CN114609201A - 一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台 - Google Patents

一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,包括:样品夹持装置、供水装置、Zeta电位测量***、激电测量***、渗透率测量***,所述样品夹持装置能夹持任意形状的岩石样品,且样品夹持器两侧有能够稳定溶液流速和保护电极的腔室,所述供水装置能够调节水头高度和补充测试溶液,所述Zeta电位测量***为任意型号压力传感器与灵敏电压表,所述激电测试***为任意型号激电测量仪,所述渗透率测量***包括秒表与量筒。本发明的有益效果是:整套测量装置能够在实验室完成组装,满足不同尺寸的岩石样品,同时满足样品Zeta电位、激电信号及渗透率三种物理属性的测量,避免了更换装置产生的误差,对于该领域科学研究有重要意义。

Description

一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台
技术领域
本发明涉及仪器仪表技术领域,尤其涉及一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台。
背景技术
固体物质Zeta电位、激电和渗透率是固体材料的三种基本物理属性,反映固体材料的电学和结构学特性,是科研中的研究热点。这里的Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。
Zeta电位仪是依据Stern理论所描述的溶液界面静电双电层现象所设计的电位测试仪,根据Helmholtz-Smoluchowschi(H-S)方程,测量流动电位系数(C=ΔE/ΔP),即:电压的变化值与压力的变化值之比,将流动电位系数带入H-S方程可计算得到样品表面Zeta电位。目前,国内Zeta电位测量市场主要为进口仪器,且价格高昂在几十万人民币左右。
频谱激电法(简称SIP)是地球物理勘探中的一种频率域的激电方法。该方法通过发射交变电流,在较宽频率范围内测量视复电阻率,分析其复电阻率的频谱特性,解决地质问题。SIP方法在地面采用偶极-偶极装置,扫频观测径向电场,是一种高密度几何测深方法。
渗透率反映固体材料结构学特征,达西定律是渗流中最基本的定律,其形式简洁(v=kJ),它清楚地表明了渗流速度v与水力坡降J成正比的关系。与材料的孔隙几何形状、颗粒大小以及排列方向等因素有关,是研究材料结构学的基础参数,渗透率的测量采用以达西定律为基础的实验测定方法。
目前,现有的电学和结构学测量平台存在的缺陷是:
1、国内Zeta电位测量市场主要依赖国外的仪器,且价格高昂,再加上渗透率仪和激电仪使得电学和结构学的联合测量成本过高。
2、对样品分别进行电学和结构学实验时,由于重装样品使得在各物理参数的联合研究中产生较大误差。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,主要包括:样品夹持装置,用于固定待测样品;
供水装置,用于持续不断提供测试溶液;
Zeta电位测量***,用于测量样品Zeta电位;
激电测量***,用于测量样品激电信号;
渗透率测量***,用于测量样品渗透率;
所述样品夹持装置分别与供水装置、Zeta电位测量***、激电测量***和渗透率测量***连接。
进一步地,所述样品夹持装置包括:中心管、溶液室一、溶液室二、Ag/AgCl电极一、Ag/AgCl电极二、测量电极铜环一、测量电极铜环二、倒锥接头一、倒锥接头二、宝塔接头一、宝塔接头二和O型防水垫片两对,所述中心管和两侧的溶液室一、溶液室二之间通过螺纹固定连接,所述溶液室一、溶液室二在侧面和宝塔接头一、宝塔接头二螺纹连接,且Ag/AgCl电极一、Ag/AgCl电极二和溶液室一、溶液室二之间通过倒锥接头一、倒锥接头二连接,所述测量电极铜环一、测量电极铜环二位于中心管两端,且中心管两端处设有小孔,用于导线连接铜环。
进一步地,所述供水装置包括:伸缩支架、供水瓶和导管,所述供水瓶与伸缩支架之间通过挂钩连接,且供水瓶底部与导管连接,所述伸缩支架用于调节垂直高度,所述导管上设有止水阀,用于控制溶液是否流通。
进一步地,所述样品夹持装置和供水装置通过导管连接。
进一步地,所述Zeta电位测量***包括:压力传感器和灵敏电压表。
进一步地,所述激电测量***包括:激电仪。
进一步地,所述渗透率测量***包括:量筒和秒表。
进一步地,所述样品夹持装置和Zeta电位测量***通过Ag/AgCl电极一、Ag/AgCl电极二与灵敏电压表连接,且供水装置中的导管与压力传感器连接,所述样品夹持装置通过Ag/AgCl电极一、Ag/AgCl电极二、导线和激电仪连接。
与现有技术相比,本发明提供的技术方案带来的有益效果是:
1、极大的节约了实验样品电学和结构学联合测量的成本,并在保证低成本的情况下获得较好的效果。
2、可以满足测量不同尺寸的岩石样品,也可测量颗粒状样品与纤维状样品。
3、可以满足在只装填一次样品的情况下,测得样品Zeta电位、激电信号及渗透率的数据,实现多物理参数的联合分析,有利于科学研究的进行。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明实施例中一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台的结构图。
图2是本发明实施例中样品夹持装置结构图。
图3是本发明实施例中测量的样品表面Zeta电位示例图。
图4是本发明实施例中测量的激电信号示例图。
图5是本发明实施例中测量的样品渗透率示例图。
其中:1、中心管;2、溶液室一;3、溶液室二;4、Ag/AgCl电极一;5、Ag/AgCl电极二;6、测量电极铜环一;7、测量电极铜环二;8、倒锥接头一;9、倒锥接头二;10、宝塔接头一;11、宝塔接头二;12、O型防水垫片;13、小孔;14、导线;15、伸缩支架;16、供水瓶;17、导管;18、止水阀;19、压力传感器;20、灵敏电压表;21、激电仪;22、量筒;23、秒表;24挂钩。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,可对样品同时进行Zeta电位、激电信号和渗透率进行测量,一个样品的测量时间小于1小时,十分方便快捷。
一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台的结构图如图1-2所示,该岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台包括样品夹持装置、供水装置、Zeta电位测量***、激电测量***和渗透率测量***,样品夹持装置,用于固定待测样品;供水装置,用于持续不断提供测试溶液;Zeta电位测量***,用于测量样品Zeta电位;激电测量***,用于测量样品激电信号;渗透率测量***,用于测量样品渗透率。
所述样品夹持装置包括:中心管1、溶液室一2、溶液室二3、Ag/AgCl电极一4、Ag/AgCl电极二5、测量电极铜环一6、测量电极铜环二7、倒锥接头一8、倒锥接头二9、宝塔接头一10、宝塔接头二11和O型防水垫片两对12,所述中心管1和两侧的溶液室一2、溶液室二3之间通过螺纹固定连接,所述溶液室一2、溶液室二3在侧面和宝塔接头一10、宝塔接头二11螺纹连接,且Ag/AgCl电极一3、Ag/AgCl电极二4和溶液室一2、溶液室二3之间通过倒锥接头一8、倒锥接头二9连接,所述测量电极铜环一6、测量电极铜环二7位于中心管1两端,且中心管1两端处设有小孔13,用于导线14连接铜环。
所述供水装置包括:伸缩支架15、供水瓶16和导管17,所述供水瓶16与伸缩支架15之间通过位于伸缩支架15上端的挂钩24连接,且供水瓶16底部与带有止水阀18的导管17连接,所述伸缩支架15用于调节垂直高度,所述止水阀18用于控制溶液是否流通。所述样品夹持装置和供水装置通过导管17连接。
所述Zeta电位测量***包括:压力传感器19和灵敏电压表20。本实施例中的激电测量***为激电仪21,所述渗透率测量***包括:量筒22和秒表23。所述样品夹持装置和Zeta电位测量***通过Ag/AgCl电极一4、Ag/AgCl电极二5与灵敏电压表20连接,且供水装置中的导管17与压力传感器19连接,所述样品夹持装置通过Ag/AgCl电极一4、Ag/AgCl电极二5、导线14和激电仪21连接。
如图1所示,将测试样品装入所述样品夹持装置,将测试溶液加入所述供水瓶16中,使用导管17连接供水瓶16、压力传感器19和样品夹持装置,使用导线按照接法①连接样品夹持装置与灵敏电压表20,使用导线按照接法②连接样品夹持装置与激电仪21。进行Zeta电位测试时,接通回路①;进行激电测试时,接通回路②;进行渗透率测试时,关闭回路①与回路②使用所述秒表23与量筒22。
如图2所示,测试样品装填流程如下:把Ag/AgCl电极一4和Ag/AgCl电极二5固定在溶液室一2和溶液室二3的两端,拧紧倒锥接头一8和倒锥接头二9,将测试电极铜环一6和测试电极铜环二7放置在中心管1的两端,将样品装入中心管1中,在两端布置好O型防水垫片12,通过螺纹分别把溶液室一2和溶液室二3固定在中心管1的两端,使得溶液室一2与溶液室二3和中心管1成为一个整体。
如图1-2所示,测试样品Zeta电位流程如下:将装填好的样品夹持装置按照回路①与灵敏电压表20相连,通过导管17和压力传感器19与供水瓶16相连,打开止水阀18记录灵敏电压表20和压力传感器19的读数,通过伸缩支架15改变三次供水瓶16的水头高度,记录得到如图3所示的三组灵敏电压表20和压力传感器19的数据,图3中的a图表示的是压力传感器19记录得到的压力值,图3中的b图表示的是灵敏电压表20记录得到的电压值,通过公式C=ΔE/ΔP,即:电压的变化值与压力的变化值之比,获得流动电位系数C,然后将流动电位系数带入Helmholtz-Smoluchowschi(H-S)方程可计算得到对应的样品表面Zeta电位。
如图1所示,测试样品激电信号流程如下:将装填好的样品夹持装置按照回路②与激电仪21相连,通过导管17和供水瓶16相连,打开止水阀18让测试溶液通过样品夹持装置,当测试液体充满样品夹持装置时关闭止水阀18,打开激电仪21的测量开关开始测量样品激电信息,测量结束后将测量样品的激电数据录入电脑获得如图4中所示的激电信号的实部S’和虚部S”。
如图1-2所示,测试样品渗透率流程如下:将装填好的样品夹持装置通过导管17和压力传感器19与供水瓶16相连,打开止水阀18让测试溶液通过样品夹持装置,当测试液体能够匀速通过样品夹持装置时,使用秒表23和容量瓶22在导管出口处记录某一时间内的溶液体积,并记录此高度下的压力传感器19的数值,通过伸缩支架15改变三次供水瓶16的水头高度,记录三组压力的数值和单位时间溶液的体积,测试结束后将数据录入电脑,然后通过达西定律获得如图5所示的样品渗透率。
本发明的有益效果是:极大的节约了实验样品电学和结构学测试的成本,并在保证低成本的情况下获得较好的效果。可以满足测量不同尺寸的岩石样品,也可测量颗粒状样品与纤维状样品。可以满足在只装填一次样品的情况下,测得样品Zeta电位、激电信号及渗透率的数据,实现多物理参数的联合分析,有利于科学研究的进行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,其特征在于:包括:
样品夹持装置,用于固定待测样品;
供水装置,用于持续不断提供测试溶液;
Zeta电位测量***,用于测量样品Zeta电位;
激电测量***,用于测量样品激电信号;
渗透率测量***,用于测量样品渗透率;
所述样品夹持装置分别与供水装置、Zeta电位测量***、激电测量***和渗透率测量***连接。
2.如权利要求1所述的一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,其特征在于:所述样品夹持装置包括:中心管(1)、溶液室一(2)、溶液室二(3)、Ag/AgCl电极一(4)、Ag/AgCl电极二(5)、测量电极铜环一(6)、测量电极铜环二(7)、倒锥接头一(8)、倒锥接头二(9)、宝塔接头一(10)、宝塔接头二(11)和O型防水垫片两对(12),所述中心管(1)和两侧的溶液室一(2)、溶液室二(3)之间通过螺纹固定连接,所述溶液室一(2)、溶液室二(3)在侧面和宝塔接头一(10)、宝塔接头二(11)螺纹连接,且Ag/AgCl电极一(3)、Ag/AgCl电极二(4)和溶液室一(2)、溶液室二(3)之间通过倒锥接头一(8)、倒锥接头二(9)连接,所述测量电极铜环一(6)、测量电极铜环二(7)位于中心管(1)两端,且中心管(1)两端处设有小孔(13),用于导线(14)连接铜环。
3.如权利要求1所述的一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,其特征在于:所述供水装置包括:伸缩支架(15)、供水瓶(16)和导管(17),所述供水瓶(16)与伸缩支架(15)之间通过挂钩(24)连接,且供水瓶(16)底部与导管(17)连接,所述伸缩支架(15)用于调节垂直高度,所述导管(17)上设有止水阀(18),用于控制溶液是否流通。
4.如权利要求3所述的一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,其特征在于:所述样品夹持装置和供水装置通过导管(17)连接。
5.如权利要求2所述的一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,其特征在于:所述Zeta电位测量***包括:压力传感器(19)和灵敏电压表(20)。
6.如权利要求5所述的一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,其特征在于:所述激电测量***包括:激电仪(21)。
7.如权利要求1所述的一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,其特征在于:所述渗透率测量***包括:量筒(22)和秒表(23)。
8.如权利要求6所述的一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台,其特征在于:所述样品夹持装置和Zeta电位测量***通过Ag/AgCl电极一(4)、Ag/AgCl电极二(5)与灵敏电压表(20)连接,且供水装置中的导管(17)与压力传感器(19)连接,所述样品夹持装置通过Ag/AgCl电极一(4)、Ag/AgCl电极二(5)、导线(14)和激电仪(21)连接。
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