Коэффициент вытеснения нефти водой по Donaldson”у

Смачиваемость влияет на образование тонких поверхностных пленок при окраске, нанесении защитных слоев.

Смачиваемость определяется методами подвижной капли, пластин Вильгелми, Амотта, USBM (метод Горного бюро США), ЯМР, относительных фазовых проницаемостей, изотермической сушки, удельной теплоты смачивания и по ОСТу, а также визуальными оптическими методами наблюдения геометрической формы капель.

Смачиваемость водой понижается с увеличением вязкости нефти, газонасыщенности, минерализации воды, содержания в воде ионов хлора, кальция, магния, брома.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Для выполнения работы необходимы:

Микроскоп с окуляром, снабженным измерительной шкалой

Тонкий стеклянный капилляр D=4.5 мм с грушей

Микрошприц с иглой

Дистиллированная вода

Трансформаторное масло

Бюксы для хранения воды и масла

Фильтровальная бумага

Цель работы- визуально определить кривизну менисков при контакте жидкой и твердой фаз и определить краевой угол смачивания на границе контакта полярной и неполярной фаз.

Перед выполнением работы необходимо изучить по паспорту конструкцию бинокулярного или монокулярного микроскопа, его технические характеристики, порядок подготовки к работе и проведению исследований.

Часть 1. Берем сухой чистый капилляр. Предварительно грушей создаем разряжение и опускаем капилляр открытым концом в дистиллированную воду. Засасываем в капилляр небольшое количество воды так, чтобы по длине капилляра образовалась протяженная капля с двумя четкими менисками на концах (рисунок 1).

Рисунок 1

Далее необходимо включить микроскоп, установить капилляр на диск-подставку так, чтобы капля находилась в центре диска. Выбрать самый короткий объектив 4/0,10, для чего повернуть револьверную головку микроскопа так, чтобы объектив оказался в центре напротив пучка света. Регулировочными винтами подвижного столика микроскопа подвести каплю к световому потоку под объектив и навести на резкость полученную картину мениска жидкости в капилляре. Для получения более контрастной картины необходимо регулировать яркость света или прикрыть диафрагму под столиком. Количественное измерение размеров микрообъектов проводят с использованием встроенной в окуляр линейной шкалы. Шкала представляет из себя 10 больших делений или 100 малых делений. Цена малого деления шкалы в абсолютных размерах зависит от типа объектива и коэффициента увеличения. В таблице 1 приведены данные по каждому типу объектива.

Таблица 1. Характеристики рабочих объективов микроскопа

Тип объектива	Маркировка объектива	Увеличение	Цена малого деления (К) шкалы микроскопа, мкм
4/0,10	Красная полоса	40	25
10/0,25	Желная полоса	100	10
40/0,65	Синяя полоса	400	2,5

Для измерения линейных размеров объекта необходимо поворотом окуляра совместить сетку шкалы с измеряемым отрезком-текущей высотой h_i сферического сегмента от линии d до линии L мениска на рис.2 и подсчитать количество малых делений шкалы N, покрывающих этот отрезок. Расчет линейных размеров h_i проводится по формуле:

h_i=K*N,

где К –цена малого деления шкалы для выбранного объектива из таблицы 1.

Для определения точной формы мениска необходимо провести 4-5 измерений высоты мениска в различных точках окружности. Данные измерений записать в таблицу 2.

Таблица 2. Измерение формы мениска сферического сегмента

N п/п	Тип объектива	Коэфф. К, мкм	Число малых делений шкалы, ед.	Высота мениска hi , мкм
1
2
3
4
5

По данным таблицы 2 полученный мениск нанести на миллиметровую бумагу с учетом выбранного масштаба.

Вариант 1

Провести расчет краевого угла смачивания, для чего: циркулем по сегменту круга с известной хордой d=2r, равной внутреннему диаметру капилляра, восстановить полную окружность. Для этого по линии «а-б» на рисунке 2 перемещаем центр окружности и подбираем радиус до тех пор, пока полученная окружность не совпадет с дугой L нашего сферического сегмента мениска. Измеряем полученный радиус R и рассчитываем отношение r/R =d/2R. С учетом геометрических построений на рисунке 2, краевой угол есть угол между радиусом кривизны R и радиусом капилляра r.

Рисунок 2

Отсюда получаем, что r/R=Cos . Определяем краевой угол смачивания  по формуле:

.

Вариант 2

Краевой угол смачивания можно определить аналитически по формуле:

,

где h – максимальная высота сферического сегмента мениска;

Сравнить полученные данные по 2-м вариантам определения угла .

По величине краевого угла в градусах сделать вывод о степени смачивания твердой поверхности.

Часть 2. Заполняем микрошприц без излы трансформаторным маслом в объеме не более 0,5 мл. Если используем иглу, то после заполнения шприца необходимо тщательно протереть иглу ватой или фильтровальной бумагой. Затем иглу микрошприца надо медленно ввести в центр водяной капли (рисунок 3) и выдавить каплю масла (неполярной фазы) с размером большим диаметра капилляра. По аналогии с первой частью далее измеряем краевой угол  на границе «вода-масло».

Рисунок 3

После расчетов заполняем таблицу 3 полученных экспериментальных данных. По окончанию эксперимента выключить микроскоп, одеть на него защитный чехол и прибраться на столе.

Таблица 3

Тип жидкости	d, мм	R, мм	Cos , доли ед. (вариант 1)	Cos , доли ед. (вариант 2)	, град (вар1.)	, град. (вар 2)
Дистил.вода
Трансформ.масло+вода

Проанализировать полученные данные таблицы и сопоставить их с теорией.

Вопросы к зачету

1. Что такое капиллярное давление?

2. Что такое олеофобность и олеофильность?

3. Методы регулирования процессов смачивания.

4. Как влияет температура на смачиваемость?

5. Что такое инверсия смачиваемости?