一种Zeta电位测定方法及系统与流程

本申请涉及流体物理性质测量技术领域，特别涉及一种Zeta电位测定方法及系统。

背景技术：

Zeta电位(Zeta potential)，又叫电动电位或电动电势，是指剪切面的电位。其是表征胶体分散系稳定性的重要指标。zeta电位的主要用途之一就是研究胶体与电解质的相互作用。由于许多胶质，特别是那些通过离子表面活性剂达到稳定的胶质是带电的，它们以复杂的方式与电解质产生作用。与它表面电荷极性相反的电荷离子(抗衡离子)会与之吸附，而同样电荷的离子(共离子)会被排斥。因此，表面附近的离子浓度与溶液中与表面有一定距离的主体浓度是不同的。靠近表面的抗衡离子的积聚屏蔽了表面电荷，因而降低了zeta电位。

现有的Zeta电位测定方法中，通常是测量液体、固体等物质的Zeta电位，用于评价或预测微粒分散体系的物理稳定性，一般Zeta电位绝对值越高，其粒子间的静电斥力也就越大，物理稳定性也就越好。

在油田生产领域中，认识清楚多孔介质内油、水、岩石多界面体系的微观作用机理，是查清岩石-油-水组成的复杂多相体系的相互作用和输运与传质过程、研究原油可动性及有效提高石油采收率的方法的前提，是界面与胶体化学及油层物理与渗流领域的研究难点，目前尚缺乏有效的描述方法和机理认识。因此，开展多孔介质内油、水、岩石多界面体系微观作用机理及应用研究具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种Zeta电位测定方法及系统，以实现对多孔介质内油、水、岩石多界面对应的Zeta电位。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种Zeta电位测定方法及系统是这样实现的：

一种Zeta电位测定系统，包括：电位仪和结果分析单元；

所述电位仪，用于测量样品溶液的Zeta电位；

所述电位仪包括：光学单元、面板、状态指示灯、样品池开启按钮、样品池区、样品池架和至少一个样品池；所述光学单元，用于观察所述样品池样品溶液的微粒；所述面板用于包裹所述电位仪；所述状态指示灯，用于显示所述电位仪的工作状态；所述样品池区是一带盖子的容器，用于放置所述样品池；所述样品池开启按钮，用于控制所述样品池区的盖子的开启；所述样品池架用于放置闲置的样品池；所述样品池用于放置样品溶液；

所述结果分析单元，用于对所述电位仪的测量结果进行分析，得到界面分析结果。

优选方案中，所述光学单元具有预设的光学放大倍率。

优选方案中，所述光学单元采用蓝光或绿光。

一种Zeta电位测定方法，包括：

获取两种物质界面的岩石末梢粉末，利用多种配置溶液和所述岩石末梢粉末配置多种测定溶液；

分别获取所述测定溶液中的预设容量的样品，利用电位仪分别测量所述多种样品得到与所述测定溶液对应的电位值；

根据所述多种测定溶液对应的电位值，确定与所述配置溶液对应的所述两种物质界面的可分离程度。

优选方案中，所述利用多种配置溶液和岩石末梢粉末配置多种测定溶液，包括：

取若干份10毫克所述岩石末梢粉末，分别取10毫升多种配置溶液；

分别将一份岩石末梢粉末与一种配置溶液充分混合；

将所述混合后的溶液静止放置预设时间间隔，得到测定溶液。

优选方案中，所述多种配置溶液包括下述配置溶液中的至少两种：第一质量百分含量或第二质量百分含量的氯化钠溶液、第一质量百分含量或第二质量百分含量的氯化钙溶液、第一质量百分含量或第二质量百分含量的氯化镁溶液。

优选方案中，所述第一质量百分含量与所述第二质量百分含量不同；所述第一质量百分含量活第二质量百分含量的取值为：5％、1％或0.1％。

优选方案中，所述获取所述测定溶液中的预设容量的样品具体包括：利用针管取所述测定溶液中界面处1毫升的溶液作为样品。

优选方案中，所述根据多种测定溶液对应的电位值，确定与所述配置溶液对应的所述两种物质界面的可分离程度，具体包括：配置溶液对应的电位值的负值越大，与该配置溶液对应的所述两种物质界面的可分离程度越强。

优选方案中，所述预设时间间隔为：大于或等于2天。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例提供的Zeta电位测定方法和系统，可以测得不同浓度的不同溶液配制的两种物质界面对应的测定溶液的Zeta电位。通过Zeta电位的电位值，可以确定与所述配置溶液对应的所述两种物质界面的可分离程度。以实现对多孔介质内油、水、岩石多界面对应的Zeta电位，通过调节配制溶液中的离子组成和离子浓度，可以物质表面的电荷，进而改变两种物质之间作用力，以实现两种物质的分离。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请Zeta电位测定系统一个实施例的组成结构图；

图2是本申请实施例中电位仪的结构示意图；

图3是本申请Zeta电位测定方法一个实施例的流程图；

图4是本申请实施例中水-原油界面的利用不同测定溶液测量获得的Zeta电位；

图5是本申请实施例中水-岩石界面的利用不同测定溶液测量获得的Zeta电位。

具体实施方式

本申请实施例提供一种Zeta电位测定方法及系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1是本申请Zeta电位测定系统一个实施例的组成结构图。参照图1，所述Zeta电位测定系统可以包括：电位仪100和结果分析单元200。

所述电位仪100，可以用于测量样品溶液的Zeta电位。

图2是本申请实施例中电位仪的结构示意图。参照图2，所述电位仪100可以包括：光学单元101、面板102、状态指示灯103、样品池开启按钮104、样品池区105、样品池架106和至少一个样品池107。

所述光学单元101，可以用于观察所述样品池107中样品的微粒。所述光学单元101可以具有预设的光学放大倍率。所述光学单元101可以采用蓝光或绿光。

所述面板102用于包裹所述电位仪100。

所述状态指示灯103，可以用于显示所述电位仪100的工作状态。例如，当所述状态指示灯103为黄色常亮时，可以表示所述电位仪100处于待机状态；当所述状态显示灯103为黄色闪烁时，可以表示所述电位仪100处于运行状态；当所述状态显示灯103不亮时，可以表示所述电位仪100未接通电源。

所述样品池区105可以是一带盖子的容器。所述样品池区105，可以用于放置所述样品池107。

所述样品池开启按钮104，可以用于控制所述样品池区105的盖子的开启。例如，按下所述样品池开启按钮104后，所述样品池区105的盖子可以开启。

所述样品池架106可以用于放置闲置的样品池107。

所述样品池107，可以用于放置样品溶液。

所述样品溶液可以是不同物质界面处的样品溶液。例如，可以是油-岩石界面处的样品溶液，也可以是水-岩石界面处的样品溶液。

所述结果分析单元200，可以用于对所述电位仪100的测量结果进行分析，得到界面分析结果。例如，可以获取所述电位仪对不同浓度或不同物质的溶液对应的电位值来进行分析，得到界面分离情况的分析结果。

在一个实施方式中，所述电位仪可以采用英国马尔文仪器公司生产的Malvern Nano ZSZEN3600Zeta电位仪。该电位仪可以用于测量物质的粒度、Zeta电位和分子量。其用于测量Zeta电位的主要参数包括：最大样品电导率为200毫西门子每厘米(mS/cm)，最大样品浓度为40％质量百分浓度(w/v)，最小样品量为150微升(μl)，物质粒径范围为3.8纳米(nm)～100微米(μm)。

本申请实施例还提供一种Zeta电位测定方法。

图3是本申请Zeta电位测定方法一个实施例的流程图。参照图3。所述Zeta电位测定方法可以包括以下步骤。

S301：获取两种物质界面的岩石末梢粉末，利用多种配置溶液和所述岩石末梢粉末配置多种测定溶液。

所述两种物质界面的岩石末梢粉末可以采用下述方式获取：取经两种物质浸润的岩石，从所述岩石上挂去岩石末梢粉末。所述两种物质界面可以是水-原油界面，或者，水-岩石界面，或者原油-岩石界面。

所述利用多种配置溶液和岩石末梢粉末配置多种测定溶液，具体可以包括：取若干份10毫克所述岩石末梢粉末，分别取10毫升多种配置溶液；分别将一份岩石末梢粉末与一种配置溶液充分混合；将所述混合后的溶液静止放置预设时间间隔，得到测定溶液。

所述预设时间间隔可以为：大于或等于2天。

所述多种配置溶液可以包括下述配置溶液中的至少两种：第一质量百分含量或第二质量百分含量的氯化钠溶液、第一质量百分含量或第二质量百分含量的氯化钙溶液、第一质量百分含量或第二质量百分含量的氯化镁溶液。所述第一质量百分含量与所述第二质量百分含量不同。所述第一质量百分含量活第二质量百分含量的取值可以为：5％、1％或0.1％。

S302：分别获取所述测定溶液中的预设容量的样品，利用电位仪分别测量所述多种样品得到与所述测定溶液对应的电位值。

所述获取所述测定溶液中的预设容量的样品具体包括：利用针管取所述测定溶液中界面处1毫升的溶液作为样品。

可以利用本申请Zeta电位测定系统实施例中的电位仪对所述样品进行电位测量，得到与所述测定溶液对应的电位值。

S303：根据所述多种测定溶液对应的电位值，确定与所述配置溶液对应的所述两种物质界面的可分离程度。

所述根据多种测定溶液对应的电位值，确定与所述配置溶液对应的所述两种物质界面的可分离程度，具体包括：配置溶液对应的电位值的负值越大，与该配置溶液对应的所述两种物质界面的可分离程度越强。所述与所述配置溶液对应的所述两种物质界面的可分离程度可以用于表征经过该配置溶液浸润后，所述两种物质界面的可分离程度。

图4是本申请实施例中水-原油界面的利用不同测定溶液测量获得的Zeta电位。

图4中显示了水-原油界面的岩石末梢粉末经过质量百分含量分别为5％、1％和0.1％的氯化钠(NaCl)溶液、氯化钙(CaCl₂)溶液、氯化镁(MgCl₂)溶液配置后测定得到的Zeta电位。图4中，质量分数为5％的NaCl、CaCl₂、MgCl₂溶液在水-原油界面的电位分别为：-19.8mV(毫伏)，-19.4mV，-18.1mV；质量分数为1％的NaCl、CaCl₂、MgCl₂溶液在水-原油界面的电位分别为：-12.9mV，-3.9mV，-4.1mV；质量分数为0.1％的NaCl、CaCl₂、MgCl₂溶液在水-原油界面的电位分别为：-11.2mV，0.9mV，-3.6mV。可见，随着溶液离子浓度的降低，NaCl、CaCl₂、MgCl₂溶液在水-原油界面的电位负值均有增加的趋势，这会导致双电层膨胀，油膜更易从岩石表面剥落，从而提高原油和水的分离程度。

图5是本申请实施例中水-岩石界面的利用不同测定溶液测量获得的Zeta电位。

图5中显示了水-岩石界面的岩石末梢粉末经过质量百分含量分别为5％、1％和0.1％的NaCl溶液、CaCl₂溶液、MgCl₂溶液配置后测定得到的Zeta电位。图5中，随着溶液离子浓度的降低，NaCl、CaCl₂、MgCl₂溶液在水-岩石界面的电位负值均有增加的趋势，可以提高岩石和水的分离程度。同时，在离子浓度相同的条件下，NaCl溶液的Zeta电位负值最大，CaCl₂和MgCl₂溶液的Zeta电位相近，均小于NaCl溶液。可见，溶液中的Na离子可以产生很强的负电流，而Ca离子和Mg离子产生的负电流较弱。

通过本申请实施例提供的Zeta电位测定方法和系统，可以测得不同浓度的不同溶液配制的两种物质界面对应的测定溶液的Zeta电位。通过Zeta电位的电位值，可以确定与所述配置溶液对应的所述两种物质界面的可分离程度。以实现对多孔介质内油、水、岩石多界面对应的Zeta电位，通过调节配制溶液中的离子组成和离子浓度，可以物质表面的电荷，进而改变两种物质之间作用力，以实现两种物质的分离。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片2。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL (Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware Description Language)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(Ruby Hardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。该计算机软件产品可以包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。该计算机软件产品可以存储在内存中，内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括短暂电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。