Аппаратура

Рис. 4.10. Сталагмометр [45]

Основной частью прибора (рис. 4.14) является микрометр 1, обеспечивающий фиксированное перемещение поршня 3 в цилиндрическом стеклянном корпусе медицинского шприца 4. Шток поршня 3 соединен с пружиной 2, благодаря чему исключается его самопроизвольное перемещение. Микрометр со шприцом укреплены с помощью скобы 14 и втулки 13, которая может свободно передвигаться по стойке штатива 11 и фиксироваться на любой ее высоте винтом 12. На наконечник шприца надета игла 10, которая плотно входит в капилляр 9. При вращении микровинта 1 пружина 2, сжимаясь, давит на шток поршня 3, который, перемещаясь в корпусе шприца, заполненного исследуемой жидкостью, выдавливает ее из кончика капилляра 9 в виде капли 6 в другую жидкость. При достижении критического объема капли отрываются, всплывают и образуют слой 5.

Поскольку величина межфазного поверхностного натяжения зависит от температуры соприкасающихся фаз, сталагмометр помещен в термостатирующий шкаф. Воздух в термостате циркулирует при помощи вентилятора. В целях безопасности нагреватель помещен в защитный кожух.

Проведение испытания

Устанавливается температура в термостате, равная 30 °С. Шприц заполняется нефтью и закрепляется с помощью скобы 14 на штативе (рис. 4.10). В стаканчик до метки наливается дистиллированная вода и в нее помещается загнутый капилляр, который с помощью медицинской иглы 10 надевается на шприц 4. Поверхность капилляра должна быть обезжирена хромовой смесью (концентрированная серная кислота + хромовокислый калий). Записывается число делений лимба микрометра 1 и включается в сеть электродвигатель, который приводит во вращение микровинт, сообщающий поршню поступательное движение. Поршень шприца 4 начинает медленно перемещаться, вытесняя тем самым нефть из капилляра. В связи с этим на кончике капилляра формируется капля, которая при достижении критического объема, отрывается от капилляра и всплывает на поверхность воды. В момент отрыва капли необходимо отключить электродвигатель от электросети и записать число делений лимба микрометра. Высчитывается объем выдавливаемой капли в делениях лимба микровинта. Проводится не менее 10 подобных замеров и берется среднее значение объема капли V, по которому вычисляется величина поверхностного натяжения на границе нефть – дистиллированная вода.

Величина межфазного поверхностного натяжения нефти на границе с водой рассчитывается по формуле:

, (4.11)

где σ – среднее значение межфазного поверхностного натяжения, мН/м; К – постоянная капилляра, (мН/м)/(кг/м³); V – среднеарифметическая величина объема выдавливаемой капли, в делениях лимба микровинта; ρ_в – плотность воды, кг/м³; ρ_н – плотность нефти, кг/м³.

Исследование проводится при температурах 20, 30, 40, 50, 60 °С.

По полученным данным эксперимента строится график зависимости величины межфазного поверхностного натяжения на границе нефть-вода от температуры.

Обработка результатов

Известны плотности:

• пластовой воды – 1013 кг/м³;

• дегазированной нефти – 864 кг/м³;

• октана (ρ_о) – 713 кг/м³;

• дистиллированной воды (ρ_в) – 1000 кг/м³.

По результатам сталагмометрического метода объем всплывшей капли октана равен 65, нефти – 76.

Определяем постоянную K капилляра по формуле (4.10):

Рассчитываем коэффициент поверхностного натяжения на границе нефть–пластовая вода по формуле (4.11):