量平面的接触角测量位置数量。

例如：对页岩样品第1个测量平面进行n次接触角测试，每次接触角测量值为θ₁₁，θ₁₂…θ_1n,该平面接触角平均值θ₁，定义该平面非均质性参数σ₁，其定义如下：

在本实施例中，控制器4按照预定规则计算出页岩样品的三维非均质性参数。具体的，所述预定规则包括如下公式：

其中，σ为页岩样品的三维非均质性参数；θ为页岩样品的空间接触角；θ_in为第i个测量平面的第n个位置的接触角；i为测量平面数量；n为测量平面的接触角测量位置数量。

在本实施例中，无论是平面非均质性参数σ1,σ2···σi,还是三维非均质性参数σ，假设页岩样品是各向同性的均质体时，无论其平面接触角非均质性参数，还是空间接触角非均质性参数都为0。当σi、σ的值越大，表明样品非均质性越强，润湿性在页岩三维整体的不同局部位置之间的差异越大。

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

1)、首先打开恒温箱1，使恒温箱1内温度稳定在室温(25℃)，并通过计算机软件检测温度波动±1℃，之后打开LED冷光源11和相机12。

2)、将已抛光的2mm(长)*20mm(宽)*20mm(高)的标准页岩样品A、B、C放置于20mm(长)*20mm(宽)*18mm(高)的样品釜5内。标准页岩样品A、B、C的顶面作为第一个测试平面。

3)、通过计算机(控制器4)控制，使滴液组件15的针头移动至样品釜5左上角的原点位置(0,0)，进行坐标校正。在滴液组件15的位置校正后输入坐标(25,25)对滴液组件15设定位置，使其移动至滴液坐标点位。

4)、通过计算机控制滴液开始实验，步进电机17根据设置液滴的体积带动滴液组件15内部活塞杆16运动，活塞杆16移动预定距离(优选1-2mm)在针头形成液滴滴落，液滴从滴液组件15落至样品表面。此时，相机12将进行连续拍照，并将拍摄图像发送至计算机，通过计算机的图像分析模块(例如图像分析软件)分析得到A样品、B样品、C样品的接触角θ1、€1、

然后，再依次设置坐标(75,25)、(25,75)、(75,75)进行不同位置的后三次分析测试，得到A样品的接触角θ2、θ3、θ4，B样品的接触角€2、€3、€4及C样品的接触角同时，计算A样品、B样品、C样品4个位置的接触角平均值，得到它们的平面接触角θA1，€B1、

5)、测试第一个平面4个点位位置后，打开加热组件对页岩样品进行烘干，并通过计算机控制使样品釜5移动至抛光机8下方，并抬升页岩样品使得页岩样品上表面与抛光机8接触进行校正，防止侧歪等形态影响并保证打磨均匀，形成理想的测量平面。此时，通过计算机控制启动抛光机8，设置打磨厚度为2mm。控制垂直位移组件6使样品抬升2mm，从而在抛光机8下打磨2mm。粉尘通过离心式抽风机10沿管道抽至收集箱9内。

6)、重复上述实验步骤，最终完成每个页岩样品10个沿空间高度不同的测量平面，40个点位的接触角测试。计算器分别计算得到页岩样品A、B、C的平面接触角θA1～θA10，€B1～€B10，平均求得计算A、B、C样品的空间接触角θA、€B1、并利用上述公式(1)、公式(2)分别求出A、B、C样品的平面非均质性参数以及三位非均质性参数，并判断空间润湿角非均质性强弱。

由上述原理设计和具体实施方式可以看出，本发明提供的一种页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统具有如下优点：

1.通过计算机自动化控制，将抛光与接触角测试一体化，实现精密抛光后对页岩样品进行三维空间内可多个平面接触角测量，可以有效避免页岩非均质性测得局部润湿角偏差而产生对润湿性错误的判断。

2.在同一平面内通过x，y坐标系实现多个页岩样品多个点位接触角测试，可以有效避免页岩非均质性测得局部润湿角偏差而产生对润湿性错误的判断。

3.在恒温箱1内同时可对多个样品同时进行接触角测试，避免实验过程中环境变化而引起的实验误差。

4.同时该页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统提供了一种通过接触角计算页岩润湿非均质性的方法。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，包括：

恒温箱；

设置于所述恒温箱中的滴液装置；所述滴液装置包括固定于所述恒温箱中的支撑平台、设置于支撑平台上的第一移动机构、滑块、以及位于滑块的滴液组件；所述滴液组件用于向页岩样品滴液；所述第一移动机构能将所述滑块沿水平和垂直方向移动；

设置于所述恒温箱中的抛光装置；所述抛光装置包括样品平台、设置于所述样品平台上的样品釜、加热组件、抛光机、第二移动机构；所述样品釜用于放置页岩样品；所述加热组件用于加热页岩样品；所述第二移动机构能够将所述页岩样品沿水平和垂直方向移动；所述抛光机用于对所述页岩样品打磨抛光形成测量平面；

用于拍摄液滴接触页岩样品的成像装置；

与所述滴液装置、所述抛光装置和所述成像装置连接的控制器；所述控制器能够控制所述抛光机对所述页岩样品多次打磨抛光形成多个测量平面，并根据所述成像装置拍摄的图像信息计算多个测量平面下页岩样品的接触角，按照预定规则计算出页岩样品的三维接触角及非均质性参数。

2.如权利要求1所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述控制器能控制所述滴液组件在页岩样品的测量平面的至少三个位置进行滴液并测量至少三个位置的接触角，并将至少三个位置的接触角的平均值作为平面接触角；所述控制器还能将多个测量平面的平面接触角的平均值作为空间接触角。

3.如权利要求2所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述预定规则包括如下公式：

其中，σ为页岩样品的三维非均质性参数；θ为页岩样品的空间接触角；θ_in为第i个测量平面的第n个位置的接触角；i为测量平面数量；n为测量平面的接触角测量位置数量。

4.如权利要求1所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述控制器还能按照如下公式计算平面非均质性参数；

其中，σ_i为第i个测量平面的非均质性参数；θ_i为第i个测量平面的平面接触角；θ_in为第i个测量平面的第n个位置的接触角；i为测量平面数量；n为测量平面的接触角测量位置数量。

5.如权利要求1-4任一所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述样品平台上设有多个所述样品釜、以及与所述样品釜相同数量的所述抛光机；相应的，所述滑块上设有与所述样品釜相同数量的滴液组件；所述滴液组件和所述样品釜一一对应；所述滴液组件内部设有活塞杆；所述活塞杆连接步进电机；所述步进电机连接所述控制器；所述控制器能够控制所述步进电机驱动所述活塞杆。

6.如权利要求1-4任一所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述抛光装置还设有抽风机、以及收集箱；所述抛光机设有阻挡粉尘的防护罩；所述收集箱安装于所述样品平台一侧；所述抽风机用于将所述抛光机产生的粉尘吸入所述收集箱中。

7.如权利要求5所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述控制器能通过所述抛光装置和所述滴液装置同时对多个页岩样品进行接触角测试。

8.如权利要求1-4任一所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述第二移动机构包括设置于样品釜一侧的水平位移组件和设置于样品釜底部的垂直位移组件；该垂直位移组件能够按照预定打磨厚度抬升所述样品釜中的页岩样品。

9.如权利要求1所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述控制器能够建立滴液装置和样品釜相对应的坐标系，并校正滴液装置的原点位置。

10.如权利要求1所述的页岩三维接触角及润湿非均质性评价系统，其特征在于，所述控制器能够控制所述样品釜在测量平面的接触角测量完成后移动至抛光机处将页岩样品抬升预定打磨厚度，再控制抛光机将页岩样品打磨预定打磨厚度形成新的测量平面。