[发明专利]一种高压下悬滴或鼓泡法界面张力测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于表界面张力测量技术领域，涉及到一种在高压下采用悬滴或鼓泡法测量油和气（氮气、二氧化碳、气态烃等）之间界面张力的测量装置及测量方法。 

背景技术

采用氮气、二氧化碳、气态烃等气体驱替原油是提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery,EOR）的有效手段。在注入过程中原油和气体之间的界面张力是原油在地层中流动和重新分布的重要控制参数之一，也是影响驱替效率的重要因素。因此，在开展实际的驱替工程项目之前必须要对原油和驱替气体间的界面张力进行准确测量，并且通过大量的实验数据分析影响界面张力的主要因素，从而选择更加合理的注入压力、注入速度等技术参数。 

油-气两相之间的界面张力测量实验方法主要包括：1）毛细管上升法，2）液滴法，3）吊片法，4）旋转滴法，5）悬滴法等。其中应用最广泛的是后三种方法。吊片法测量的原理是利用界面张力与拉力的平衡，采用直接测力的方法测量，适用于密度差不大的两相流体间界面张力的测量；旋转滴法是把两相流体放入水平管中高速旋转，利用离心力与界面张力的平衡来间接测量，该方法要求两相能明显区分且较高密度相为透明。上述两种方法比较适合用于液液两相界面张力测量，而对于气液两相测量则有很大的局限性。 

悬滴法是最适合于气液两相间界面张力测量的方法。该方法是把密度较大的液体相通过细管注射到环境气体中，在界面张力与重力的作用下形成有一定形状的液滴，通过光学照相方法测量液滴的形状参数，辅以两相流体的密度差就可计算出界面张力。对于难于形成液滴的情况，可以采用向液体内鼓入气体， 在界面张力和浮力的作用下形成气泡，照相和计算方法与液滴法相同。目前悬滴或鼓泡法测量界面张力的光学照相系统已经很成熟，相关配套的图像处理和计算软件也很完善，能够很准确的获得气液两相的界面张力。然而目前实验大多数都是在常温、常压下进行，在高压及可变温度条件下除了光学系统外还需要有耐压并且带有透明视窗的压力容器，因此实验具有很大的难度。本发明就是为了解决这一问题而开发的用于高压下界面张力测量的装置，该装置能够应用于悬滴法和鼓泡法两种界面张力测量方法，可以在两种方法间随意切换，操作简单，配合光学拍照系统能够准确测量高压下气液两相间的界面张力。 

发明内容

本发明提供了一种高压下悬滴或鼓泡法界面张力测量装置及测量方法，解决在采用悬滴法或鼓泡法测量气液两相界面张力时，无法耐高压、控制温度和两种测量方法不能快速切换等问题。 

一种高压下悬滴或鼓泡法界面张力测量装置，包括可视反应釜、注射装置、支撑和锁紧装置、拍照与数据处理装置，可视反应釜包括金属视窗压力腔（11）、气液接头A（12）、气液接头B（13）、排放阀（14）、加热带和保温套（15）、测温探头（16）；金属视窗压力腔为圆柱状筒体，包括压力室筒体（111）和耐高压玻璃（112），压力室筒体（111）两端有卡槽放入圆形耐高压玻璃（112），两者之间固定和密封，压住圆形耐高压玻璃（112）的端盖上有圆形孔使两端可透过光线；压力室筒体（111）侧壁上开有两个成90°的进出孔；用气液接头A（12）连接进出孔A（117）与气瓶或注液泵向压力室筒体内注入环境气体或液体，用气液接头B（13）连接进出孔B（118）与三通，三通的一路连接排放阀（14）；另一路连接真空泵，压力室筒体外壁包裹加热带和保温套（15），压力室筒体底部插入测温探头（16）； 

注射装置包括注射细管（21）、压力传感器（22），压力室筒体侧壁在两个进出孔之间开有穿壁管孔，将注射细管（21）从穿壁管孔中插入到压力室中，用于注射液体或气体形成液滴或气泡，注射细管的外径可在0.5至2.0mm范围，注射细管插入压力室的深度自由调节，注射细管插入到筒体内与压力室筒体密封，注射细管另一端连接三通，三通的一端连接注液泵或气瓶，另一端连接压力传感器（22）监测注入压力； 

支撑和锁紧装置包括底座（311）、支撑架（312）和锁紧螺栓（313），可视反应釜在支撑架上旋转，并用锁紧螺栓固定位置，将注射细管翻转到压力室底部后进行鼓泡法测量； 

拍照与数据处理装置，包括CCD照相机（41）、背光源（42）和数据处理计算机（43）。 

上述装置进行界面张力测量的测量方法，包括以下步骤： 

注射细管位置调整：松开可调节卡套，调节注射细管（21）插入压力室筒体（111）的深度，打开背光源（42）和CCD照相机（41），通过CCD观察使细管的出口端面处在CCD照相机的视窗中心，锁紧可调节卡套；