本发明专利技术提供了一种测量CO2/盐水/岩石体系接触角的实验装置，属于温室气体地质封存技术领域。该实验装置包括高温高压釜、加热带、高速摄像仪、图像分析仪、温度控制台、CO2注射器、溶液瓶、真空泵、压力表、温度采集器和岩石等。本发明专利技术可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；研究温度、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因素对CO2气泡与岩石表面接触角的影响规律，为CO2地质封存提供可靠的实验依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于温室气体地质封存
，具体涉及一种测量CO2/盐水/岩石体系接触角的实验装置。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。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。本专利技术的功能和有益效果是：(1)更换不同长度系列的堵头，热电偶前端在高温高压釜内位置发生有级移动，实现温度采集器的有级调节，精确测量接触界面的温度。(2)更换针头类型，测量岩石表面不同位置的接触角。采用直型针头，测量岩石中心处的接触角；采用偏心距弯型针头，旋转针管，带动偏心距弯型针头做圆周运行，测量以岩心为中心，半径为偏心距的圆周上的接触角。(3)旋转螺杆把，无级调节CO2气泡在盐水中的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。(4)利用本专利技术，可以研究温度、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因素对CO2气泡与岩石表面接触角的影响规律，为CO2地质封存提供可靠的实验依据。附图说明图1是本专利技术一种测量CO2/盐水/岩石体系接触角的实验装置结构示意图。图2是本专利技术的温度采集器结构示意图。图3是本专利技术的CO2注射器结构示意图。图4是本专利技术的直型针头结构示意图。图5是本专利技术的偏心距弯型针头结构示意图。图中：1光源；2封头；3高温高压釜；4环形特氟龙密封圈；5蓝宝石视镜；6环形紫铜垫片；7加热带；8高速摄像仪；9图像分析仪；10温度控制台；11CO2气瓶；12CO2泵；13流量控制阀；14CO2注射器；15锥面接头；16泄液阀；17溶液瓶；18真空泵；19双手柄三通针阀；20压力表；21载物片；22插槽；23温度采集器；24岩石；25堵头；26压紧螺母；27热电偶；28卡套；29针头；30螺筒；31凸台；32螺杆把；33针管；34直型针头；35偏心距弯型针头。具体实施方式下面结合附图和技术方案对本专利技术作进一步详细描述说明。本专利技术一种测量CO2/盐水本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。...
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈聪，叶自强，董波，张宁，李维仲，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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