CN205192999U

CN205192999U - 多极板样品池及乳状液特性仪

Info

Publication number: CN205192999U
Application number: CN201521002500.5U
Authority: CN
Inventors: 林梅钦; 王发利; 李明远
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2025-12-07

Abstract

本实用新型涉及一种多极板样品池及乳状液特性仪，该多极板样品池包括一顶部开口的长方体绝缘池和两个以上的极板，长方体绝缘池的四个侧壁和底部均采用绝缘板，长方体绝缘池的任一两个平行内壁上分别等间隔相应粘贴有两个以上的极板，每一极板的外端部均设置有一连接条，每一连接条均延伸至所述长方体绝缘池的外部；所述含有多极板样品池的乳状液特性仪具有很好的灵敏性和稳定性，该乳状液特性仪能够准确测定稳定的W/O和O/W型乳状液体系内部液珠分布、变化过程和乳状液的稳定性；对于不稳定的W/O和O/W型乳状液，可测定其内部不同层油水的分布状态、乳状液内部水珠的聚并、沉降过程、油水的分层过程和稳定性。

Description

多极板样品池及乳状液特性仪

技术领域

本实用新型涉及油田化学领域，特别是关于一种多极板样品池及乳状液特性仪。

背景技术

乳状液是一类重要的分散体系，对于它的稳定性人们做过大量的研究，但是由于乳状液中油、水相物质种类、组成、相数量的不同以及乳化剂的不同，乳状液的稳定性差别很大，因此乳状液稳定性的测定至今没有统一方法。在采油过程中形成的原油乳状液有W/O型、O/W型和多重乳状液。由于原油乳状液为黑褐色，不易考察液滴的絮凝和聚并过程，甚至不能分辨出原油、乳状液的分层，采用一般的乳状液稳定性评价方法误差较大。因此，为了深入研究乳状液的稳定性、类型、液珠分布及转相规律，有必要研究和建立新的乳状液类型、稳定性的评价方法，考察乳状液转相的条件。

原油乳状液的介电性质对于判断乳状液的类型、稳定性，以及选择破乳方法都十分重要。常温下纯原油的相对介电常数为2.0～2.7，纯水的相对介电常数为80。当水珠分散在原油中形成W/O型乳状液或油珠分散在水中形成O/W型乳状液时，随着分散相体积、水珠大小和数量的变化，乳状液的相对介电常数将发生改变。Kubo和Nakamura从理论考虑一个分散体系的介电性质，此种体系是由介电常数为ε₁的小球分散于介电常数为ε₀的介质中所组成的，他们作了下列假设：1)分散相的质点皆是球形的；2)质点上没有净电荷；3)和整个多相体系的大小比起来，小球的半径是极小的；4)和分子比起来，小球的半径是很大的，因此分散相和分散介质皆可当作均匀物体，其性质只为它们的介电常数所决定。根据这些假设，两人导出分散体系的介电常数ε与分散相的体积分数的关系，但是结果是一个十分复杂的关系式，并未经过实验验证。乳状液介电常数有关的工作大多数还是基于理论假设所推导出来的公式，缺乏系统、完整的实验结果来进行验证。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的其中一个目的是提供一种多极板样品池；本实用新型的另一实用新型目的是提供一种具有灵敏性和稳定性的乳状液特性仪。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种多极板样品池，其特征在于，该多极板样品池包括一顶部开口的长方体绝缘池和两个以上的极板，所述长方体绝缘池的四个侧壁和底部均采用绝缘板，所述长方体绝缘池的任一两个平行内壁上分别等间隔相应粘贴有两个以上的所述极板，每一所述极板的外端部均设置一连接条，每一所述连接条均延伸至所述长方体绝缘池外部。

优选地，所述绝缘板采用玻璃片。

优选地，每一所述极板和连接条均采用铜片。

一种乳状液特性仪，其特征在于，该乳状液特性仪包括一电源、一振荡电路、一放大器、一检测器、一计算机和一多极板样品池，所述多极板样品池内设置有乳状液作为电介质；所述长方体绝缘池两平行内壁上的两相应所述极板构成一电容器，所述振荡电路通过导线连接所述电容器构成一振荡器，所述振荡器的输出端连接所述放大器的输入端，所述放大器的输出端连接所述检测器，所述检测器将检测到的振荡频率信号发送到所述计算机，所述电源用于为所述振荡器、放大器和检测器供电。

优选地，所述乳状液为油包水乳状液、水包油乳状液或原油乳状液。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型的配有多极板样品池的乳状液特性仪，具有很好的灵敏性和稳定性，可以准确测定稳定的W/O乳状液体系内部液珠分布、变化过程和乳状液的稳定性，测定液珠的沉降速度。2、本实用新型采用多极板样品池可测定不稳定的W/O乳状液内部不同层油水的分布状态，考察乳状液内部水珠的聚并、沉降过程和油水分层的过程。本实用新型可以广泛应用在乳状液的性质测定中。

附图说明

图1为本实用新型极板的结构示意图；

图2为本实用新型多极板样品池中极板排布示意图；

图3为本实用新型乳状液特性仪原理示意图；

图4为本实用新型去离子水F值随时间变化曲线示意图；

图5为本实用新型模拟水F值随时间变化曲线示意图；

图6为本实用新型含水率10％乳状液特性曲线示意图；

图7为本实用新型含水率90％乳状液特性曲线示意图；

图8为本实用新型原油/地层模拟水乳状液F值随时间变化曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。

如图1、图2所示，本实用新型提供的多极板样品池，包括一顶部开口的长方体绝缘池和两个以上的极板，长方体绝缘池的四个侧壁和底部均采用绝缘板，长方体绝缘池的任一两个平行内壁上分别等间隔相应粘贴有两个以上的极板1，每一极板1的外端部均设置一连接条2，每一连接条2均延伸至长方体绝缘池的外部使用时与导线连接。

在一个优选的实施例中，绝缘板可以采用厚度为2mm的玻璃片。

在一个优选的实施例中，长方体绝缘池的底部可以采用边长为28mm的正方形，长方体绝缘池的高度可以为124mm。

在一个优选的实施例中，极板1和连接条2均可以采用厚度为0.5mm的铜片。

在一个优选的实施例中，长方体绝缘池的两个平行内壁分别等间距粘贴有6个极板1，每一极板1均可以采用504胶粘贴在长方体绝缘池的内壁。

下面通过具体实施例详细说明本实用新型的多极板样品池的制作过程，本实施例中制作材料为：极板采用0.5mm厚铜片以及绝缘板采用2mm厚玻璃片，具体制作过程为：

1)根据图1的形状用剪刀剪出长22mm、宽16mm的铜片12片，铜片留有长20mm的连接条2作为测试点接头。

2)用玻璃刀切割出长124mm、宽28mm玻璃片以及两片长124mm、宽22mm的玻璃片。

3)将6片铜片以每片间隔2mm的距离均匀的用504胶粘在宽28mm的一片玻璃片上，并在铜片的另一面涂上一层504胶；将另外6片铜片粘在另一片宽28mm的玻璃片上，并将铜片的另一面涂上一层504胶，504胶的厚度可以为0.5mm～2mm。

4)将粘有铜片的两片玻璃片与另外两片宽22mm的玻璃片用504胶粘成一个长方体绝缘池，并用另外一片玻璃片将长方体绝缘池的底部封闭作为长方体绝缘池底部。如图2所示，从长方体绝缘池底部至下向上极板的编号依次为1-6号，此时得到的多极板样品池总体积约40mL。

如图3所示，基于本实用新型的多极板样品池，本实用新型还提供了一乳状液特性仪，包括一电源3、一振荡电路4、一放大器5、一检测器6和一计算机7，乳状液放置在多极板样品池内作为电介质，设置在长方体绝缘池两平行内壁的两相应极板1构成电容器，电源3用于为所有用电器件供电，振荡电路4的两输入端分别连接经穿出长方体绝缘池两平行内壁的相应导线两端(即振荡电路的两输入端分别连接由极板构成的电容器)构成振荡器，振荡器的输出端连接放大器5的输入端对振荡频率信号进行放大，放大器5将放大信号发送到检测器6，检测器6将检测到的振荡频率信号发送到计算机7进行数据处理得到乳状液特性参数，其中，乳状液可以为油包水乳状液、水包油乳状液或原油乳状液。

利用乳状液特性仪测定的是F值，其物理意义为“频率”，该乳状液特性仪的基本原理是改变电容器的电容量可改变振荡频率，而多极板样品池中的乳状液油水比例、液珠大小的变化等会改变电容量。一般情况下，通过调整电容器的电容可改变振荡器的频率，在电容器的电容量发生微小变化的情况下，振荡器的频率将产生大幅度的变动，电路的特性将产生灵敏的变化。振荡器的振荡频率可由频率计检测和记录，通过计算机处理检测的数据输出特性参数。将装有乳状液的多极板样品池制造成为一个电容器，由乳状液作为电介质，当乳状液中液珠大小及其分布发生变化时，或油水发生相分离时，乳状液的介电特性将发生变化，并进一步导致电容和和电路特性的变化，根据电路特性的变化可以测定乳状液的稳定性、类型、液珠分布以及考察乳状液的转相条件等。

下面通过各实施例详细说明采用本实用新型的乳状液特性仪对乳状液特性性质进行测定的方法，具体为：

实施例1：含有多极板样品池的乳状液特性仪灵敏性测定

1)实验条件

油相：15#白油；煤油；孤东原油；模型油(将孤东原油用煤油稀释5倍，为模型油)；水相：去离子水；模拟水；温度：室温；模拟水组成见表1：

表1模拟水离子组成(mg/L)

离子组成	Cl^－	HCO₃ ^－	Na⁺+K⁺	Mg²⁺	Ca²⁺	矿化度
							浓度	2885.49	818.89	2064.55	20.88	66.85	5856.66

2)乳状液特性仪的操作方法

分别量取40mL的各种水相和油相，注入干净的多极板样品池，静置5分钟，接通含有多极板样品池的乳状液特性仪，并开始计时。测定时间为60分钟，记下0、10分钟、20分钟、30分钟、40分钟和60分钟时6个极板的F值，以时间为X轴，不同极板不同时刻的F值为Y轴作图。

从表2和表3中可以看出，从油到水，虽然介电常数只变化了几十个单位，各个极板测得的F值却变化了3000多个单位，说明含有多极板的乳状液特性仪的灵敏度是相当高的。

表2去离子水、白油测定结果

极板	1	2	3	4	5	6
							F_去离子水	11942	11842	12149	11911	11812	11886
F_白油	15230	15189	15232	15226	15237	15245
							F_白油-F_去离子水	3288	3347	3083	3315	3425	3359

注：F值为60分钟时测定值。

表3模拟水、模拟油和原油测定结果

极板

1

2

3

4

5

6

F_模拟水	12086	11810	11841	11952	11813	11910
							F_模型油	15199	15150	15181	15194	15187	15217
F_原油	15247	15191	15223	15232	15236	15269
							F_模型油-F_模拟水	3113	3340	3340	3242	3374	3307
F_原油-F_模拟水	3161	3381	3382	3280	3423	3359

注：F值为60分钟时测定值。

实施例2：含有多极板样品池的乳状液特性仪稳定性和重复性测定

在与实施例1相同的实验条件下分别测定了去离子水、模拟水的F值随时间变化，结果见图4和图5，表4是去离子水的两次测定结果比较：

表4去离子水的两次测定结果比较

极板	1	2	3	4	5	6
							第一次F值	11942	11842	12149	11911	11812	11886
第二次F值	12013	11884	12196	12023	11880	11958
							差值	71	42	47	112	68	72
相对变化率/％	0.60	0.35	0.38	0.94	0.57	0.60

注：表中F值为60分钟时测定的F值。

由上述结果可知，含有多极板样品池的乳状液特性仪具有很好的稳定性和重复性。

实施例3：含有多极板样品池的乳状液特性仪对油包水乳状液特性测定

1)实验条件

油相：15#白油；水相：去离子水；表面活性剂：Span80，化学纯；无水乙醇：分析纯；德国产X120型乳化器；温度：室温。

2)实验方法：Span80白油溶液/水乳化体系

(1)配制Span80质量浓度为0.3％、0.1％、0.05％的白油溶液各400mL作为油相。

(2)以去离子水作为水相，对Span80质量浓度为0.3％的油相进行实验。油水两相总体积取70mL，按不同的体积比，用量筒量取水相和油相，先加水相，后加油相于80mL的小烧杯中。

(3)将乳化器乳化头充分浸没在液面下，同时打开乳化器，在转速10000rpm下乳化2分钟。

(4)将制备出的乳状液先取10mL注入于一带刻度的试管中，然后将乳状液倒入多极板样品池中，将多极板样品池注满，剩余乳状液再注入试管中，观察其状态，并用稀释法判定乳状液的类型。

(5)将多极板样品池与乳状液特性仪接通，并开始计时，分别记录0分钟、10分钟、20分钟、30分钟、40分钟和60分钟时各个极板的特性参数F数据以及试管中乳状液变化情况。

(6)测定完毕，将多极板样品池用洗衣粉洗净，然后用去离子水冲洗，再用无水乙醇冲洗，电吹风吹干。

(7)用同样的方法测定下一油水体积比例制得的乳状液。测定顺序按水的体积含量从10％、20％、30％、……90％的顺序依次测定，然后再依次按Span80质量浓度分别为0.1％、0.05％白油溶液的顺序重复上述实验步骤。

以含水率10％乳状液特性曲线为例(见图6)，其Span80油相浓度为0.3％。

如图6所示，0分钟时，各个极板的F值相差不大，随着时间的增加，6极板的F值逐渐增大，而其余极板的F值逐渐减小。此现象说明，随着时间的变化，对于水珠分散比较均匀的乳状液，体系内部水珠的大小分布将发生变化，乳状液中的水珠将向下沉降，导致乳状液体系上部液珠粒径较小、数量较少，下部液珠粒径较大、数量较多。这种现象通过肉眼是无法观测到的，采用其它测定乳状液稳定性的仪器或方法也很难准确测定到这种变化过程。60分钟时，乳状液特性仪各个极板的F值由6极板到1极板依次减小，这与乳状液内部水珠数量由上到下依次增加的分布规律相吻合。

实施例4：含有多极板样品池的乳状液特性仪对水包油乳状液特性测定

1)实验材料及条件

油相：15#白油；水相：去离子水；表面活性剂：油酸钠，化学纯；无水乙醇：分析纯；德国产X120型乳化器；温度：室温。

2)实验方法：白油/油酸钠水溶液乳化体系

(1)配制油酸钠浓度分别为0.3％，0.1％，0.03％的去离子水溶液各400mL，作为水相。

(2)以白油作为油相，对油酸钠浓度为0.3％水相进行实验。油水两相总体积取70mL，按不同的两相体积比，分别用量筒取水相和油相，先加水相，后加油相于80mL的小烧杯中。

(6)测定完毕，将多极板样品池用洗衣粉洗净，然后用去离子水冲洗，再用无水乙醇冲洗，电吹风吹干。接着用同样的方法测定下一比例制得的乳状液。测定顺序按水的体积含量90％，80％，70％……10％的顺序依次测定，然后依次按油酸钠水相浓度分别为0.1％，0.03％的顺序重复上述实验步骤。

如图7所示是油酸钠水相浓度为0.1％时，含水率为90％时的乳状液特性曲线。肉眼观察及检测实验表明，当含水率为90％时，体系形成了水包油型乳状液，比较稳定。由图7可以看出，0分钟时体系测得的各个极板的F值均小于12000，并且随时间变化较小，这说明通过各个极板的F值，就可以判断乳状液的类型和乳状液的稳定性。

实施例5：含有多极板样品池的乳状液特性仪对原油乳状液性质测定

1)实验材料及条件

孤东原油；MgCl₂·6H₂O，分析纯；碳酸氢钠，分析纯；氯化钙，分析纯；氯化钾，分析纯；硫酸钠，分析纯；无水乙醇，分析纯；去离子水；德国产X120型乳化器；温度：室温；地层模拟水的组成见表1。

2)实验方法

(1)油相用原油，水相用地层模拟水，油水两相总体积取70mL，按不同的两相体积比，分别用量筒取水相和油相，先加水相，后加油相于80mL的小烧杯中。

(2)将乳化器乳化头充分浸没在液面下，同时打开乳化器，在10000rpm下乳化2分钟。

(3)将制备出的乳状液先取10mL注入于一带刻度的试管中，然后将乳状液倒入多极板样品池中，将多极板样品池注满，剩余乳状液再注入试管中，观察其状态，并用稀释法判定乳状液的类型。

(4)将多极板样品池与乳状液特性仪接通，并开始计时，分别记录0分钟、10分钟、20分钟、30分钟、40分钟和60分钟时各个极板的特性参数F数据以及试管中乳状液变化情况。

(5)测定完毕，将多极板样品池用洗衣粉洗净，然后用去离子水冲洗，再用无水乙醇冲洗，电吹风吹干。用同样的方法准备测定下一油水体积比例制得的乳状液。测定顺序按水的体积含量从10％，20％，30％……70％的顺序依次测定。

如图8为原油/地层模拟水乳状液F值随时间变化曲线，其中含水率为70％。肉眼观察及检测实验表明，整个体系均为油包水型乳状液，而且非常稳定，其体系呈膏状，分散不均。由图8可以看出，0分钟时2极板的F值最小，其余极板的F值接近。随着时间的增加，各个极板的F值均有增加，2极板的F值增加幅度最大，到60分钟时，2极板的F值仍最小。这说明2极板部位的乳状液水珠含量较高，并且随时间增加而减少，但是仍高于其它极板部位乳状液的水珠含量，这种现象说明，对于某些乳状液，即使稳定性较强，但它的体系内部水珠分布是不均匀的。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims

1.一种多极板样品池，其特征在于，该多极板样品池包括一顶部开口的长方体绝缘池和两个以上的极板，所述长方体绝缘池的四个侧壁和底部均采用绝缘板，所述长方体绝缘池的任一两个平行内壁上分别等间隔相应粘贴有两个以上的所述极板，每一所述极板的外端部均设置一连接条，每一所述连接条均延伸至所述长方体绝缘池外部。

2.如权利要求1所述的多极板样品池，其特征在于，所述绝缘板采用玻璃片。

3.如权利要求1或2所述的多极板样品池，其特征在于，每一所述极板和连接条均采用铜片。

4.一种乳状液特性仪，其特征在于，该乳状液特性仪包括一电源、一振荡电路、一放大器、一检测器、一计算机和一如权利要求1～3任一项所述的多极板样品池，所述多极板样品池内设置有乳状液作为电介质；所述长方体绝缘池两平行内壁上的两相应所述极板构成一电容器，所述振荡电路通过导线连接所述电容器构成一振荡器，所述振荡器的输出端连接所述放大器的输入端，所述放大器的输出端连接所述检测器，所述检测器将检测到的振荡频率信号发送到所述计算机，所述电源用于为所述振荡器、放大器和检测器供电。

5.如权利要求4所述的乳状液特性仪，其特征在于，所述乳状液为油包水乳状液、水包油乳状液或原油乳状液。