一种界面张力测量系统技术方案

本发明专利技术一种界面张力测量系统，包括：观测系统包括样品管和摄像头，摄像头用于拍摄样品管中的低密度相液体的影像；样品管由蓝宝石制成。旋转系统，用于驱动样品管旋转，使低密度相液体在样品管内的轴线方向上形成拉长的低密度相液滴。平衡系统，用于调整样品管的水平。处理系统，用于根据摄像头记录的移动轨迹判定低密度相液滴在样品管中的位置，并根据判定结果向观测系统和平衡系统发送指令，对低密度相液滴的位置进行调节；当其位于样品管的中心时，根据低密度相液滴的图形计算低密度相液体与油之间的界面张力值并存储。通过本发明专利技术的方案，能够自动测定酸液体系的界面张力，改进传统的界面张力仪存在的诸多问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气田开发与开采工程中的化学剂或酸液与油之间界面张力的测量技术，尤其涉及一种界面张力测量系统。
技术介绍
目前，测定油/水间界面张力的方法有停滴法、吊环法、吊片法和旋滴法，其中，旋滴法具有可以测定超低界面张力的特点(可达10-6mN/m)，常用于油田化学助剂的界面张力的测定。该方法的原理是:在样品管中充满高密度相液体，再加进少量低密度相液体(或气体，用于测液体与气体间的界面张力值)，密封后使样品管沿轴心高速旋转，在离心力、重力及界面张力作用下，低密度相液体在高密度相液体中形成一长球形或圆柱形液滴，通过测定液滴长度、液滴宽度、两相密度差以及旋转转速，即可计算出界面张力值。1942年，Vonnegut首先应用旋转滴法测定表面与界面张力，并成功测定了低界面张力。1967年，Princen et al通过椭圆积分解决了旋转滴外形的问题，1977年，Gash和Parrish专利技术了一种恒定转速旋转滴界面张力仪用于测定表面活性剂的界面张力值。在这种界面张力仪的基础上，如今已发展了多种产品，主要的改进包括:恒温控制、转速控制、计算机图形处理及自动控制等。但目前现有的界面张力仪仍存在如下四个方面问题:1)由于观测系统腐蚀的问题，不能测定酸液(尤其是氢氟酸)体系的界面张力；2)由于水溶液体系在温度大于100°C时会沸腾蒸发，因此测量温度一般小于95°C ;3)通过计算机获取图形数据后不能自动计算界面张力，需要手工处理图形计算数据，不能获得界面张力随时间变化的实时数据；4)由于界面张力的变化，测定过程中低密度相液滴会在样品管中移动，需要手动调整仪器平衡，操作不方便。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种界面张力测量系统，能够自动测定酸液体系的界面张力，改进传统的界面张力仪存在的诸多问题。为了达到上述目的，本专利技术提出了一种界面张力测量系统，该系统包括观测系统、旋转系统、平衡系统和处理系统。观测系统包括样品管和摄像头，摄像头用于拍摄样品管中的低密度相液体的影像；其中，样品管由蓝宝石制成。旋转系统，用于在开始测量后，驱动样品管旋转，使低密度相液体在样品管内的轴线方向上形成拉长的低密度相液滴。平衡系统，用于调整样品管的水平，使样品管中的低密度相液滴在样品管内沿轴线方向移动。处理系统，用于根据摄像头记录的移动轨迹判定低密度相液滴在样品管中的位置，并根据判定结果向观测系统和平衡系统发送指令，对低密度相液滴的位置进行调节；当低密度相液滴位于样品管的中心时，获取低密度相液滴的图形，根据该图形计算低密度相液体与油之间的界面张力值，并存储计算结果。优选地，样品管的一端封口，另一端开口 ；直径均一；内径3mm，外径8mm。优选地，观测系统还包括样品管夹持器；样品管夹持器包括内筒和外筒，内筒和外筒均为一端封闭一端开口 ；内筒的外径与外筒的内径相同，内筒和外筒的侧面上分别开有一个大小相同的观测缝。外筒由哈氏合金制成，开口端具有外螺纹，用于固定外筒的密封帽；内筒由金属铜制成，其内径与样品管的外径相同。优选地，采集的样品装在样品管中，样品管位于内筒内，内筒位于外筒内；外筒采用密封帽进行密封。其中，内筒和外筒上的观测缝对齐；样品管、内筒和外筒的开口端在同一侧；密封帽内侧先装上丁腈橡胶密封垫后再固定在外筒上。优选地，观测系统还包括移动装置及移动伺服电机，移动装置与移动伺服电机相连，在移动伺服电机的带动下沿样品管的轴线方向进行左右移动。摄像头固定安装在移动装置上，摄像头采用CCD摄像头，分辨率大于1280X1024像素。优选地，平衡系统包括设备承台、转动轴、传动轴及平衡伺服电机；其中，设备承台是一块铝合金制成的金属板，固定在水平放置的转动轴上，转动轴的一端通过传动轴与平衡伺服电机相连；平衡伺服电机启动后控制设备承台的翻转。优选地，观测系统和旋转系统都安装于设备承台上；样品管的轴线与设备承台的轴线垂直。通过设备承台的翻转调整样品管的水平，使样品管内的低密度相液滴在样品管内沿轴线方向移动。优选地，旋转系统包括无刷电机、传动轴承和测控装置。无刷电机通过传动轴承与样品管夹持器连接，无刷电机启动后带动样品管夹持器以及固定于样品夹持器中的样品管旋转。测控装置与样品管夹持器连接，实时检测样品管夹持器的旋转速度，并传输给处理系统。优选地，处理系统包括:移动指令模块、判断模块、平衡指令模块、图形分析模块、计算模块和存储模块。移动指令模块，用于在样品管旋转，低密度相液体在样品管的轴线上形成拉长的低密度相液滴时，向移动伺服电机发出转动指令，带动摄像头从样品管的一端开始向另一端移动；并且当低密度相液滴被摄像头捕捉后，向移动伺服电机发出暂停移动的指令。判断模块，用于判断摄像头捕捉到的低密度相液滴在样品管中的位置；当判定低密度相液滴的位置在样品管的两端的预定范围内时，向移动指令模块和平衡指令模块发送调整指令；当判定低密度相液滴的位置在样品管的中心周围的预定范围内时，向图形分析模块发送处理指令。平衡指令模块，用于接收到判断模块发送的调整指令后向设备承台的平衡伺服电机发出转动指令，带动设备承台进行翻转，调整设备承台上的样品管的水平，使低密度相液滴向样品管的中心移动。移动指令模块，还用于接收到判断模块发送的调整指令后继续向移动伺服电机发出转动指令，移动摄像头追踪低密度相液滴。图形分析模块，用于接收到判断模块的处理命令后，对摄像头捕捉到的低密度相液滴的图形进行分析，测定低密度相液滴的长度及宽度；其中，长度是指低密度相液滴的图形的长轴，宽度是指低密度相液滴的图形的短轴。计算模块，用于根据预定的公式、测得的低密度相液滴的长度及宽度、样品管中低密度相液体与油之间的密度差以及样品管的旋转速度实时计算样品管中的低密度相液体与油之间的界面张力值，并生成界面张力值与时间的关系的动态曲线。存储模块，用于将界面张力值和动态曲线输出到预先制定的数据文件中，进行存储。优选地，界面张力测量系统还包括恒温系统，恒温系统安装于设备承台上。恒温系统包括加热装置、温度传感器及控制部件；加热装置与样品管夹持器连接，温度传感器通过样品管夹持器与样品管连接；控制部件与温度传感器和加热装置连接。加热装置用于为样品管夹持器及样品管夹持器内部的样品管加热。温度传感器用于实时检测样品管中的被测液体的温度，并将温度检测结果传输给控制部件。控制部件用于根据温度传感器传输的温度检测结果适时调整加热装置的加热温度。与现有技术相比，本专利技术包括:观测系统、旋转系统、平衡系统和处理系统。观测系统包括样品管和摄像头，摄像头用于拍摄样品管中的低密度相液体的影像；其中，样品管由蓝宝石制成。旋转系统，用于在开始测量后，驱动样品管旋转，使低密度相液体在样品管内的轴线方向上形成拉长的低密度相液滴。平衡系统，用于调整样品管的水平，使样品管中的低密度相液滴在样品管内沿轴线方向移动。处理系统，用于根据摄像头记录的移动轨迹判定低密度相液滴在样品管中的位置，并根据判定结果向观测系统和平衡系统发送指令，对低密度相液滴的位置进行调节；当低密度相液滴位于样品管的中心时，获取低密度相液滴的图形当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种界面张力测量系统，其特征在于，所述系统包括观测系统、旋转系统、平衡系统和处理系统；所述观测系统包括样品管和摄像头，所述摄像头用于拍摄所述样品管中的低密度相液体的影像；其中，所述样品管由蓝宝石制成；所述旋转系统，用于在开始测量后，驱动所述样品管旋转，使所述低密度相液体在所述样品管内的轴线方向上形成拉长的低密度相液滴；所述平衡系统，用于调整所述样品管的水平，使所述样品管中的所述低密度相液滴在所述样品管内沿所述轴线方向移动；所述处理系统，用于根据所述摄像头记录的移动轨迹判定所述低密度相液滴在所述样品管中的位置，并根据判定结果向所述观测系统和所述平衡系统发送指令，对所述低密度相液滴的位置进行调节；当所述低密度相液滴位于所述样品管的中心时，获取所述低密度相液滴的图形，根据所述图形计算所述低密度相液体与油之间的界面张力值，并存储计算结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯浦涌，彭雪飞，刘海涛，靳亚军，沈远志，周伯荣，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油田服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11