СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА КАПЕЛЬ ЭМУЛЬСИИ
METHOD FOR DETERMINING THE DROP SIZE OF AN EMULSION

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения размера капель дисперсных сред водонефтяных эмульсий, в частности, в нефтяной промышленности, а также в других областях науки, требующих гранулометрического анализа жидких дисперсных сред. Предложенный способ определения размера капель эмульсии включает использование электронного цифрового микроскопа с увеличением в 40-400 раз, программы для работы с растровыми изображениями.
Известна система гранулометрического анализа дисперсных материалов [RU №2300753, МПК G01N 15/02, опубл. 10.06.2007], содержащая источник светового излучения, фотокамеру, нейросетевой блок и компьютер, расположенные так, что источник светового излучения направлен на исследуемый материал, отраженное излучение от которого попадает в фотокамеру, выходные сигналы которой поступают на вход нейросетевого блока, связанного с компьютером, на который выдается результат в виде информации о распределении частиц по размерам. Обучение нейросетевого блока выполняют в течение множества сеансов, в каждом из которых на вход нейросетевого блока подают сигналы с фотокамеры, соответствующие двумерному изображению определенного образца материала.
Недостатком описанного способа является невозможность применения для анализа гранулометрического состава жидких дисперсных сред, поскольку фотокамера должна работать в режиме поточной микроскопической съемки, что делает измерения крайне не надежными (из-за загрязнений оптики камеры, возможной расфокусировки и т.д.). То есть экспресс-анализ гранулометрического состава с помощью прямого фотографирования среды в поточных условиях сильно затруднен.
Известно устройство для диспергирования эмульсий и суспензий с регулированием размеров частиц дисперсных фаз [RU 2362616, МПК B01F 11/00, опубл. 27.07.2009, бюл. №21]. Устройство состоит из корпуса, выполненного в виде неравноплечей U-образной трубы, с размещенным с торца одного плеча боковым патрубком входа исходного продукта. Регулирование размером частиц дисперсной фазы достигается путем варьирования частотой и амплитудой электрических импульсов, сформированных последовательно соединенными генератором импульсов, коммутатором и катушкой зажигания. При прохождении продукта через корпус происходит его обработка заданным количеством возмущений давления.
Недостатком данного устройства является неспособность изобретения определять размер капель эмульсии. Устройство способно лишь регулировать размер эмульсии и суспензии.
Известна система гранулометрического анализа жидких дисперсных сред [RU 2626381, МПК G01N 15/02, опубл. 26.07.2017, бюл. №21], содержащая источник светового излучения, фотокамеру и нейросетевой блок, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены нормализатор концентрации, управляемый вентиль, проточная измерительная камера, дренажная система, модуль выборки признаков, блок объективного анализа, блок управления и индикатор результатов. Обучение нейросетевого блока происходит при начальной градуировке, а также в случаях, когда картина рассеяния света сильно отличается от уже известных.
Основной недостаток данного изобретения состоит в том, что есть вероятность переобучения системы при некорректной начальной градуировке, которая может привести к непредсказуемому поведению нейросети за пределами обучающей выборки и ошибочным результатам.
Наиболее близким аналогом для предлагаемого изобретения является способ определения гранулометрического состава смеси частиц произвольной формы с использованием видеотехнических средств [RU №2282176, G01N 15/02, опубл. 20.08.2006] гранулометрический состав определяется на основе снимков, полученных с помощью видеокамеры или цифрового фотоаппарата. Принцип действия основан на выполнении предварительной обработки изображения для компенсации неоднородности освещения. Для идентификации видимых частиц произвольной формы принимают множество точек, в которых яркость меньше определенного порога, либо модуль градиента превосходит модуль градиента в соседних точках, восстанавливают полностью границы частиц, заполняя пустоты между первичными границами кругами поэтапно уменьшающегося диаметра, распознают и отбрасывают каждую мелкодисперсную область. Предлагаемый способ реализуется с помощью типового устройства, представляющего собой программно-аппаратный комплекс, включающий комплект осветительных приборов, комплект видеокамер, фреймграберы для перевода видеосигнала в цифровой формат, источники освещения и промышленный компьютер для обработки получаемых от видеокамер изображений.
Недостатками известного способа являются низкая точность в следствии высокого влияния светопоглощающих и светоотражающих свойств исследуемых сред, возможность потери данных в связи с хранением в памяти компьютера или на жестком диске, необходимость в большом объеме памяти для хранения архива данных, необходимость яркого освещения в зависимости от времени суток.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по определению размера капель водонефтяной эмульсии.
2
Для решения поставленной задачи берется проба с пробоотборника в объеме 2-3 мл в пипетку, с этой пипетки на предметное стекло цифрового микроскопа, оснащенного источником света, наносится исследуемая проба, снизу подается видимый световой луч для улучшения видимости капель, фотографируется проба в 40, 100 и 400 кратном измерении, фотоснимок направляется в программу для работы с растровыми изображениями. Идентификацию дисперсной фазы в дисперсной среде проводит оператор за счет видимости капель на снимке, после чего, выделяя тонкими линиями границы, проводит оконтуривание каждой капли (должно быть оконтурено не менее 300 капель). Программа для работы с растровыми изображениями подсчитывает площадь оконтуривания в пикселях, полученные значения вносятся в таблицу Excel, где происходит перерасчет пикселей в мкм с учетом коэффициента преобразования и кратности увеличения.
По результатам выполненных измерений находят искомую закономерность между числом измеренных глобул (капель) дисперсной фазы и их диаметром (размером) в пробе. На основе полученной закономерности определяется процентное соотношение размеров частиц.
Конечными результатами дисперсионного анализа являются:
- определение распределения частиц в пробе по фактическим размерам;
- представление этого распределения в графической и табличной формах и выявление закономерностей распределения.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении точности результатов при измерении размера капель дисперсной фазы методом дисперсионного анализа через оконтуривание глобул (капель).
Данный технический результат достигается за счет применения дисперсионного анализа водонефтяных эмульсий, который проводится с использованием электронного оптического микроскопа по снимкам, полученным микрофотографированием. Диаметры глобул (капель) дисперсной фазы определяются путем вычисления значений площадей их поверхности, видимых на микрофотографиях. Площадь поверхности частиц определяется способом оконтуривания.