一种岩样Zeta电位、激电信号及渗透率多参数测量平台

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
1.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：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.目前，现有的电学和结构学测量平台存在的缺陷是：
7.1、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。
8.2、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。


技术实现要素：

9.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；
10.供水装置，用于持续不断提供测试溶液；
11.zeta电位测量系统，用于测量样品zeta电位；
12.激电测量系统，用于测量样品激电信号；
13.渗透率测量系统，用于测量样品渗透率；
14.所述样品夹持装置分别与供水装置、zeta电位测量系统、激电测量系统和渗透率测量系统连接。
15.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。
16.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。
17.进一步地，所述样品夹持装置和供水装置通过导管连接。
18.进一步地，所述zeta电位测量系统包括：压力传感器和灵敏电压表。
19.进一步地，所述激电测量系统包括：激电仪。
20.进一步地，所述渗透率测量系统包括：量筒和秒表。
21.进一步地，所述样品夹持装置和zeta电位测量系统通过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。
22.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：
23.1、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。
24.2、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。
25.3、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
26.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
27.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。
28.图2是本发明实施例中样品夹持装置结构图。
29.图3是本发明实施例中测量的样品表面zeta电位示例图。
30.图4是本发明实施例中测量的激电信号示例图。
31.图5是本发明实施例中测量的样品渗透率示例图。
32.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
33.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。
34.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。
35.一种岩样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电位测量系统、激电测量系统和渗透率测量系统，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电位测量系统，用于测量样品zeta电位；激电测量系统，用于测量样品激电信号；渗透率测量系统，用于测量样品渗透率。
36.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。
37.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。
38.所述zeta电位测量系统包括：压力传感器19和灵敏电压表20。本实施例中的激电测量系统为激电仪21，所述渗透率测量系统包括：量筒22和秒表23。所述样品夹持装置和zeta电位测量系统通过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。
39.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。
40.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。
41.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。
42.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”。
43.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。
44.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。
45.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。