[发明专利]一种测量CO2/盐水/岩石体系接触角的实验装置

权利要求书

1.一种测量CO₂/盐水/岩石体系接触角的实验装置，其特征在于，该实验装置包 括光源、封头、高温高压釜、环形特氟龙密封圈、蓝宝石视镜、环形紫铜垫片、 加热带、高速摄像仪、图像分析仪、温度控制台、CO₂气瓶、CO₂泵、流量控制 阀、CO₂注射器、锥面接头、泄液阀、溶液瓶、真空泵、双手柄三通针阀、压力 表、载物片、插槽、温度采集器和岩石；

所述的高温高压釜内部为水平圆柱形腔体，腔体内部竖直方向2/3处焊接插 槽，插槽位置水平，腔体左右两侧均分布有台阶孔，高温高压釜两侧端口处为 内螺纹结构；高温高压釜左右对称截面上分布四个螺纹孔，分别位于高温高压 釜的顶部、底部、前下方和后方；

所述的温度采集器包括堵头、压紧螺母、热电偶和卡套；卡套用于固定热 电偶，固定部位不可调节；压紧螺母将卡套压在堵头内，堵头与高温高压釜后 方的螺纹孔配合连接；热电偶贯穿于堵头，其前端伸入高温高压釜腔体内；堵 头长度为3个系列，长度差依次为3mm，通过更换不同长度堵头，热电偶前端 在高温高压釜腔体内的位置发生有级移动，实现温度采集器的有级调节，精确 测量接触界面的温度；

所述的CO₂注射器包括针头、环形特氟龙密封圈、螺筒、凸台、螺杆把和 针管；针头安装在针管前端，凸台焊接在针管中部，针管前端穿过螺筒，凸台 被套入螺筒内；螺杆把从针管末端套入，螺杆把的外螺纹和螺筒的内螺纹配合 连接，螺杆把的前端顶着针管中部的凸台，旋转螺杆把，凸台上下移动，带动 针头上下移动，实现无级调节CO₂气泡在盐水中脱离位置与岩石表面垂直距离； 针头伸入高温高压釜腔体内，螺筒的外螺纹与高温高压釜底部螺纹孔配合连接， 并将环形特氟龙密封圈压在高温高压釜底部的螺纹孔内，实现密封；针头为直 型针头和偏心距弯型针头，偏心距为3mm和6mm；

岩石粘贴在载物片下表面，载物片卡在高温高压釜的插槽内，用于固定岩 石；环形特氟龙密封圈位于蓝宝石视镜的侧面，带有通孔的封头与高温高压釜 两侧端口处内螺纹啮合连接，并依次将环形紫铜垫片和侧面套有环形特氟龙密 封圈的蓝宝石视镜压在高温高压釜的台阶孔内，环形紫铜垫片位于台阶孔端面 和蓝宝石视镜间，实现高温高压釜两侧端口密封；双手柄三通针阀的下端口通 过锥面接头与高温高压釜顶部螺纹孔连接，双手柄三通针阀的上左端口与真空 泵连接，双手柄三通针阀的上右端口依次连接压力表和流量控制阀后，与CO₂泵的出口连接；CO₂注射器的针管通过流量控制阀与CO₂泵的出口连接；CO₂泵的入口依次连接流量控制阀和CO₂气瓶；溶液瓶与流量控制阀连接，并分出 两条支路，一条支路通过锥面接头与高温高压釜前下方螺纹孔连接，以注液； 另一条支路连接泄液阀，以泄液；温度控制台分别与加热带和温度采集器的热 电偶末端相连，加热带缠绕在高温高压釜外壁，以加热；光源和高速摄像仪置 于高温高压釜左右两侧封头处，光源、高速摄像和高温高压釜的中心轴线位于 同一水平线上，高速摄像仪与图像分析仪相连接，以处理图像，测量接触角。

2.用权利要求1所述的实验装置进行接触角测量的方法，其特征在于，步骤如下：

(1)关闭所有阀门，检验装置密封性；

(2)开启双手柄三通针阀上左端口，利用真空泵，抽出高温高压釜内空气， 关闭上左端口；

(3)开启与溶液瓶相连的流量控制阀，向高温高压釜腔体内注入盐水，直 至浸没岩石，将其关闭；

(4)开启加热带，对高温高压釜加热，达到设定温度值，设置保温；

(5)开启双手柄三通针阀上右端口、与压力表连接的流量控制阀以及与CO₂气瓶连接的流量控制阀，向高温高压釜内充入CO₂，压力达到设定值，保持半 个小时，关闭与压力表连接的流量控制阀；

(6)微调与针管连接的流量控制阀，向盐水中注入CO₂气泡，CO₂气泡脱 离针头，在盐水中上升，附着在岩石下表面，由高速摄像仪拍摄图像，输入图 像分析仪，测量接触角；

(7)旋转螺杆把，前端顶着凸台在螺筒里上下移动，带动针头在盐水里上 下移动，重复步骤(6)，测量CO₂气泡在盐水中不同脱离位置时的接触角；

(8)当针头上升到CO₂气泡还未脱离针头，就附着在岩石下表面，微调与 针管连接的流量控制阀，继续注入CO₂，由高速摄像仪拍摄气泡生长过程图像， 输入图像分析仪，测量动态接触角；

(9)关闭所有阀门和加热带，待高温高压釜冷却后，拆卸真空泵，从双手 柄三通针阀上左端口泄压，从泄液阀泄液，并清洗高温高压釜；

(10)拆卸CO₂注射器，更换不同偏心距弯型针头；拆卸温度采集器，更 换对应长度系列的堵头；重新安装CO₂注射器、温度采集器和真空泵；重复实 验步骤(1)-(8)，在实验过程中，旋转针管，带动偏心距弯型针头在盐水里做 圆周运动；精确测量接触界面的温度以及岩石不同位置的接触角、动态接触角。