[发明专利]一种测量CO2/盐水/岩石体系接触角的实验装置

说明书

技术领域

本发明属于温室气体地质封存技术领域，具体涉及一种测量CO₂/盐水/岩石 体系接触角的实验装置。

背景技术

全球对化石燃料的严重依赖，导致大气中温室气体CO₂不断增加，全球气 温持续上升，引发温室效应。为了缓解温室效应，各国纷纷采用碳捕集和封存 技术，将收集的CO₂以超临界状态注入地质结构中，如油田、气田、咸水层和 无法开采的煤矿等，实现长期地质封存的目的。

在地质封存环境下，CO₂/盐水/岩石体系的接触角是影响CO₂在封存介质中 运移规律、毛细压力、毛细封存效率、残余捕获能力、地质封存量大小和盖层 泄漏的一个重要参数。因此，为了保证CO₂地质封存的长期性、安全性和稳定 性，需设计实验装置，模拟地质封存环境，测量CO₂/盐水/岩石体系中相界面接 触角，了解接触角变化规律。

研究表明：影响接触角的因素很多，比如温度、压力、岩石表面粗糙度、 盐水组成成分、离子强度和岩石种类等。现有测量CO₂/盐水/岩石体系接触角的 实验装置，存在以下不足：实验测量温度为高温高压釜壁温，无法测量接触界 面的温度，由于内部盐水温度场的不均性，用壁温来表征接触界面的温度存在 较大的误差；实验装置只能测量岩石中心处的接触角，无法测量岩石表面不同 位置的接触角；实验过程中，无法调节CO₂气泡在盐水中的脱离位置与岩石表 面垂直距离，无法研究气泡脱离位置对接触角的影响，无法测量动态接触角。

发明内容

本发明的目的为了解决上述现有技术中存在的不足，提供一种测量CO₂/盐 水/岩石体系接触角的实验装置。实现温度采集器的有级调节，精确测量接触界 面的温度；测量岩石表面不同位置的接触角；无级调节CO₂气泡在盐水中脱离 位置与岩石表面垂直距离，研究气泡脱离位置对接触角的影响以及测量动态接 触角。

本发明通过如下技术方案实现：

一种测量CO₂/盐水/岩石体系接触角的实验装置，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。