一種界面張力測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)與開采工程中的化學(xué)劑或酸液與油之間界面張力的測(cè)量技術(shù)，尤其涉及一種界面張力測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，測(cè)定油/水間界面張力的方法有停滴法、吊環(huán)法、吊片法和旋滴法，其中，旋滴法具有可以測(cè)定超低界面張力的特點(diǎn)(可達(dá)10-6mN/m)，常用于油田化學(xué)助劑的界面張力的測(cè)定。該方法的原理是:在樣品管中充滿高密度相液體，再加進(jìn)少量低密度相液體(或氣體，用于測(cè)液體與氣體間的界面張力值)，密封后使樣品管沿軸心高速旋轉(zhuǎn)，在離心力、重力及界面張力作用下，低密度相液體在高密度相液體中形成一長(zhǎng)球形或圓柱形液滴，通過(guò)測(cè)定液滴長(zhǎng)度、液滴寬度、兩相密度差以及旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，即可計(jì)算出界面張力值。1942年，Vonnegut首先應(yīng)用旋轉(zhuǎn)滴法測(cè)定表面與界面張力，并成功測(cè)定了低界面張力。1967年，Princen et al通過(guò)橢圓積分解決了旋轉(zhuǎn)滴外形的問(wèn)題，1977年，Gash和Parrish發(fā)明了一種恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀用于測(cè)定表面活性劑的界面張力值。在這種界面張力儀的基礎(chǔ)上，如今已發(fā)展了多種產(chǎn)品，主要的改進(jìn)包括:恒溫控制、轉(zhuǎn)速控制、計(jì)算機(jī)圖形處理及自動(dòng)控制等。
[0003]但目前現(xiàn)有的界面張力儀仍存在如下四個(gè)方面問(wèn)題:1)由于觀測(cè)系統(tǒng)腐蝕的問(wèn)題，不能測(cè)定酸液(尤其是氫氟酸)體系的界面張力；2)由于水溶液體系在溫度大于100°C時(shí)會(huì)沸騰蒸發(fā)，因此測(cè)量溫度一般小于95°C ;3)通過(guò)計(jì)算機(jī)獲取圖形數(shù)據(jù)后不能自動(dòng)計(jì)算界面張力，需要手工處理圖形計(jì)算數(shù)據(jù)，不能獲得界面張力隨時(shí)間變化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；4)由于界面張力的變化，測(cè)定過(guò)程中低密度相液滴會(huì)在樣品管中移動(dòng)，需要手動(dòng)調(diào)整儀器平衡，操作不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種界面張力測(cè)量系統(tǒng)，能夠自動(dòng)測(cè)定酸液體系的界面張力，改進(jìn)傳統(tǒng)的界面張力儀存在的諸多問(wèn)題。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種界面張力測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括觀測(cè)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。
[0006]觀測(cè)系統(tǒng)包括樣品管和攝像頭，攝像頭用于拍攝樣品管中的低密度相液體的影像；其中，樣品管由藍(lán)寶石制成。
[0007]旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，用于在開始測(cè)量后，驅(qū)動(dòng)樣品管旋轉(zhuǎn)，使低密度相液體在樣品管內(nèi)的軸線方向上形成拉長(zhǎng)的低密度相液滴。
[0008]平衡系統(tǒng)，用于調(diào)整樣品管的水平，使樣品管中的低密度相液滴在樣品管內(nèi)沿軸線方向移動(dòng)。
[0009]處理系統(tǒng)，用于根據(jù)攝像頭記錄的移動(dòng)軌跡判定低密度相液滴在樣品管中的位置，并根據(jù)判定結(jié)果向觀測(cè)系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)發(fā)送指令，對(duì)低密度相液滴的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)?shù)兔芏认嘁旱挝挥跇悠饭艿闹行臅r(shí)，獲取低密度相液滴的圖形，根據(jù)該圖形計(jì)算低密度相液體與油之間的界面張力值，并存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果。
[0010]優(yōu)選地，樣品管的一端封口，另一端開口 ；直徑均一；內(nèi)徑3mm，外徑8mm。
[0011]優(yōu)選地，觀測(cè)系統(tǒng)還包括樣品管夾持器；樣品管夾持器包括內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒和外筒均為一端封閉一端開口 ；內(nèi)筒的外徑與外筒的內(nèi)徑相同，內(nèi)筒和外筒的側(cè)面上分別開有一個(gè)大小相同的觀測(cè)縫。
[0012]外筒由哈氏合金制成，開口端具有外螺紋，用于固定外筒的密封帽；內(nèi)筒由金屬銅制成，其內(nèi)徑與樣品管的外徑相同。
[0013]優(yōu)選地，采集的樣品裝在樣品管中，樣品管位于內(nèi)筒內(nèi)，內(nèi)筒位于外筒內(nèi)；外筒采用密封帽進(jìn)行密封。
[0014]其中，內(nèi)筒和外筒上的觀測(cè)縫對(duì)齊；樣品管、內(nèi)筒和外筒的開口端在同一側(cè)；密封帽內(nèi)側(cè)先裝上丁腈橡膠密封墊后再固定在外筒上。
[0015]優(yōu)選地，觀測(cè)系統(tǒng)還包括移動(dòng)裝置及移動(dòng)伺服電機(jī)，移動(dòng)裝置與移動(dòng)伺服電機(jī)相連，在移動(dòng)伺服電機(jī)的帶動(dòng)下沿樣品管的軸線方向進(jìn)行左右移動(dòng)。
[0016]攝像頭固定安裝在移動(dòng)裝置上，攝像頭采用CCD攝像頭，分辨率大于1280X1024像素。
[0017]優(yōu)選地，平衡系統(tǒng)包括設(shè)備承臺(tái)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、傳動(dòng)軸及平衡伺服電機(jī)；其中，設(shè)備承臺(tái)是一塊鋁合金制成的金屬板，固定在水平放置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端通過(guò)傳動(dòng)軸與平衡伺服電機(jī)相連；平衡伺服電機(jī)啟動(dòng)后控制設(shè)備承臺(tái)的翻轉(zhuǎn)。
[0018]優(yōu)選地，觀測(cè)系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)都安裝于設(shè)備承臺(tái)上；樣品管的軸線與設(shè)備承臺(tái)的軸線垂直。
[0019]通過(guò)設(shè)備承臺(tái)的翻轉(zhuǎn)調(diào)整樣品管的水平，使樣品管內(nèi)的低密度相液滴在樣品管內(nèi)沿軸線方向移動(dòng)。
[0020]優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括無(wú)刷電機(jī)、傳動(dòng)軸承和測(cè)控裝置。
[0021]無(wú)刷電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸承與樣品管夾持器連接，無(wú)刷電機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)樣品管夾持器以及固定于樣品夾持器中的樣品管旋轉(zhuǎn)。
[0022]測(cè)控裝置與樣品管夾持器連接，實(shí)時(shí)檢測(cè)樣品管夾持器的旋轉(zhuǎn)速度，并傳輸給處理系統(tǒng)。
[0023]優(yōu)選地，處理系統(tǒng)包括:移動(dòng)指令模塊、判斷模塊、平衡指令模塊、圖形分析模塊、計(jì)算模塊和存儲(chǔ)模塊。
[0024]移動(dòng)指令模塊，用于在樣品管旋轉(zhuǎn)，低密度相液體在樣品管的軸線上形成拉長(zhǎng)的低密度相液滴時(shí)，向移動(dòng)伺服電機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)動(dòng)指令，帶動(dòng)攝像頭從樣品管的一端開始向另一端移動(dòng)；并且當(dāng)?shù)兔芏认嘁旱伪粩z像頭捕捉后，向移動(dòng)伺服電機(jī)發(fā)出暫停移動(dòng)的指令。
[0025]判斷模塊，用于判斷攝像頭捕捉到的低密度相液滴在樣品管中的位置；當(dāng)判定低密度相液滴的位置在樣品管的兩端的預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，向移動(dòng)指令模塊和平衡指令模塊發(fā)送調(diào)整指令；當(dāng)判定低密度相液滴的位置在樣品管的中心周圍的預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，向圖形分析模塊發(fā)送處理指令。
[0026]平衡指令模塊，用于接收到判斷模塊發(fā)送的調(diào)整指令后向設(shè)備承臺(tái)的平衡伺服電機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)動(dòng)指令，帶動(dòng)設(shè)備承臺(tái)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，調(diào)整設(shè)備承臺(tái)上的樣品管的水平，使低密度相液滴向樣品管的中心移動(dòng)。
[0027]移動(dòng)指令模塊，還用于接收到判斷模塊發(fā)送的調(diào)整指令后繼續(xù)向移動(dòng)伺服電機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)動(dòng)指令，移動(dòng)攝像頭追蹤低密度相液滴。
[0028]圖形分析模塊，用于接收到判斷模塊的處理命令后，對(duì)攝像頭捕捉到的低密度相液滴的圖形進(jìn)行分析，測(cè)定低密度相液滴的長(zhǎng)度及寬度；其中，長(zhǎng)度是指低密度相液滴的圖形的長(zhǎng)軸，寬度是指低密度相液滴的圖形的短軸。
[0029]計(jì)算模塊，用于根據(jù)預(yù)定的公式、測(cè)得的低密度相液滴的長(zhǎng)度及寬度、樣品管中低密度相液體與油之間的密度差以及樣品管的旋轉(zhuǎn)速度實(shí)時(shí)計(jì)算樣品管中的低密度相液體與油之間的界面張力值，并生成界面張力值與時(shí)間的關(guān)系的動(dòng)態(tài)曲線。
[0030]存儲(chǔ)模塊，用于將界面張力值和動(dòng)態(tài)曲線輸出到預(yù)先制定的數(shù)據(jù)文件中，進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0031]優(yōu)選地，界面張力測(cè)量系統(tǒng)還包括恒溫系統(tǒng)，恒溫系統(tǒng)安裝于設(shè)備承臺(tái)上。
[0032]恒溫系統(tǒng)包括加熱裝置、溫度傳感器及控制部件；加熱裝置與樣品管夾持器連接，溫度傳感器通過(guò)樣品管夾持器與樣品管連接；控制部件與溫度傳感器和加熱裝置連接。
[0033]加熱裝置用于為樣品管夾持器及樣品管夾持器內(nèi)部的樣品管加熱。
[0034]溫度傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)樣品管中的被測(cè)液體的溫度，并將溫度檢測(cè)結(jié)果傳輸給控制部件。
[0035]控制部件用于根據(jù)溫度傳感器傳輸?shù)臏囟葯z測(cè)結(jié)果適時(shí)調(diào)整加熱裝置的加熱溫度。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括:觀測(cè)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和處理系統(tǒng)。觀測(cè)系統(tǒng)包括樣品管和攝像頭，攝像頭用于拍攝樣品管中的低密度相液體的影像；其中，樣品管由藍(lán)寶石制成。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，用于在開始測(cè)量后，驅(qū)動(dòng)樣品管旋轉(zhuǎn)，使低密度相液體在樣品管內(nèi)的軸線方向上形成拉長(zhǎng)的低密度相液滴。平衡系統(tǒng)，用于調(diào)整樣品管的水平，使樣品管中的低密度相液滴在樣品管內(nèi)沿軸線方向移動(dòng)。處理系統(tǒng)，用于根據(jù)攝像頭記錄的移動(dòng)軌跡判定低密度相液滴在樣品管中的位置，并根據(jù)判定結(jié)果向觀測(cè)系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)發(fā)送指令，對(duì)低密度相液滴的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)?shù)兔芏认嘁旱挝挥跇悠饭艿闹行臅r(shí)，獲取低密度相液滴的圖形