Способ определения смачиваемости

Авторы патента:

Дышлюк Евгений Николаевич (RU)

G01N13/00 - Исследование поверхностных или граничных свойств, например смачивающей способности; исследование диффузионных эффектов; анализ материалов путем определения их поверхностных, граничных и диффузионных эффектов; исследование или анализ поверхностных структур в атомном диапазоне

Владельцы патента RU 2550569:

Шлюмберже Текнолоджи Б.В. (NL)

Изобретение относится к области исследования смачиваемости поверхностей и может найти применение в различных отраслях промышленности, например в нефтегазовой, химической, лакокрасочной и пищевой. Для определения смачиваемости поверхности исследуемого материала по меньшей мере один образец исследуемого материала помещают в по меньшей мере одну герметичную ячейку калориметра. Обеспечивают контакт по меньшей мере одного образца с первой смачивающей жидкостью и со второй смачивающей жидкостью при одинаковых давлении и температуре. Измеряют энергии смачивания по меньшей мере одного образца первой и второй смачивающими жидкостями, после чего рассчитывают параметр смачиваемости, характеризующий систему поверхность-жидкость-жидкость. Техническим результатом является повышение качества и эффективности измерения смачиваемости поверхностей двумя флюидами при различных давлениях и температурах, увеличение скорости проведения этих работ с одновременным снижением риска их неправильного проведения. 2 н. и 17 з.п. ф-лы.

Смачиваемость - это способность одной жидкости растекаться по поверхности твердого тела, оставаться с ней в контакте или терять контакт с поверхностью в присутствии другой жидкости, несмешивающейся с первой. Смачиваемость - это один из важнейших параметров, характеризующий взаимодействие двух несмешиваемых жидкостей с поверхностью твердого тела, в нефтегазовой промышленности, фармацевтике, легкой промышленности и других областях промышленности.

Например, в нефтегазовой промышленности смачиваемость является одним из основных параметров, определяющих положение флюидов в пористом пространстве залежи, а также распределение потоков флюидов. При этом, будучи основным параметром, определяющим расположение флюидов в пористом пространстве, смачиваемость породы влияет на все виды измерений параметров пласта - электрические свойства, капиллярное давление, относительные фазовые проницаемости и т.д. Смачиваемость в значительной степени влияет на способы и эффективность добычи нефти, в особенности в процессе вторичных и третичных методов добычи нефти.

Основным методом, позволяющим оценивать смачиваемость твердой поверхности двумя несмешивающимися жидкостями является метод исследования контактного угла, образованного межфазной границей флюидов с твердой поверхностью (см., например, патент США 7952698).

Основными недостатками известного метода являются длительное время, необходимое для достижения равновесного контактного угла (до 1000 часов), гистерезис контактного угла, вызванный различными причинами, такими, например, как неоднородное структурное строение поверхности, неровности на поверхности и т.д. Другим серьезным недостатком данного метода является то, что данный метод, в основном, может быть успешно применен лишь к ровным плоским поверхностям и адаптация данного метода к измерениям в пористых средах достаточно сложна, а в некоторых случаях не представляется возможной. Так, например, в нефтегазовой индустрии в большинстве случаев для определения смачиваемости пористых сред используется не метод исследования контактного угла, а петрофизические исследования керна горной породы. Лишь в очень небольшом количестве случаев, при ярко выраженном характере смачиваемости, смачиваемость может быть оценена по результатам других методов исследований. При петрофизическом исследовании керна горной породы, в основном, применяют метод Амота (Е. Amott, "Observations Relating to the Wettability of Porous Media," Trans, AIME, 216, 156-162, 1959) или его модификации: метод Амотта-Харви и USBM (см., например, J.C. Trantham, R.L. Clampitt, "Determination of Oil Saturation After Waterflooding in an Oil-Wet Reservoir - The North Burbank Unit, Tract 97 Project," JPT, 491-500 (1977)).

Все эти методы так или иначе имитируют процесс добычи нефти из пласта и основаны на последовательном замещении нефти минеральным раствором или минерального раствора нефтью в исследуемом образце керна посредством естественной или вынужденной (при помощи центрифугирования) пропитки образца с измерением насыщенности флюидов. Все перечисленные методы являются косвенными методами исследований и не дают точной термодинамической информации о такой термодинамической характеристике, как смачиваемость. Другим недостатком этих методов является их малая чувствительность в области нейтральной смачиваемости или при малых размерах образца.

В последнее время активно развивается метод по определению смачиваемости, основанный на калориметрических измерениях. Проводились исследования смачиваемости в системе твердое тело-жидкость-газ (насыщенный пар данного флюида) (см., например, R. Denoyel, I. Beurroies, B. Lefevre, "Thermodynamics of wetting: information brought by microcalorimetry," J. of Petr. Sci. and Eng., 45, 203-212, 2004).

Исследование смачиваемости в системе твердая поверхность-жидкость-насыщенный пар данной жидкости не позволяют судить о смачиваемости в системе с двумя разными жидкостями - твердая поверхность-жидкость-жидкость, так, например, информация о том, что вода абсолютно смачивает данную поверхность в системе со своим насыщенным паром не несет в себе достаточной информации о смачиваемости той же поверхности водой в системе с другой жидкостью, например нефтью.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении качества и эффективности измерения смачиваемости поверхностей двумя флюидами при различных давлениях и температурах, увеличении скорости проведения этих работ с одновременным снижением риска их неправильного проведения.

В соответствии с предлагаемым способом определения смачиваемости поверхности по меньшей мере один образец исследуемого материала помещают в по меньшей мере одну герметичную ячейку калориметра и обеспечивают контакт по меньшей мере одного образца с первой смачивающей жидкостью и со второй смачивающей жидкостью при одинаковых давлении и температуре. Измеряют энергии смачивания по меньшей мере одного образца первой и второй смачивающими жидкостями, после чего рассчитывают параметр смачиваемости поверхности по формуле:

где Δ_immu₁ - энергия смачивания поверхности образца первой смачивающей жидкостью, Дж; Δ_immu₂ - энергия смачивания поверхности образца второй смачивающей жидкостью, Дж; A - площадь поверхности смачиваемого образца, м²; $γ^{L_{1}}$ - поверхностное натяжение первой смачивающей жидкости в равновесии с собственным паром, Н/м; $γ^{L_{2}}$ - поверхностное натяжение второй смачивающей жидкости в равновесии с собственным паром, Н/м, $γ^{L_{1} L_{2}}$ - межфазное натяжение между первой и второй смачивающими жидкостями соответственно, Н/м; T - температура, при которой проводятся измерения, K; $\frac{\partial}{\partial T} γ^{L_{1}}$ - изменение поверхностного натяжения первой смачивающей жидкости с температурой, Н/(м·K); $\frac{\partial}{\partial T} γ^{L_{2}}$ - изменение поверхностного натяжения второй смачивающей жидкости с температурой, Н/(м·K).

Предварительно первую и вторую смачивающие жидкости приводят в контакт друг с другом при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлении, при которых производят измерение энергии смачивания.

Площадь поверхности образца, необходимая для вычисления параметра смачиваемости, может быть определена по методу газовой адсорбции или с помощью калориметра по методу Harkins-Jura.

Межфазное натяжение между смачивающими жидкостями и его изменения с температурой могут быть определены методом вращающейся капли или методом сидящей капли.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения образец приводят в контакт с первой смачивающей жидкостью и измеряют энергию смачивания поверхности образца первой смачивающей жидкостью. Затем очищают поверхность образца, в той же ячейке калориметра образец приводят в контакт со второй смачивающей жидкостью и измеряют энергию смачивания образца второй смачивающей жидкостью.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения используют два идентичных образца с одинаковой площадью поверхности. Каждый образец помещают в отдельную ячейку, один из образцов приводят в контакт с первой смачивающей жидкостью, а второй образец приводят в контакт со второй смачивающей жидкостью. Осуществляют одновременные измерения энергии смачивания поверхности первого образца первой смачивающей жидкостью и энергии смачивания поверхности второго образца второй смачивающей жидкостью.

Предварительно образец может быть подвергнут высушиванию и очистке, а также вакуумирован.

Предпочтительно ячейку с образцом выдерживают до стабилизации теплового потока при температуре, при которой производят измерения энергии смачивания поверхности образца.

В качестве образца может быть использован керн горной породы.

В качестве смачивающих жидкостей могут быть использованы любые несмешивающиеся жидкости, в частности нефть и вода или соляной раствор, в том числе при пластовых давлениях и температурах.

В соответствии с предлагаемым способом образец исследуемого материала помещают в ячейку дифференциально-сканирующего калориметра (ДСК). ДСК способны работать при различных температурах (диапазон зависит от модели калориметра), при этом некоторые ДСК могут быть оборудованы ячейками, позволяющими проводить измерения при повышенных давлениях или в вакууме. Для проведения измерений, описанных в данном изобретении, необходимо совместить ДСК с системой, способной создавать контролируемое давление в ячейках калориметра. Такая система позволяет контролировать давление в ячейках в процессе эксперимента, что позволяет более качественно проводить измерения смачиваемости, в том числе при повышенных давлениях. В качестве такой системы могут быть использованы насосы различного типа, совмещенные с датчиками давления и подсоединенные к ячейкам калориметра посредством трубных соединений.

Макроскопический контактный угол между межфазной границей жидкость 1 - жидкость 2 (обозначим L₁ и L₂) и твердой поверхностью (S), отсчитываемый со стороны контакта с поверхностью одной из жидкостей (например, L₂) (обычно выбирается более плотная жидкость), является удобной характеристикой смачиваемости поверхности. Уравнение Юнга связывает величину избыточных поверхностных энергий (поверхностных натяжений) на межфазных границах с величиной контактного угла:

В случае когда $γ^{S L_{1}} - γ^{S L_{2}} > γ^{L_{1} L_{2}}$ контактный угол не образуется, жидкость L₂ растечется по поверхности без образования контактного угла, сместив жидкость L₁; аналогично при $γ^{S L_{2}} - γ^{S L_{1}} < γ^{L_{1} L_{2}}$ жидкость L₁ сместит L₂ с поверхности. Таким образом, для классификации систем поверхность-жидкость-жидкость удобнее ввести параметр смачиваемости W, который может принимать значения как меньше - 1, так и больше 1:

При образовании конечного контактного угла W=cosθ, при W>1, L₂ сместит L₁ с поверхности, а при W<-1 L₁ сместит L₂ с поверхности. Таким образом, параметр W несет в себе всю необходимую информацию о смачиваемости.

Энергия смачивания - это энергия, которая образуется (или поглощается), когда поверхность, которая была в контакте с некой средой M (газ, вакуум), погружается в жидкость L, так что вся поверхность S, которая была в контакте с данной средой, оказывается покрыта макроскопическим слоем жидкости. Энергия смачивания зависит от начального состояния поверхности, кроме того, наличие газа в образце до погружения может не позволить жидкости полностью смочить всю поверхность образца. Таким образом, при измерении энергии смачивания предпочтительным является погружение образца из вакуума, причем обычно требуется вакуумирование в течение длительного времени при повышенных температурах. Время и температура зависят от исследуемого образца. Часто для подобных измерений используется вакуумирование в течение суток при температуре около 100°C. Установки ДСК позволяют измерять энергию смачивания поверхности при различных температурах и давлениях. Энергия смачивания, получаемая при постоянном давлении в системе, связана с изменением поверхностного натяжения на границе твердой поверхности следующим образом:

где Δ_immu - энергия смачивания, A - площадь поверхности смачиваемого образца, γ^SL - поверхностная энергия на границе твердая среда - жидкость (после смачивания), γ^SM - поверхностная энергия на границе твердая среда - газ (вакуум) до погружения, T - температура, при которой проводятся измерения. Из (2 и 3) можно получить:

Экспериментально можно показать, что выполняется следующее приближенное равенство:

Из (4) и (5) следует:

Таким образом, для определения параметра смачиваемости необходимо провести два эксперимента по определению энергии смачивания из одинакового начального контролируемого состояния поверхности (например, из вакуума), последовательно измеряя энергии смачивания одной жидкостью, а потом (после повторной подготовки образца) другой жидкостью. В ДСК можно провести эти два эксперимента одновременно, изучая дифференциальный эффект, т.е. проводя одновременное смачивание двух идентичных образцов или двух частей образца одной жидкостью в ячейке с образцом, а другой жидкостью в ячейке сравнения (образец должен быть достаточно однородным и обе части образца должны быть близки по площади поверхности). Измерения площади поверхности A образца можно проводить либо другим известным методом (например, методом газовой адсорбции BET Adsorption of Gases in Multimolecular Layers. Brunauer, S., Emmett, P. and Teller, E. 1938, J. Am. Chem. Soc, Vol. 60, p. 309), либо с помощью той же экспериментальной установки при помощи модифицированного метода Harkins-Jura (Partyka S., Rouquerol F., Rouquerol J. "Calorimetric determination of surface areas: possibilities of a modified Harkins and Jura procedures". Journal of colloid and interface science, Vol. 68, № 1, January 1979).

Измерения межфазного натяжения между жидкостями $γ^{L_{1} L_{2}}$ и поверхностные натяжения самих жидкостей в равновесии с собственным насыщенным паром $γ^{L_{1}}$ , $γ^{L_{2}}$ , а также их изменения с температурой $\frac{\partial}{\partial T} γ^{L_{1}}$ , $\frac{\partial}{\partial T} γ^{L_{2}}$ - при необходимом давлении можно проводить отдельно, например, с помощью метода вращающейся капли, сидящей капли и т.д.

Для измерения энергии смачивания применяются различные типы измерительных ячеек калориметра. Наиболее часто используется герметичная ячейка, в которую помещается образец, запаянный в герметичной стеклянной колбе. Колба с образцом предварительно вакуумируется и запаивается, что позволяет получить контролируемое состояние поверхности образца перед экспериментом. При проведении эксперимента колба разбивается и образец смачивается жидкостью. Мембранная ячейка представляет из себя ячейку разделенную, как правило, металлической мембраной на две части. В нижнюю часть помещается образец, а в верхнюю - жидкость. В ходе эксперимента мембрана разрезается и жидкость перетекает в нижнюю часть ячейки. Преимуществом этой ячейки является то, что в данном случае не требуется запайка образца в стеклянной колбе, недостаток этой ячейки состоит в том, что образец в данном случае оказывается не вакуумированным - что может приводить к серьезным ошибкам измерений энергии смачивания. В еще одном варианте ячейка объединяет в себе преимущества двух предыдущих ячеек. Образец и жидкость разделены мембраной, при этом нижняя часть ячейки имеет вакуумный затвор и может быть вакуумирована перед экспериментом. Недостатком всех перечисленных выше ячеек является невозможность контролировать давление в эксперименте, т.к. ячейки не сообщаются с другими частями установок посредством трубных соединений. В этих ячейках также сложно, если не невозможно, проводить эксперименты при повышенных давлениях.

В работе R. Denoyel, I. Beurroies, B. Lefevre, "Thermodynamics of wetting: information brought by microcalorimetry," J. of Petr. Sci. and Eng., 45, 203-212, 2004 для измерения энергии смачивания предложено использовать установку, в которой давление в ячейке может быть контролируемо. Измерительная ячейка посредством трубных соединений соединена через т-образный переходник с одной стороны с вакуумным насосом, что позволяет вакуумировать образец перед экспериментом, а с другой стороны с системой, позволяющей подавать жидкость в ячейку и создавать давление данной жидкости в ячейке. Необходимо отметить, что жидкость, подаваемая в ячейку, должна иметь температуру, близкую к температуре в измерительной ячейке, чтобы не создавать дополнительный тепловой поток, затрудняющий измерение энергии смачивания. Такая или подобная система является предпочтительной для измерения энергии смачивания предлагаемым методом, т.к. в этом случае удается подготовить (вакуумировать) образец перед смачиванием и контролировать конечное давление в системе.

Для каждой из предложенных конфигураций необходимо учитывать дополнительные тепловые эффекты, возникающие в ходе эксперимента: тепловые эффекты, связанные с разбиванием колбы или разрывом мембраны, а также испарением части жидкости, тепловой эффект, возникающий вследствие разницы температур жидкости, проникающей в ячейку, и температуры ячейки, тепловой эффект, связанный со сжиманием жидкости в ячейке (при поднятии давления до необходимого) (рис.5) и т.д. Эти тепловые эффекты, как правило, могут быть учтены при проведении дополнительных измерений.

Способ определения смачиваемости в соответствии с настоящим изобретением может быть реализован следующим образом.

Очищают поверхность исследуемого образца. Так, например, в нефтегазовой индустрии образец горной породы, как правило, экстрагируют, а затем вакуумируют его при повышенных температурах в вакуумной печи. Температуру и длительность сушки образца выбирают исходя из свойств конкретного образца исследований. Так, для образцов горной породы применяют сушку в вакууме при повышенной (~100°C) температуре в течение достаточно длительного, для устранения влаги, времени (около суток). Возможна ускоренная сушка при более высоких температурах, если повышение температуры не вызывает структурных изменений поверхности образца.

Образец помещают в измерительную герметичную ячейку калориметра и вакуумируют. При этом очищение образца и вакуумирование могут быть совмещены, если конструкция ячейки калориметра позволяет проводить вакуумную сушку образца при повышенных температурах непосредственно в ячейке калориметра. Образец может и не вакуумироваться, если вакуумирование не влияет на конечный результат эксперимента - энергию смачивания.

Ячейку с образцом выдерживают до стабилизации теплового потока при температуре, при которой необходимо провести исследование смачиваемости данного образца.

Производится подготовка смачивающих жидкостей, используемых для измерения энергии смачивания. Так как в данном эксперименте изучается равновесное состояние смачиваемости, используемые жидкости предварительно необходимо также привести в равновесие, поместив их в контакт друг с другом при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлении, при которых производится измерение энергии смачивания.

Проводят эксперимент по измерению энергии смачивания образца первой смачивающей жидкостью. Для измерения энергии смачивания измеряемый электрический сигнал с датчиков калориметра пересчитывается в тепловой поток, для чего проводится калибровка калориметра; суммирование теплового потока за вычетом базовой линии по времени в процессе проведения эксперимента позволяет определить энергию смачивания.

Образец очищают, вакуумируют и приводят в состояние, как можно более близко соответствующее состоянию до смачивания первой жидкостью. После чего проводят эксперимент по измерению энергии смачивания образца второй смачивающей жидкостью.

Если использовать два идентичных образца или если исследуемый образец достаточно однородный и может быть разделен на две части, близкие по своим свойствам, то может проводится одновременное измерение энергий смачивания двумя жидкостями, для чего образцы помещают в разные ячейки и смачивают двумя разными смачивающими жидкостями одновременно.

Производят учет дополнительных тепловых эффектов, не связанных со смачиванием образца.

По формуле (6) вычисляется параметр смачиваемости данного образца представленными жидкостями. Межжидкостное поверхностное натяжение, поверхностные натяжения двух жидкостей и их изменение с температурой при данном давлении считаются известными параметрами. Для их определения могут быть использованы либо табличные значения для известных жидкостей, либо измерения, например, по методу сидящей или вращающейся капли при данном давлении и температуре. Площадь поверхности образца, необходимая для вычисления параметра смачиваемости, может быть определена в отдельном эксперименте, например, по методу газовой адсорбции или с помощью калориметра по известному методу Harkins-Jura либо любым другим известным методом. Метод Harkins-Jura хорошо работает только с поверхностями, смачиваемыми данной жидкостью, так, с гидрофильными поверхностями может быть использована вода (в системе твердая среда-вода-водяной пар) или углеводороды с гидрофобными поверхностями.

1. Способ определения смачиваемости поверхности, в соответствии с которым по меньшей мере один образец исследуемого материала помещают в по меньшей мере одну герметичную ячейку калориметра, обеспечивают контакт по меньшей мере одного образца с первой смачивающей жидкостью и со второй смачивающей жидкостью при одинаковых давлении и температуре, измеряют энергии смачивания по меньшей мере одного образца первой и второй смачивающими жидкостями, после чего рассчитывают параметр смачиваемости поверхности по формуле

где
Δ_immu₁ - энергия смачивания поверхности образца первой смачивающей жидкостью, Дж;
Δ_immu₂ - энергия смачивания поверхности образца второй смачивающей жидкостью, Дж;
А - площадь поверхности смачиваемого образца, м²;
- поверхностное натяжение первой смачивающей жидкости в равновесии с собственным паром, Н/м;
- поверхностное натяжение второй смачивающей жидкости в равновесии с собственным паром, Н/м;
- межфазное натяжение между первой и второй смачивающими жидкостями соответственно, Н/м;
Т - температура, при которой проводятся измерения, К;
- изменение поверхностного натяжения первой смачивающей жидкости с температурой, Н/(м·К);
- изменение поверхностного натяжения второй смачивающей жидкости с температурой, Н/(м·K).

2. Способ по п. 1, в соответствии с которым первую и вторую смачивающие жидкости предварительно приводят в контакт друг с другом при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлении, при которых производят измерение энергии смачивания.

3. Способ по п. 1, в соответствии с которым площадь поверхности образца, необходимую для вычисления параметра смачиваемости, определяют по методу газовой адсорбции.

4. Способ по п. 1, в соответствии с которым площадь поверхности образца, необходимую для вычисления параметра смачиваемости, определяют с помощью калориметра по методу Harkins-Jura.

5. Способ по п. 1, в соответствии с которым межфазное натяжение между смачивающими жидкостями, поверхностные натяжения смачивающих жидкостей в равновесии с собственным паром и их изменения с температурой определяют методом вращающейся капли или методом сидящей капли.

6. Способ по п. 1, в соответствии с которым образец приводят в контакт с первой смачивающей жидкостью и измеряют энергию смачивания поверхности образца первой смачивающей жидкостью, очищают поверхность образца, затем в той же ячейке калориметра образец приводят в контакт со второй смачивающей жидкостью и измеряют энергию смачивания образца второй смачивающей жидкостью.

7. Способ по п. 6, в соответствии с которым образец предварительно вакуумируют.

8. Способ по п. 6, в соответствии с которым образец материала предварительно высушивают и очищают.

9. Способ по п. 6, в соответствии с которым ячейку с образцом выдерживают до стабилизации теплового потока при температуре, при которой производят измерение энергии смачивания поверхности образца.

10. Способ по п. 1, в соответствии с которым в качестве образца используют керн горной породы.

11. Способ по п. 1, в соответствии с которым в качестве первой и второй смачивающих жидкостей используется нефть и соляный раствор.

12. Способ по п. 1, в соответствии с которым в качестве первой и второй смачивающих жидкостей используется нефть и соляный раствор при пластовых давлениях и температурах.

13. Способ определения смачиваемости поверхности, в соответствии с которым два идентичных образца исследуемого материала, имеющие одинаковую площадь поверхности, помещают в отдельные ячейки калориметра, первый образец приводят в контакт с первой смачивающей жидкостью, второй образец приводят в контакт со второй смачивающей жидкостью при одинаковых давлении и температуре, осуществляют одновременные измерения энергии смачивания поверхности первого образца первой смачивающей жидкостью и энергии смачивания поверхности второго образца второй смачивающей жидкостью, после чего рассчитывают параметр смачиваемости поверхности по формуле

где
Δ_immu₁ - энергия смачивания поверхности первого образца первой смачивающей жидкостью, Дж;
Δ_immu₂ - энергия смачивания поверхности второго образца второй смачивающей жидкостью, Дж;
А - площадь поверхности одного смачиваемого образца, м²;
- поверхностное натяжение первой смачивающей жидкости в равновесии с собственным паром, Н/м;
- поверхностное натяжение второй смачивающей жидкости в равновесии с собственным паром, Н/м;
- межфазное натяжение между первой и второй смачивающими жидкостями соответственно, Н/м;
Т - температура, при которой проводятся измерения, К;
- изменение поверхностного натяжения первой смачивающей жидкости с температурой, Н/(м·К);
- изменение поверхностного натяжения второй смачивающей жидкости с температурой, Н/(м·К).

14. Способ по п. 13, в соответствии с которым образцы предварительно вакуумируют.

15. Способ по п. 13, в соответствии с которым образцы материала предварительно высушивают и очищают.

16. Способ по п. 13, в соответствии с которым ячейки с образцами выдерживают до стабилизации теплового потока при температуре, при которой производят измерение энергии смачивания поверхности образцов.

17. Способ по п. 13, в соответствии с которым в качестве образцов используют керны горной породы.

18. Способ по п. 13, в соответствии с которым в качестве первой и второй смачивающих жидкостей используется нефть и соляный раствор.

19. Способ по п. 13, в соответствии с которым в качестве первой и второй смачивающих жидкостей используется нефть и соляный раствор при пластовых давлениях и температурах.

Использование: для исследования процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов в строительной, химической и других отраслях промышленности.

Способ определения коэффициента диффузии горючих газов в азоте // 2548614

Изобретение направлено на высокоточное измерение коэффициентов диффузии горючих газов в азоте или иных инертных газах в широком температурном диапазоне посредством кислородпроводящего твердого электролита.

Способ количественной оценки биопленкообразования микроорганизмов // 2547935

Изобретение относится к микробиологии и может быть использовано для количественной оценки способности микроорганизмов к биопленкообразованию на различных биотических и абиотических поверхностях.

Самогоризонтируемое устройство для исследования поверхностных явлений, смачивания и растекания при нагреве в вакууме и инертной или активной газовых средах // 2536798

Изобретение относится к гироскопическим устройствам. Может быть преимущественно использовано для исследования поверхностных явлений смачивания и растекания при нагреве в вакууме и инертной или активной газовых средах. Самогоризонтируемое устройство включает корпус 1, выполненный из керамики, молибдена или стали, в верхней части которого установлен промежуточный элемент 2, выполненный из такого же материала, что и корпус 1 или отличающийся от него, закрепленный двумя стержнями 3 к стенке корпуса 1, самогоризонтируемый столик 4, выполненный из такого же материала, что и корпус 1 или отличающийся от него, в нижней части которого расположен массивный груз 5, который может быть выполнен съемным и соединяться через соединительный стержень 6; самогоризонтируемый столик 4 закреплен двумя стержнями 7 в промежуточном элементе 2, причем стержни 3 и 7 расположены взаимно - перпендикулярно друг другу.

Устройство для определения свойств поверхностей материалов // 2534726

Изобретение относится к области поверхностных явлений и может быть использовано для оценки свойств жидкостей, различных поверхностей и свойств веществ в разных отраслях промышленности и в том числе в нанотехнологиях и порошковой металлургии.

Способ определения коэффициента диффузии влаги // 2532763

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса в капиллярно-пористых материалах для определения коэффициентов диффузии влаги в строительных материалах и конструкциях, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Способ определения аэрационного потенциала пенообразователей, используемых в технологии пенобетонов // 2532643

Изобретение относится к способам определения аэрационной способности пенообразователей, используемых в технологии пенобетонов, и может быть использовано для оценки эффективности использования пенообразующих добавок, корректировки рецептуры пенобетонных смесей. Способ определения аэрационного потенциала пенообразователей, используемых в технологии пенобетонов, включает приготовление рабочего раствора пенообразователя, измерение температуры рабочего раствора пенообразователя и приготовление пены.

Способ определения направления перемещения движущихся объектов от взаимодействия поверхностно-активного вещества со слоем жидкости над дисперсным материалом // 2529657

Изобретение относится к области оценки свойств дисперсных материалов и может быть использовано для разработки энергетических нанотехнологий в разных отраслях промышленности и областях знаний, а также для разработки и управления самоорганизующихся систем, открывает возможности для изучения новых принципов построения технических устройств.

Способ определения краевого угла смачивания хвои предварительно обработанной водяным паром // 2525602

Изобретение относится к области определения физико-химических свойств поверхностей и может быть использовано для оценки степени гидрофильности хвои, предварительно обработанной водяным паром.

Способ определения теплоты адсорбции и теплоты смачивания поверхности и измерительная ячейка калориметра // 2524414

Изобретение относится к области исследования свойств взаимодействия поверхности с флюидами и может быть использовано для определения теплоты адсорбции и смачивания поверхности.

Способ демонстрации квантовых осцилляций поверхностного натяжения твердого тела // 2552116

Изобретение относится к способам изучения поверхностных явлений. Из меди и серебра изготавливают электроды, приводят их в контакт с раствором электролита, осуществляют предварительный электролиз с чередованием анодного окисления и катодного восстановления поверхности металла, регистрируют зависимость производной поверхностного натяжения по поверхностной плотности заряда от потенциала электрода, сопоставляют указанные зависимости, полученные на меди и серебре, отмечают в качестве их общих признаков участок ступенчатого спада в анодном направлении, убывание протяженности ступеней вдоль оси потенциала. Происхождение ступеней объясняют локализацией электронов поверхностной проводимости в двухмерной квантовой яме, что приводит к ступенчатой зависимости плотности состояний этих электронов от потенциала. Указывают на соответствие между протяженностью ступеней и расстоянием между дискретными уровнями энергии электронов в двойном электрическом слое. На диаграмме в одном и том же диапазоне изменения потенциала сопоставлены график производной поверхностного натяжения по поверхностной плотности заряда и график плотности состояний электронов, имеющий вид ступенчатой функции потенциала, которая убывает при изменении потенциала в сторону более положительных значений и достигает нуля при потенциале минимума производной поверхностного натяжения. Технический результат заключается в повышении наглядности и достоверности демонстрации квантовых осцилляций поверхностного натяжения. 14 з.п. ф-лы, 15 ил.

Способ производства кокса // 2570875

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ производства кокса включает формирование смеси углей путем смешения двух или более типов угля и карбонизацию указанной смеси углей. При этом предварительно выводится соотношение между межфазным натяжением смеси углей, состоящей из двух или более типов угля, и прочностью кокса, который произведен путем карбонизации указанной смеси углей. Межфазное натяжение указанной смеси углей получают с использованием поверхностного натяжения каждого из типов углей и определения относительных содержаний каждого из указанных типов угля с использованием указанного соотношения между межфазным натяжением и прочностью кокса, которое было предварительно выведено, таким образом, чтобы межфазное натяжение смеси углей находилось в таком интервале, в котором кокс имел бы желаемую прочность. Изобретения позволяют смешивать различное угольное сырье и производить доменный кокс с высокой прочностью. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил., 13 табл., 6 пр.

Способ определения коэффициента взаимной диффузии молекул газов // 2581512

Изобретение относится к области молекулярной физики и может быть использовано для измерения коэффициента взаимной диффузии молекул газов. Способ заключается в том, что диффузионную ячейку в виде прозрачной капиллярной трубки частично заполняют жидкостью, один конец которой плотно закрыт, а другой - остается открытым во внешнюю однородную газовую среду (атмосферный воздух или специальный эталонный газ - стандартный образец с установленными значениями состава). В процессе испарения вблизи поверхности жидкости пар является насыщенным и имеет максимально возможные парциальное давление и концентрацию молекул. Испарившиеся из жидкости молекулы преодолевают расстояние от ее поверхности к открытому во внешнюю газовую среду концу капиллярной трубки путем диффузии. Свободная поверхность жидкости, наблюдаемая в микроскоп, снабженный мерной и калибровочной шкалами, вследствие испарения молекул перемещается вдоль капиллярной трубки с течением времени, удаляясь от свободного конца. Квадрат расстояния поверхности жидкости от свободного конца капилляра x2 имеет линейную зависимость от времени наблюдения t. Определяя из графика x2(t) угловой коэффициент k этой зависимости, вычисляют искомый коэффициент взаимной диффузии D по формуле: . Техническим результатом является создание простого и точного способа для определения коэффициента взаимной диффузии молекул газообразных паров исследуемой жидкости и внешнего газа. 2 ил.

Способ определения поверхностных свойств горных пород // 2582693

Изобретение относится к области исследования горных пород. Техническим результатом является получение дополнительной информации о свойствах нефтеводонасыщенных пород-коллекторов нефти с помощью стандартного петрофизического оборудования. Способ заключается в том, что экстрагированный и высушенный образец керна горных пород предварительно насыщают пластовой водой или моделью пластовой воды под вакуумом и определяют начальное количество воды в порах образца, затем образец центрифугируют в стандартной корзине для замещения воды воздухом с разными угловыми скоростями в диапазоне от минимального числа оборотов центрифуги до числа оборотов, обеспечивающих создание остаточной водонасыщенности в образце, фиксируют минимально достигнутую водонасыщенность при каждом значении скорости вращения ротора центрифуги в указанном диапазоне, определяют вес образца с остаточной водонасыщенностью и строят кривую капиллярного давления, по которой определяют вероятностное распределение дренируемых пор по размерам, после чего образец керна с остаточной водой насыщают нефтью или изовискозной моделью нефти под вакуумом, определяют количество углеводородов в порах образца, центрифугируют образец в инвертной корзине для замещения углеводородов жидким вытесняющим агентом с разными угловыми скоростями в диапазоне от минимального числа оборотов центрифуги до числа оборотов, обеспечивающих создание остаточной нефтенасыщенности, фиксируют минимально достигнутую нефтенасыщенность при каждом значении скорости вращения ротора центрифуги в указанном диапазоне и строят капиллярную кривую пропитки, по которой путем дифференцирования площадей распределения дренируемых пор находят распределение размеров пропитанных вытесняющим агентом пор, по которому строят зависимость расчетного значения cos краевого угла смачивания в зависимости от размера пор, на полученной зависимости фиксируют точку перегиба, относительно которой ранжируют области углеводородов на удерживаемые капиллярными силами и силами адсорбции. 4 ил.

Способ регистрации электронных зон заряженной поверхности твердого металла // 2582886

Изобретение относится к области физики твердого тела и предназначено для исследования электронной структуры поверхности металлов. Образец твердого металла приводят в контакт с ионной жидкостью, подводят к ионной жидкости дополнительный электрод, задают с его помощью потенциал образца относительно электрода сравнения, через границу образца с ионной жидкостью пропускают переменный ток фиксированной амплитуды с заданной частотой, регистрируют называемую эстансом производную поверхностного натяжения твердого металла по поверхностной плотности заряда твердого металла, изменяют поверхностную плотность заряда твердого металла путем изменения потенциала образца со временем и получают таким путем осциллограммы эстанса с непрерывной разверткой потенциала в анодном направлении, а также с зигзагообразной разверткой также в анодном направлении, в интервале потенциала, пройденном зигзагообразной разверткой, находят область обратимости эстанса и в этой области на осциллограмме с непрерывной разверткой находят одну или несколько волн эстанса, найденные волны эстанса рассматривают как результат исключения электронных зон поверхности металла по мере уменьшения отрицательного заряда поверхности металла, при этом количество найденных волн эстанса считают равным количеству исключенных электронных зон поверхности металла. 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ определения смачивающей способности водных растворов пористых материалов // 2589767

Изобретение относится к области исследования смачиваемости поверхностей, применительно к различным отраслям промышленности, а также для обоснования рабочей концентрации смачивателей, используемых для тушения пожаров. Предлагаемое изобретение также относится к области измерительной техники, связанной с исследованием смачивания пористых материалов водными растворами. Способ определения смачивающей способности водными растворами твердых пористых материалов путем измерения капиллярного давления смачивания включает исследуемую пористую ткань и водный раствор поверхностно-активного вещества. При этом с целью измерения капиллярного давления измерение проводят компенсацией давления смачивания, которое возникает при соприкосновении герметичной емкости с пористым фильтром, к которой прижимают исследуемую ткань или другой пористый материал. Причем величину капиллярного давления смачивания определяют по водяному манометру, изменяя положение штока в шприце, в воздушную линию которого подключен водяной манометр, а процесс прижатия исследуемой ткани к измерительному пористому фильтру происходит за счет синхронного движения плунжеров двух шприцев, соединенных гибкой трубкой, заполненной водой. Техническим результатом является простота определения смачивающей способности водными растворами твердых пористых материалов, а также отсутствие применения специальных устройств.2 ил.

Способ моделирования движения отдельных фаз многофазного/многокомпонентного потока, проходящего через пористую среду // 2593853

Изобретение относится к способу вычисления или оценки параметров отдельных фаз многофазного/многокомпонентного потока, проходящего через пористую среду с применением трехмерного цифрового представления пористой среды и метода расчетной гидродинамики для вычисления скоростей потока, давлений, насыщений, векторов внутренней скорости и других параметров потока. В способе применяется способ ввода несмачивающих и смачивающих текучих сред в поры на впускной поверхности трехмерного цифрового представления пористой среды и новый вариант применения управления процессом для получения квазистационарного состояния потока при низких впускных концентрациях несмачивающей текучей среды. В дополнение, способ настоящего изобретения уменьшает время, требуемое в моделировании для выполнения гидродинамических вычислений. Полученные в результате значения скорости потока несмачивающей текучей среды, смачивающей текучей среды, насыщения и другие параметры используются для построения графиков кривых относительной проницаемости при вытеснении несмачивающей фазы смачивающей и дренировании. Компьютеризованные системы и программы для выполнения способа также созданы. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Капиллярно-сталагмометрический способ получения супрамолекулярных систем // 2597146

Изобретение относится к области: получение супрамолекулярных систем. Капиллярно-сталагмометрический способ получения супрамолекулярных систем, при котором беспорядочно расположенные линейные молекулы природного полимера в растворе или синтезированного полимера в расплаве капиллярный канал перестраивает и укладывает в одном направлении. При этом с целью исключения разрушающего воздействия силы тяжести на процесс формирования наноструктуры граничного слоя жидкости используется горизонтальное расположение оси капилляров, позволяющая осуществить равномерное течение, которое в свою очередь исключает разрушающее воздействие конвективных составляющих сил инерции. Техническим результатом является обеспечение возможности осуществить равномерное течение, которое в свою очередь исключает разрушающее воздействие конвективных составляющих сил инерции, исключая разрушающее действие силы тяжести на процесс формирования наноструктуры граничного слоя жидкости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ в отношении минералов и горных пород // 2599921

Изобретение относится к горной промышленности и, в частности, к способам оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) в отношении твердых тел, а именно минералов, природных углей и других горных пород. Способ оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) в отношении минералов и горных пород заключается в том, что оценивают смачивающую способность растворов по массе раствора, удерживаемого в порошке капиллярными силами, при этом смачивающие растворы подбирают с концентрацией, равной критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Частицы заливают раствором выше их поверхности, а по прошествии заданного времени раствор сливают и определяют его массу, оставшуюся в сосуде с частицами, удерживаемую капиллярными силами и отнесенную к массе частиц, при этом удерживаемую капиллярными силами массу раствора сравнивают с удерживаемой массой раствора эталонного смачивателя. Техническим результатом является повышение точности оценки смачивающей способности добавок ПАВ к воде, простота измерения и повышение производительности труда. 2 ил.

Способ демонстрации самоизоляции металла и расщепления его поверхностного заряда // 2601208

Изобретение может быть использовано для изучения поверхностных явлений. Электрод из исследуемого металла приводят в контакт с ионной жидкостью. Регистрируют эстанс (производная поверхностного натяжения твердого тела по поверхностной плотности заряда) и ток как функции потенциала электрода. Находят ступени эстанса в форме экстремума и перегибов в интервале потенциалов, где зависимость тока от потенциала не имеет ступеней. Оценивают наклон зависимости эстанс-потенциал между ступенями эстанса. Показывают превосходство абсолютного значения этого наклона над единицей, из чего делают вывод о наличии у металла изолирующего покрытия, электрострикция которого дает вклад в поверхностное натяжение твердого тела. Отсутствие изменений тока, соответствующих ступеням эстанса, объясняют расщеплением поверхностного заряда металла изолирующим покрытием на внутреннюю и внешнюю части, имеющие взаимно компенсирующие ступени, причем только внутренняя, ступенчато меняющаяся часть вызывает в изолирующем покрытии электрострикцию, создающую ступени эстанса, тогда как ток обусловлен изменением суммарного заряда, не имеющего ступеней. Изобретение обеспечивает возможность экспериментально показать связь между спонтанным образованием изолирующего покрытия на металле, свободном от окисла, и расщеплением поверхностного заряда металла на две части, разделенные этим изолирующим покрытием. 10 з.п. ф-лы, 10 ил.