中国石油大学(华东)油层物理实验报告 岩石润湿性测定实验
岩石润湿性测定实验
一、实验目的
1．了解光学投影法测定岩石润湿角的原理及方法； 2．了解界面张力的测定原理及方法； 3．加深对岩石润湿性、界面张力的认识。
二、实验原理
1．光学投影法测定岩石润湿角
液体对固体表面的润湿情况可以通过直接测定接触角来确定。将待测矿物磨成光面，浸入油(或水) 中，如图1所示，在矿物光面上滴一滴水(或油) ，直径约1～2mm ，然后通过光学系统将一组光线投射到液滴上，将液滴放大、投影到屏幕上，直接测出润湿角，或测量液滴的高度h 和它与岩石接触处的长度D ，按下式计算接触角θ：
tg
θ
2
=
2h D
式中θ—润湿角，︒；
h —液滴高度，mm ；
D —液滴和固体表面接触的弦长，mm
图1 投影法润湿角示意图
2．悬滴法测定液滴界面张力
悬滴法适用于密度差较大的测定液-液或气-液之间的界面张力，测量范围为10-1～10-2mN/m。
液体自管口滴落时，当液滴接近最大直径时，用光学设备记录下液滴图像。测量液滴的相关参数，利用下式计算界面张力：
∆ρgd e 2
σ=
H
式中，
Δρ=ρ1-ρ2 S n =
d sn
d e
σ—界面张力，mN/m；
ρ1、ρ2—待测两相流体的密度，g/cm3；
∆ρ—两相待测试样的密度差，g/cm3；
d e —实际液滴的最大水平直径，cm ；
d sn —从液滴底部算起，高度为n d e 高度处液滴的直径，cm ；
10
S n —液滴n d e 高度处的直径与最大直径的比值；
10
H —液滴形态的修正值，由S n 查表得到。
图2 悬滴法测界面张力示意图
三、实验流程
1-针管左右移动滑轮 ,2-左右移动锁紧滑轮 ,3-光源 ,4-光源亮度调节旋钮 ,5-工作台前后调节手轮 ,6-工作台左右调节手轮 ,7-工作台上下位置锁紧手轮,8-工作台升降手轮 ,9-工作台伸缩杆 ,10-测微头 ,11-测微头锁紧钮 ,12-进样器 ,13-进样器锁紧钮 ,14-进样针头 ,15-高清连续变
倍显微镜 ,16-数码CMOS 摄像头 ,17-调焦手钮 ,18-地脚螺栓
图3 HARKE-SPCA接触角测试仪流程图
四、实验操作步骤
1．将直流电源的插头一端插入接线板内另一端插入仪器后面的电源插座内。 2．将通讯线连接主机与计算机COM2通讯口。 3．打开接线板的电源开关。
4．旋转仪器后面的光源旋钮，顺时针旋转，看到光源亮度逐渐增强。 5．打开接触角软件图标。 6．开启视频。
7．调整滴液针头。初次使用接触角测定仪对焦比较繁琐，首先向下移动滴液针头，停在变倍显微镜水平线以上的位置，然后旋转固定在上下移动器上的水平移动旋钮，左右调整针头，当软件图像显示窗口出现针头虚影时停止。
8．调整调焦手轮，直到图像清晰。 9．将显微镜放大倍数调整到1.5倍。
10．将吸液管吸满液体安装在固定夹上。旋转测微头，液体将缓缓流出，形成液滴。
11．用脱脂巾擦干针头上的液体，再在工作台上放置被测的固体试样。最好是长条的20×60mm 左右。
12．点击配置栏，在试验设置对话框，在相关栏添入相关数值。 13．上升移动工作台至界面上红色水平线的下方（1mm 左右）。 14．旋转测微头，当针头流出大约3-5ul 左右的液体时停止。
15．旋转工作台升降手轮，使试样表面接触液滴，然后下降一点。液滴显示在视窗内，见。
16．点击开始试验绿色三角形图标，试验将按照设置的时间间隔自动拍摄图像，直至完毕。
17．关闭视频，点击软件界面下面的电影图片任意一张，图片将显示在大窗口中。
五、实验数据处理
1. 接触角的测量 （1）切线法
将抓拍的图像在测量屏内进行测量。选择切线法，在液滴的一端左键点击一下松开，拉向另一端点点击一下，沿液体外轮廓做液体的切线，数值自动显示在图像的左上角上。点击右键将结果可以保存在图片上。润湿角为41.771°
.
图4 切线法投影结果
（2）高宽法
该法适应于小液滴，忽略重力影响，也叫小液滴法。
点击图标，在液体一端点击一下，然后拉向另一端点击，液滴地平线中点有一个小竖线，鼠标移动到地平线中点点击一下，竖向拉向液体的最高点，接触角值自动显示出来。点击右键将结果保存在图片上。润湿角为39.966°.
图5 高宽法投影结果
（3）圆环法
圆环法，该方法较上述方法精度准确。
选取此方法图标，按提示在液滴一端点击一下，再在圆环上选择第二点，最后在液滴的另一端点点击一下。拖动鼠标返回到第一端点点击鼠标，松开后拉向另一端点，接触角自动显示。点击右键将结果保存在图片上。润湿角为41.936°
.
图6 圆环法投影结果
（4）基线圆环法
打开保存的接触角图像照片，点击方法图标，显示一条水平线，将其移动到液体的底面。在液体轮廓上点击两点，包括液体外线，点击一下。接触角值自动显示。点击右键保存测量值即可。润湿角为41.678°
.
图7 基线圆环法投影结果
将测量结果记录与下表：
表1 光学投影仪下各处理方法测量的润湿角数据记录
2. 利用高宽法计算润湿角
在所得的高宽法投影图上测量出液滴高度与弦长，如下表：
表2 光学投影仪下高宽法测量的润湿性测试数据记录表
由公式tg
2
=
可得： D
θ=2⨯arctan
2h 2⨯4=2⨯arctan =39.966︒ D 22