强凝胶强度测量仪及测量方法与流程

本发明涉及一种强度测量仪，尤其是一种用于测量强凝胶强度的测量仪及测量方法。

背景技术：
在油田的堵水调剖措施中，强凝胶的封堵性能占有重要地位。强凝胶注入地层后，其强度将受诸多因素的影响，因而地面模拟实验必不可少，进行同一强凝胶的强度变化分析以及不同强凝胶之间强度的比较分析是评价强凝胶封堵性能的重要手段。可进行强凝胶强度测量的仪器设备主要有流变仪、质构仪，但这些设备庞大、价格昂贵等因素很难随时得到使用，尤其在措施现场的携带和使用很不方便。目前，对强凝胶强度的测量方法通常采用目测代码法或落球法。目测代码评价方法是由Sydansk等人对调堵剂凝胶的强度(GelStrengthCodes简称GSC)进行目测，依据凝胶在试管垂直放置时所表现出的不同状态来确定凝胶强度。落球法是对在试管中生成的凝胶选用不同规格的钢球，将钢球从指定位置自然落下，观察钢球停留在凝胶中的位置来确定凝胶强度。这两种测量方法均是从表观现象来确定凝胶的强度，不能定量的表示，并且测量过程具有很大主观性，对凝胶强度的确定会因人而异，测量结果缺乏精度。中国专利CN2781354Y将作用力施加在冻胶上，通过测量作用力的数值测量出冻胶的强度。此测量方法能以数值表示冻胶的强度，但测量方式单一，对作用力的施加程度没有衡量标准。

技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：提供一种强凝胶强度测量仪及测量方法，以改善或克服上述现有设备存在的问题。本发明的技术解决方案是：一种强凝胶强度测量仪，所述测量仪包括支架、升降固定装置以及第一测量装置，所述支架支撑所述升降固定装置，所述第一测量装置用于测量强凝胶受挤压时的流动能力，且所述强凝胶的强度利用所测得的流动能力来表征。如上所述的强凝胶强度测量仪，其中，所述第一测量装置包括第一测量头及第一容器，所述第一测量头为圆片式测量头，包括杆状的上部连接部和圆片状的下部压接部，所述上部连接部能拆卸地固定于所述升降固定装置上，所述下部压接部用于与所述第一容器内强凝胶压接；所述第一容器包括容器主体及其底部与之相连通的水平管，且所述水平管上有刻度值。如上所述的强凝胶强度测量仪，其中，所述测量仪还包括第二测量装置，该第二测量装置包括第二测量头、第二容器和电子天平，所述第二测量头呈杆状，其上端具有连接部，以与所述升降固定装置能拆卸地固定连接，所述第二容器用于盛装强凝胶，所述电子天平用于测量强凝胶表面的破裂压力或受力变形能力。如上所述的强凝胶强度测量仪，其中，所述支架包括底座和竖杆，所述升降固定装置包括横杆与升降杆，所述横杆用可旋转的固定螺钉固定于所述支架的竖杆上，所述横杆与升降杆用升降仓固定，通过升降仓外侧的旋钮调节所述升降杆的位置；所述升降杆底部带有接头，用于与所述第一或第二测量头上端能拆卸地连接。如上所述的强凝胶强度测量仪，其中，所述升降杆上设有刻度值。本发明还提出一种强凝胶强度测量方法，其中，所述方法包括测量强凝胶受挤压时的流动能力来表征强凝胶的强度值。如上所述的强凝胶强度测量方法，其中，当作用力施加在强凝胶上时，通过测量强凝胶的水平流动距离表征出强凝胶的强度值。如上所述的强凝胶强度测量方法，其中，所述方法利用一流动能力测量装置来实现，所述流动能力测量装置包括测量头及压力量杯，所述测量头包括杆状的上部连接部和圆盘状的下部压接部，所述上部连接部能拆卸地固定于升降固定装置上，所述下部压接部用于与所述压力量杯内的强凝胶压接；所述压力量杯包括容器主体及其底部与之相连通的水平管，所述水平管上有刻度值；所述方法包括：将强凝胶装入压力量杯中；调节测量装置，使测量头刚好接触于强凝胶表面，记录此时升降杆的刻度值；调节升降旋钮，向下移动测量头，当升降杆达到预定刻度值时，停止下移升降杆，并读取强凝胶在压力量杯水平管内到达的刻度值。如上所述的强凝胶强度测量方法，其中，所述测量方法还包括测量强凝胶表面的破裂压力，以此来表征凝胶强度。如上所述的强凝胶强度测量方法，其中，所述方法还包括：对于韧性较好的强凝胶，通过测量强凝胶受力变形的能力，以表征其强度。本发明的第一测量装置用于测量强凝胶受挤压时的流动能力，并以此来表征该强凝胶的强度。本发明的一较佳实施例主要由支架、升降杆、测量头、压力量杯、电子天平组成，支架上的横杆用可旋转固定螺钉固定于支架的竖杆上；升降杆顶部标有刻度值，横杆与升降杆用升降仓固定，通过升降旋钮调节升降杆的位置并可在升降仓的顶部读取其位置刻度值；升降杆底部带有接头，可与测量头的顶部进行螺纹连接；电子天平可放置于支架的底座上，压力量杯放置于电子天平上或直接置于支架的底座上。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.结构简单、操作方便。2.本仪器的测量方式具有较大的灵活性，可根据需要进行不同组件的组合。3.升降杆带有刻度值，可以较精确定位测量头下降的位置。4.利用本发明的测量仪和测量方法，可以进行强凝胶受不同压力时的流动能力测量，相同流动情况下的压力值测量以及强凝胶表面的破裂压力值测量等。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1为本发明的强凝胶强度测量仪的一具体实施例的结构示意图。图2为采用本发明的强凝胶强度测量仪的实施例2所获得的X剂用量对某胶体系强度的影响示意图。图3为采用本发明的强凝胶强度测量仪的实施例2所获得的加热时间对某胶体强度的影响的示意图。具体实施方式本发明提出一种强凝胶强度测量仪，所述测量仪包括支架、升降固定装置以及第一测量装置，所述支架支撑所述升降固定装置，所述第一测量装置用于测量强凝胶受挤压时的流动能力，且所述强凝胶的强度利用所测得的流动能力来表示。较佳地，第一测量装置包括第一测量头及第一容器，所述第一测量头包括杆状的上部连接部和圆盘状的下部压接部，所述上部连接部能拆卸地固定于所述升降固定装置上，所述下部压接部用于与所述第一容器内强凝胶压接；所述第一容器包括容器主体及其底部与之相连通的水平管，且所述水平管上有刻度值。下面配合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。如图1所示，本发明主要包括支架11、升降杆4、测量头8A、8B、压力量杯9A、9B及电子天平10组成。其中测量头8A为杆式测量头，可用于使凝胶表面受力破裂(成孔)；测量头8B为圆片式测量头，可用于对凝胶实施挤压。压力量杯9A为圆柱形透明容器；压力量杯9B为透明容器，其底部柱面上带有一根水平刻度管，强凝胶在受压时可流入管中。支架11上的横杆2用可旋转固定螺钉3固定于支架11的竖杆1上；升降杆4顶部标有刻度值，横杆2与升降杆4可用升降仓5固定，通过升降旋钮6调节升降杆4的位置，并可在升降仓5的顶部读取其位置刻度值；升降杆5底部带有接头7，可与测量头8A或8B顶部进行螺纹连接；电子天平10用于测量强凝胶表面的破裂压力或受力变形能力，其可放置于支架底座(图中未标示)上，压力量杯9A或9B放置于电子天平10上或直接置于支架底座上，该测量仪的组成结构见图1。对于本实施例中的各具体组件，本领域的技术人员完全可以根据具体的需要在现有技术中选择对应结构的组件，此处不再一一赘述。利用本发明的上述测量仪，可以借由多种方式实现强凝胶相对强度的测量，以下举例说明，但本领域的技术人员可以了解，下述具体实施方式仅为了便于理解本发明而做出，并非用于限制本发明，亦即本领域的技术人员可以采用现有技术中的其他结构来替代其中的局部结构，在此不再一一说明。实施例1：将强凝胶装入压力量杯9B中。将测量头8B与升降杆4连接，将压力量杯9B放在支架11的底座上，然后调节支架11的位置，调节横杆2到适当位置，再使用升降旋钮6调节升降杆4的位置，使测量头8B刚好接触于强凝胶表面，记录此时升降杆的刻度值。强凝胶强度的测量可通过测量强凝胶受挤压时在水平刻度管中的流动能力来表征。调节升降旋钮6，向下移动测量头8B，当升降杆4达到预定刻度值时，停止下移升降杆4，并读取强凝胶在压力量杯9B水平管内到达的刻度值。由于强凝胶具有一定的强度，当作用力施加在其上时可通过测量强凝胶在水平管中的流动距离来表征强凝胶的强度。实施例2：按照调堵剂配方的要求，在压力量杯9A内生成强凝胶。将测量头8A与升降杆4连接，将压力量杯9A放在电子天平10上，然后调节支架11与电子天平10的位置，调节横杆2到适当位置，再使用升降旋钮6调节升降杆4的位置，使测量头8A刚好接触于强凝胶表面，将天平读数归零。强凝胶强度的测量可通过测量强凝胶表面的破裂(成孔)压力来表征。调节升降旋钮6，向下移动测量头8A，当强凝胶表面出现破裂(成孔)时立即读取电子天平10上的数据，并停止下移测量头8A。调整测量头8A与强凝胶表面的接触点，再重复测量4次。计算5次测量的平均值，从而得出强凝胶的强度值。实施例3：将测量头8A与升降杆4连接，将压力量杯9A放在电子天平10上，然后调节支架11与电子天平10的位置，调节横杆2到适当位置，再使用升降旋钮6调节升降杆4的位置，使测量头8A刚好接触于强凝胶表面，将天平读数归零。对于韧性较好的强凝胶，其强度的测量可通过测量强凝胶受力变形的能力来表征。调节升降旋钮6，向下移动测量头8A，当升降杆4达到预定刻度值时，停止下移升降杆4，并读取电子天平10上的数据。调整测量头8A与强凝胶表面的接触点，再重复测量4次。计算5次测量的平均值，从而得出强凝胶的强度值。尽管本领域的技术人员根据上述描述已可充分了解本发明的测量仪以及对应的测量方法，但为了便于更透彻的理解对应的技术方案，下面以实施例1为例举例说明利用该测量仪测量某强凝胶体系强度的测量方法，需要说明的是，本发明并不保护具体的强凝胶体系，因此，以下说明并不限定具体凝胶及其成分，本领域的技术人员完全可以根据需要适当变化，以利用本发明的测量仪获取所需结果。测试例一：某强凝胶(体系)研发过程中，实验筛选X剂(亦即稳定剂)浓度。考虑到X剂的用量可能会影响胶体的成胶时间、胶体强度等指标，从而在一定范围内调节X剂的浓度，定期观测植物胶的变化。选择A剂和B剂(A剂亦称为主剂，B剂亦称为增强剂)的质量比为1∶3体系，两者总质量浓度为2％，分别加入X剂质量浓度为0.2％、0.3％、0.5％、1％、2％和5％，溶液均为蒸馏水。待胶体均成胶后，于第10天开始测量强凝胶受挤压时在水平刻度管中的流动程度。预定升降杆每次的下降刻度为5，记录达到此预设刻度时胶体在水平管中的流动距离，X剂用量对某胶体系强度的影响请参见图2。由图2可以看出，当X剂用量减小至0.2％时，体系强度有所降低；当其浓度由0.3％增至5％时，体系强度改变很小。同时，虽然在胶体的生产过程中增加X剂用量可使其成胶速度略有加快，但过多的X剂会导致胶体变脆、韧性降低。从而，在强度基本不受影响的情况下，不宜提高X剂用量，选择体系X剂浓度为0.3％。需要说明的是，该实施例中，由于将水平管与压力量杯的连接处设为0值，沿着水平管方向等刻度-1、-2、-3……，由于离0越远代表胶体的流动能力越好、强度也就越弱，因此，本测试例中强度坐标为负值，以便操作和理解。测试例二：某胶体制备工艺中，温度对其强度的影响。将某胶体(可与前一测试例相同)在100℃水浴中分别加热30min、60min、90min和120min，加热时间对某胶体强度的影响参见图3所示。由图3可以看出，在100℃水浴中，随着加热时间的延长，胶体强度逐渐增强。当加热时间为90min左右时，产品成胶后的强度达到最大值；若继续升高温度，其强度反而开始下降。综上所述。本发明的强凝胶强度测量仪结构简单、操作方便，且可以减少人为误差、提高精确度，利用该测量仪及测量法能够实现强凝胶强度的准确定量，使强度数据更加科学、强度比较更加合理。虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。