一种测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置及方法，属于高分子微球材料表征【技术领域】。该装置包括微量泵、阀门、中间容器、过滤器、压力传感器、第一毛细管连接器、第二毛细管连接器、等径毛细管、产液收集器、计算机、三维视频显微镜、热水循环加热器和恒温循环水浴。利用该装置能够测定孔喉尺度弹性微球在等径毛细管中弹性变形运移时的最大截面形变量和引起的附加流动阻力，实现不同温度和矿化度条件下孔喉尺度弹性微球弹性模量的准确测量。本发明装置结构简单、操作方便，是一种实用的测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置及方法。
【专利说明】一种测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置及方法，属于高分子微球材料表征【技术领域】。
【背景技术】
[0002]孔喉尺度弹性微球深部调驱技术是21世纪初发展起来的一种具有广阔应用前景的新型提高采收率技术，其主要原理是针对油藏岩石的纳微米级孔喉尺寸特征，合成与之匹配的孔喉尺度弹性微球，孔喉尺度弹性微球依靠自身的弹性，通过在岩石多孔介质运移过程中的“封堵、流体分流一变形、恢复、运移一深部封堵、流体分流”机制，在高渗透带不断地封堵和运移，直达油层深部，从而提高油层深部剩余油富集区的波及体积和驱油效率，大幅度提高原油的采收率。
[0003]在孔喉尺度弹性微球调驱过程中，孔喉尺度弹性微球的弹性是一个非常重要的参数，它直接关系到孔喉尺度弹性微球在岩石多孔介质中的变形运移能力和深部封堵能力。因此，研究孔喉尺度弹性微球的弹性，对于全面认识孔喉尺度弹性微球深部调驱机理，制定合理的现场施工方案具有重要的意义。
[0004]孔喉尺度弹性微球的弹性用孔喉尺度弹性微球的弹性模量来衡量。目前，材料弹性模量的测定方法包括静态法和动态法，具体如下:
[0005](1)静态法是指在试样上施加一恒定的弯曲应力，测定其弹性弯曲挠度，或是在试样上施加一恒定的拉伸(或压缩)应力，测定其弹性变形量；或根据应力和应变计算弹性模量。该方法不能反映材料内部结构的变化，不能测量不同温度下的弹性模量，而且准确度低，测试结果波动大。
[0006](2)动态法可分为声速法、声频共振法、脉冲激振法。
[0007]a)声速法:通过测试超声波或声波在试样中的传播时间及试样长度得到纵向或横向传播速率，然后计算得到材料的弹性模量。这种方法所用激发器结构复杂、换能器转变温度低且价格昂贵，因此，普遍应用受到限制。
[0008]b)声频共振法:指声频发生器发送声频电信号，由换能器转换为振动信号驱动试样，再由换能器接收并转换为电信号，分析此信号与发生器信号在示波器上形成的图形，得出试样的固有频率，然后计算得到材料的弹性模量。该方法所用激发器结构复杂，必要时激发器需要与试样表面耦合，操作不方便；可能存在多个李萨如图形，易误判；该方法不方便用于高温测试。
[0009]c)脉冲激振法:通过合适的外力给定试样脉冲激振信号，当激振信号中的某一频率与试样的固有频率相一致时，产生共振，此时振幅最大，延时最长，这个波通过测试探针或测量话筒的传递转换成电讯号送入仪器，测出试样的固有频率，然后计算得到材料的弹性模量。但是在实际测量时，往往会出现几个共振峰，致使真假难分，尤其在高温条件下测量时，因试样的机械品质下降，真假共振峰更难区别。
【发明内容】
[0010]针对现有技术的上述缺点，本发明提供一种测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置及方法，该装置及方法通过测定孔喉尺度弹性微球在等径毛细管中弹性变形运移时的最大截面形变量和引起的附加流动阻力，实现不同温度和矿化度条件下孔喉尺度弹性微球弹性模量的准确测量，从而全面认识孔喉尺度弹性微球深部调驱机理，也为制定合理的现场施工方案提供重要的基础参数。
[0011]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0012]一种测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置，包括微量泵、阀门、中间容器、过滤器、压力传感器、第一毛细管连接器、第二毛细管连接器、等径毛细管、产液收集器、计算机、三维视频显微镜、热水循环加热器和恒温循环水浴，微量泵通过管线和阀门依次与中间容器、过滤器、压力传感器、第一毛细管连接器、第二毛细管连接器和产液收集器相连；第一毛细管连接器和第二毛细管连接器之间连接有等径毛细管，连接处用聚酰亚胺密封树脂进行密封；压力传感器通过第一数据线与计算机相连；三维视频显微镜置于第一毛细管连接器和第二毛细管连接器和等径毛细管的上方，三维视频显微镜通过第二数据线与计算机相连；热水循环加热器置于第一毛细管连接器、第二毛细管连接器和等径毛细管的下面，热水循环加热器上设置有进水管和出水管与恒温循环水浴相连。
[0013]上述微量泵流速的可调范围为0.001?1200mL/h;中间容器用于存放待测样品；第一毛细管连接器和第二毛细管连接器的长度为10.0mm,外径为2.00±0.50mm,内径为0.250±0.050mm ;等径毛细管的长度为5.0mm,外径为0.250±0.010mm,内径为
0.025±0.003mm ;压力传感器的测量精度为0.0OlkPa，采集频率为5次/s ;与三维视频显微镜配套的图像采集分析软件用以录像和对长度进行测量，录像速度上限为360帧/s，长度测量精度为0.001 μ m ;恒温循环水浴能控制第一毛细管连接器、第二毛细管连接器和等径毛细管中流体的温度。
[0014]利用上述装置测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的方法，该方法包括以下步骤:
[0015](1)利用三维视频显微镜的长度测量功能测量等径毛细管的内径d。
[0016](2)用矿化度为Cs的NaCl溶液配制质量浓度为c的孔喉尺度弹性微球悬浮液，并置于中间容器中。
[0017](3)设定恒温循环水浴温度t和平流泵流速V，驱替中间容器中的孔喉尺度弹性微球悬浮液，经过滤器、压力传感器进入毛细管连接器和等径毛细管中。
[0018](4)利用三维视频显微镜的录像功能记录单个孔喉尺度弹性微球流经毛细管连接器和等径毛细管过程中的微观动态图像。
[0019](5)与步骤(4)同时，利用压力传感器记录步骤(4)所述的单个孔喉尺度弹性微球流经毛细管连接器和等径毛细管过程中，毛细管连接器两端的最大压力降ΛΡ。
[0020](6)利用三维视频显微镜的长度测量功能测量步骤(4)所述的单个孔喉尺度弹性微球的原始直径D。
[0021](7)当孔喉尺度弹性微球的直径D大于等径毛细管的内径d时，孔喉尺度弹性微球在等径毛细管的入口处堵塞，产生附加流动阻力，当注入压力升高到一定值时，孔喉尺度弹性微球发生弹性变形，逐渐进入等径毛细管中；当孔喉尺度弹性微球完全进入等径毛细管中时，孔喉尺度弹性微球的弹性变形率达到最大值，此时的附加流动阻力也达到最大值。根据胡克定律，APm表示为:
[0022]Δ Pm = Ε.ε (1)
[0023]式中:ΛΡπ为孔喉尺度弹性微球完全进入等径毛细管中时所产生的附加流动阻力，kPa ；E为孔喉尺度弹性微球的弹性模量，kPa ； ε为孔喉尺度弹性微球的最大弹性变形率，无因次。
[0024]孔喉尺度弹性微球的最大弹性变形率用孔喉尺度弹性微球的最大截面形变率来描述，即:
【权利要求】
1.一种测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置，其特征在于:包括微量泵、阀门、中间容器、过滤器、压力传感器、第一毛细管连接器、第二毛细管连接器、等径毛细管、产液收集器、计算机、三维视频显微镜、热水循环加热器和恒温循环水浴，所述微量泵通过管线和阀门依次与中间容器、过滤器、压力传感器、第一毛细管连接器、第二毛细管连接器和产液收集器相连；所述第一毛细管连接器和第二毛细管连接器之间连接有等径毛细管，连接处用聚酰亚胺密封树脂进行密封；所述压力传感器通过第一数据线与计算机相连；所述三维视频显微镜置于第一毛细管连接器和第二毛细管连接器和等径毛细管的上方，所述三维视频显微镜通过第二数据线与计算机相连；所述热水循环加热器置于第一毛细管连接器、第二毛细管连接器和等径毛细管的下面，所述热水循环加热器上设置有进水管和出水管与恒温循环水浴相连。
2.根据权利要求1所述的一种测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置，其特征在于:所述微量泵流速的可调范围为0.001~1200mL/h ;所述中间容器用于存放待测样品；所述第一毛细管连接器和第二毛细管连接器的长度为10.0mm,外径为2.00±0.50mm,内径为0.250±0.050mm ;所述等径毛细管的长度为5.0mm，外径为0.250±0.010mm,内径为0.025±0.003mm ;所述压力传感器的测量精度为0.0OlkPa，采集频率为5次/s ;所述三维视频显微镜内配套设置有图像采集分析软件用以录像和对长度进行测量，录像速度上限为360帧/s，长度测量精度为0.001 μ m ;所述恒温循环水浴能控制第一毛细管连接器、第二毛细管连接器和等径毛细管中流体的温度。
3.根据权利要求1所述的一种测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的装置，其特征在于:利用上述装置测量孔喉尺度弹性微球弹性模量的方法包括以下步骤:(1)利用三维视频显微镜的长度测量功能测量等径毛细管的内径d；(2)用矿化度为Cs的NaCl溶液配制质量浓度为c的孔喉尺度弹性微球悬浮液，并置于中间容器中；(3)设定恒温循环水浴温度t和平流泵流速V，驱替中间容器中的孔喉尺度弹性微球悬浮液，经过滤器、压力传感器进入毛细管连接器和等径毛细管中；(4)利用三维视频显微镜的录像功能记录单个孔喉尺度弹性微球流经毛细管连接器和等径毛细管过程中的微观动态图像；(5)与步骤(4)同时，利用压力传感器记录步骤(4)所述的单个孔喉尺度弹性微球流经毛细管连接器和等径毛细管过程中，毛细管连接器两端的最大压力降ΛΡ ;(6)利用三维视频显微镜的长度测量功能测量步骤(4)所述的单个孔喉尺度弹性微球的原始直径D;(7)当孔喉尺度弹性微球的直径D大于等径毛细管的内径d时，孔喉尺度弹性微球在等径毛细管的入口处堵塞，产生附加流动阻力，当注入压力升高到一定值时，孔喉尺度弹性微球发生弹性变形，逐渐进入等径毛细管中；当孔喉尺度弹性微球完全进入等径毛细管中时，孔喉尺度弹性微球的弹性变形率达到最大值，此时的附加流动阻力也达到最大值；根据胡克定律，APm表示为:APm = E.ε (1)式中:ΛΡΠ为孔喉尺度弹性微球完全进入等径毛细管中时所产生的附加流动阻力，kPa ；E为孔喉尺度弹性微球的弹性模量，kPa ； ε为孔喉尺度弹性微球的最大弹性变形率，无因次；孔喉尺度弹性微球的最大弹性变形率用孔喉尺度弹性微球的最大截面形变率来描述，即:
【文档编号】G01N3/12GK103674721SQ201310674277
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】姚传进, 雷光伦, 程明明 申请人:中国石油大学(华东)