原油四组分与表面活性剂作用的界面研究传感器及方法技术

本发明专利技术公开了原油四组分与表面活性剂作用的界面研究传感器及方法，设计光学光学传感器技术领域。传感器包括：光纤，其一端保留外包层，另一端除去外包层并涂覆原油四组分油膜；毛细管，光纤置于毛细管内，毛细管管体上设有进液管；光源，光源与带有外包层的光纤一端耦合连接；光电倍增管检测器，光电倍增管检测器设于靠近毛细管出液口的一端，且其光学窗口与光纤平行。通过该传感器测量实验过程中的信号强度变化，根据其计算出吸光度，后根据吸光度研究作用机理。本发明专利技术克服了传统界面研究方法只能获得宏观、静态结果的问题，同时其灵敏度高、体积小，适于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
原油四组分与表面活性剂作用的界面研究传感器及方法
本专利技术属于光学传感器件领域，具体涉及一种光纤渐逝场传感器及其在研究原油四组分与表面活性剂相互作用的界面研究方法。
技术介绍
随着油田的不断开采，采油技术不断发展，先后经历了一次、二次、三次采油。一次采油利用油层能量开采石油；二次采油向油层注入水、气，给油层补充能量开采石油；三次采油是通过改变注入水的特性来提高采油率，目前主要进行二次、三次采油。作为一种重要的提高采收率方法，表面活性剂驱油已在油田得到了广泛的应用。完善表面活性剂驱的基础理论研究，并把研究结果应用于现场的方案设计和效果评价，具有重要的理论和实际意义。通常认为，表面活性剂驱油通过增加毛细管准数来提高洗油效率，而降低油水界面张力则是增加毛细管准数的主要途径。因此，低界面张力长期以来成为筛选驱油用表面活性剂和驱油体系的主要标准。但是利用均质的小尺寸天然岩芯确定采收率时，还经常会出现反常的情形，即表面活性剂界面张力低，采收率也低的现象。因此，在实际使用表面活性剂驱油过程中，并非油水界面张力越小越好，对此王德民院士提出了“适度乳化”的思想。为了获得表面活性剂与原油组分作用的最佳乳化浓度，揭示不同类型表面活性剂与原油四组分之间的作用效果，需要对表面活性剂在原油四组分油水界面的微观作用行为进行机理研究。传统的研究界面作用行为的实验方法有界面张力法，原子力显微镜法，石英晶振天平，荧光反射法，放射性标记法等。这些方法虽然均能提供较为灵敏的界面信息，但是在用于研究表面活性剂与油水界面作用时，均存在一定局限。这些方法通常只能获得表面活性剂在油水界面的静态作用结果，不能表征其动态作用过程。同时，这些方法获得的通常是表面活性剂在油水界面的宏观作用结果，并没有揭示表面活性剂与原油四组分之间的微观作用行为。光纤渐逝场传感器：光线由光密介质(折射率为n1)射向光疏介质(折射率为n2)时，在全反射(TIR)的情况下，虽然光能全部被反射，但由于光的波动性，电磁场可以从两种介质的界面延伸至光疏介质中。这种进入光疏介质的电磁场称为渐逝波。麦克斯韦方程显示出渐逝波的大小遵循下面公式并呈指数衰减：E＝E0exp(-z/dp)，式中：z为渐逝波距介质界面的距离，E为z处渐逝波振幅，E0为介质处电磁波振幅，dp为渐逝波的穿透深度。式中：λ表示光源的波长，θ表示入射角，θc表示临界角，n1和n2分别为光密介质和光疏介质(n1>n2)的折射率。因此，建立一种利用光纤渐逝场传感器的界面研究方法，通过研究不同类型表面活性剂与原油四组分油膜在油水界面作用行为，建立表面活性剂对原油四组分的洗油模型，揭示表面活性剂对原油四组分的洗油机理，获得表面活性剂对原油四组分的驱油效率，对于提高采收率具有十分重要的理论指导意义和现实应用价值。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是解决传统的研究表面活性剂油水界面作用行为方法存在的只能获得宏观、静态的作用结果等技术问题。为了实现本专利技术这些目的和其它优点，本专利技术提出了一种光纤渐逝场传感器，所述传感器包括：光纤，所述光纤一端保留外包层，另一端为除去外包层并涂覆原油四组分油膜；毛细管，所述光纤置于毛细管内，所述毛细管管体上设有进液管，所述毛细管和所述光纤除去外包层的一段之间形成液体流道，所述毛细管和所述光纤保留有外包层的一段之间密封；光源，所述光源与带有外包层的光纤一端通过连接器紧密耦合连接，光源的光仅从带有外包层的光纤一端射入，并在光纤内部发生全内反射；光电倍增管检测器，所述光电倍增管检测器设于靠近毛细管出液口的一端，且其光学窗口与所述光纤平行。本专利技术的一种实施方式在于，所述光纤的处理方式如下：a、切取一定长度的光纤，一端保留外包层，其余部分去除外包层裸露出光纤芯体；b、将裸露的光纤芯体浸于浓度为0.1-10mg/mL原油四组分/甲苯溶液24h后，取出光纤并挥发溶剂，即在裸露的光纤芯体表面得到一层油膜。本专利技术的一种实施方式在于，所述步骤a具体为：切取一段光纤，将光纤上需要去除外包层的部分浸泡于丙酮溶液10-20min后，去除光纤表面的外包层，然后将裸露出的光纤芯体在氢氧化钠溶液中浸泡10min，用水洗净并擦干。本专利技术的一种实施方式在于，根据所述光电倍增管检测器的光学窗口的直径设置光纤的长度，使得光电倍增管能够采集到光纤涂覆油膜段的数据。本专利技术的一种实施方式在于，所述毛细管直径大于所述光纤直径，使得毛细管和光纤之间能够形成液体流道。本专利技术的一种实施方式在于，所述进液管通过三通阀连接第一支管和第二支管，所述第一支管连接纯水池，所述第二支管连接表面活性剂池，所述第一支管和第二支管上均设有蠕动泵。本专利技术的一种实施方式在于，所述传感器还包括密封箱，所述光源、毛细管和光电倍增管检测器均设于密封箱内。本专利技术的一种实施方式在于，所述的传感器还包括RFL-1超微弱化学发光检测仪，用于监控并记录实验过程中的数据及其变化。本专利技术还提出了一种光纤渐逝场传感器在研究表面活性剂油水界面作用机理的应用，包括以下步骤：S1、根据待研究的原油四组分的荧光性质，根据最大荧光激发波长选择特定的LED光源；S2、通过蠕动泵将表面活性剂溶液泵入到毛细管中，表面活性剂与油膜充分接触并洗脱油膜，记录该过程中的信号值变化；S3、将纯净水泵入毛细管中，对毛细管进行清洗；S4、通过比尔定律将信号强度转化为吸光度，建立热力学和动力学模型以研究表面活性剂与油膜作用过程。本专利技术的有益之处在于：(1)由于光纤表面涂覆油膜，在线研究表面活性剂在油水界面作用行为，因此克服了传统界面研究方法只能获得宏观、静态结果的问题。(2)光纤渐逝场传感器检测灵敏度高，该传感器可以检测到表面活性剂在油水界面作用后渐逝场产生微弱的变化，可以进一步研究其作用机理。(3)本专利技术的传感器体积小便于携带，可以用于现场实时在线分析，克服了离线分析的一些误差，同时构建本传感器时所需的耗材便宜。价格上与传统的传感器相比，本传感器性价比更高，值得发展与推广。附图说明图1、光纤渐逝场传感器的结构示意图；图2、光纤及毛细管位置关系局部放大图；图中，1为光源、2为连接器、3为光纤、4为毛细管、5为进液管、6为三通阀、7为第一蠕动泵、8为第二蠕动泵、9为光电倍增管检测器、10为洗脱液池、11为表面活性剂溶液池、12为废液池、13为RFL-1超微弱化学发光检测仪；31为外包层、32为光纤芯体、33为油膜层；51为第一支管、52为第二支管。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一、一种光纤渐逝场传感器，其组成和结构如下：光纤3，光纤3一端保留本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤渐逝场传感器，其特征在于，所述传感器包括：/n光纤，所述光纤一端保留外包层，另一端为除去外包层并涂覆原油四组分的油膜层；/n毛细管，所述光纤置于毛细管内，所述毛细管管体上设有进液管，所述毛细管和所述光纤除去外包层的一段之间形成液体流道，所述毛细管和所述光纤保留有外包层的一段之间密封；/n光源，所述光源与带有外包层的光纤一端通过连接器耦合连接，光源的光仅从带有外包层的光纤一端射入，并在光纤内部发生全内反射；/n光电倍增管检测器，所述光电倍增管检测器设于靠近毛细管出液口的一端，且其光学窗口与所述光纤平行。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤渐逝场传感器，其特征在于，所述传感器包括：
光纤，所述光纤一端保留外包层，另一端为除去外包层并涂覆原油四组分的油膜层；
毛细管，所述光纤置于毛细管内，所述毛细管管体上设有进液管，所述毛细管和所述光纤除去外包层的一段之间形成液体流道，所述毛细管和所述光纤保留有外包层的一段之间密封；
光源，所述光源与带有外包层的光纤一端通过连接器耦合连接，光源的光仅从带有外包层的光纤一端射入，并在光纤内部发生全内反射；
光电倍增管检测器，所述光电倍增管检测器设于靠近毛细管出液口的一端，且其光学窗口与所述光纤平行。


2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述光纤的制取方法如下：
a、切取一定长度的光纤，一端保留外包层，其余部分去除外包层裸露出光纤芯体；
b、将裸露的光纤芯体浸于浓度为0.1-10mg/mL原油四组分/甲苯溶液24h后，取出光纤并挥发溶剂，即在裸露的光纤芯体表面得到一层油膜。


3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述步骤a具体为：切取一段光纤，将光纤上需要去除外包层的部分浸泡于丙酮溶液10-20min后，去除光纤表面的外包层，然后将裸露出的光纤芯体在氢氧化钠溶液中浸泡10min，用水洗净并擦干。


4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，根据所述光电倍增管检测器的光学窗口的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊艳，李俊，段明，方申文，秦莎，张灿，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51