微观尺度两相流体运移控制及可视化的实验装置及方法

本发明涉及微流控，尤其涉及一种微观尺度两相流体运移控制及可视化的实验装置及方法。

背景技术：

1、随着油气资源开发的不断深入，油气田开发的热点与难点问题逐渐由常规油气的开发转变为老油田提高采收率和非常规油气高效开发等方面。受孔隙尺度的限制，常规实验方法难以直观呈现出原油在微纳尺度通道中的流动行为，而依靠常规实验方法建立的油气渗流理论也大多基于连续介质假设，只适用于常规油气藏的开发初期。对于微尺度效应显著的非常规油气藏和油水界面作用显著的高含水老油藏，常规实验手段很难为认识油气渗流通道内部流动规律提供参考。

2、在油气藏高效开发难度日益加大的背景下，旨在直观认识岩心内部渗流机理的核磁共振、ct扫描、微观可视化等实验手段的不断发展和深化应用，能更直观地了解油气渗流机理，从而为油气藏高效开发提供有效理论支撑。微流控技术能够在微米尺度空间对流体进行操控，将生物、化学等实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米的模型上，承载这一功能的微流控模型又可成为芯片实验室。

3、在油气田开发领域，微流控模型多以微观多孔模型出现，以模拟储层微观多孔渗流通道。微观多孔模型是一种基于微流体加工技术的人造准二维多孔结构，具有一定刻蚀深度的二维多孔结构图案，与上下底面共同围成孔隙空间，而未刻蚀区域则成为多孔结构的固相区域。微观多孔结构模型至少需要一侧底面透光，因而可以直接采用光学成像方法对准二维多孔结构中的多相流动过程进行可视化研究。

4、常规微观可视化实验装置存在以下几个缺点：①可视化成像结果分辨率低、成像时间长，无法生成动态高精度图像序列，在实时重视岩石内部油水两相运移过程和动态运移特征分析方面存在不足；②微流控模型多为规则均一的多孔介质模型，其孔隙喉道形态及分布与岩心真实情况差距较大，这对利用微观驱替实验结果指导油气田现场开发实践产生了一定的阻碍；③成本昂贵，国内外实验装置需要上百万，装置占地面积广，维护成本较高；④实验操作复杂且实验周期较长，因此利用常规微流控实验装置开展系统科学研究，操作成本和经济成本均较高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的实施例提供了一种微观尺度两相流体运移控制及可视化的实验装置，旨在解决现有微观可视化实验装置存在的操作复杂、可视化参数低的问题。

2、本发明的实施例提供一种微观尺度两相流体运移控制及可视化的实验装置，包括：

3、微流控芯片，包括相对设置的进口端和出口端，所述微流芯片的中部为多孔流通区域，用于模拟储层岩石孔隙吼道分布，所述进口端和所述出口端分别连接有第四三通阀和第五三通阀，所述第四三通阀和所述第五三通阀中分别安装有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第四三通阀通过管道连接有第三三通阀；

4、第一注射结构，包括相连接的第一注射泵和第一注射器，所述第一注射器的端口通过第一三通阀分别连通第一相流体集液烧杯和所述第三三通阀；

5、第二注射结构，包括相连接的第二注射泵和第二注射器，所述第二注射器的端口通过第二三通阀分别连通第二相液体集液烧杯和所述第三三通阀；

6、流体控制器，分别与所述第一注射泵和所述第二注射泵连接，用于控制所述第一注射泵和所述第二注射泵的开启与关闭；

7、观测装置，包括观测平台、ccd观测相机和显微镜，所述微流控芯片安装于所述观测平台的中部，所述显微镜固定在所述观测平台上，所述观测平台上安装有调节结构，所述ccd观测相机通过所述调节结构设于所述显微镜的上方，并对准所述微流控芯片，以调整所述ccd观测相机的位置和角度；

8、压力控制器，所述压力控制器分别与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器电连接，以获取所述进口端和所述出口端的流动压力数据；以及，

9、数据处理系统，分别与所述压力控制器、所述ccd观测相机、所述显微镜和所述流体控制器通信连接，以分别接受来自所述压力接收器、ccd观测相机、显微镜、所述流体控制器的图像、压力及流量信息，所述数据处理系统还向所述流体控制器输入流体注入信息。

10、进一步地，所述调节结构包括底座、上下调节机构、左右调节机构和前后调节机构，所述上下调节机构设于所述底座上，所述前后调节机构安装于所述上下调节机构上，所述左右调节机构安装于所述前后调节机构上，其中，所述上下调节机构驱动所述前后调节机构和所述左右调节机构沿上下方向移动，所述前后调节机构驱动所述左右调节机构沿前后向移动，所述左右调节机构沿上下向分别间隔安装有ccd观测相机和芯片台，所述芯片台用于固定所述微流控芯片，所述芯片台与所述左右调节机构之间通过旋转调节机构连接，以调节所述芯片台的角度。

11、进一步地，所述上下调节机构包括竖直固定于所述底座上的两个调节杆、及沿上下方向间隔设置的上调节块和下调节块，所述上调节块和所述下调节块上贯设有两个通孔分别套设于两个所述调节杆上，所述上调节块和所述下调节块的侧壁上分别对应其中一通孔设有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔内安装有第一松紧旋钮，所述第一锁紧旋钮的端部与所述调节杆相抵接；

12、所述前后调节机构包括第一前后调节块和第二前后调节块，所述上调节块和所述下调节块的前侧分别设有方孔，上侧分别设有与所述方孔连通的第二螺纹孔，所述第一前后调节块和所述第二前后调节块分别插入两个所述方孔内，所述第二螺纹孔内安装有第二松紧旋钮，所述第二松紧旋钮的端部分别与所述第一前后调节块和所述第二前后调节块相抵接；

13、所述左右调节机构包括u型固定框、左右滑块、滑杆、螺纹杆、调节旋钮，所述u型固定框固定在所述第一前后调节块上，所述滑杆和所述螺纹杆沿左右向贯穿至所述u型固定框内，所述左右滑块上设有滑孔和螺纹孔分别套设在所述滑杆和所述螺纹杆上，所述调节旋钮固定在所述螺纹杆的端部，所述左右滑块的前侧还固定有一u型固定框，所述u型固定框内贯穿设有滑杆和双向螺纹杆，所述滑杆和双向螺纹杆上套设有两个夹板，且双向螺纹杆外安装有松紧扳手来转动，以调节两个所述夹板夹紧所述ccd观测相机；

14、所述旋转调节机构包括转轴和旋转调节块，所述转轴固定在所述第二前后调节块上，所述旋转调节块的圆心处设有圆孔，所述圆孔套设在所述转轴上，所述旋转调节块的侧壁上设有与所述圆孔连通的第三螺纹孔，所述第三螺纹孔内安装有第三松紧旋钮，所述第三松紧旋钮的端部与所述转轴相抵接。

15、进一步地，所述多孔流通区域包括下层蚀刻层和上覆盖层叠加形成。

16、进一步地，所述第一三通阀与所述第三三通阀之间、所述第二三通阀与所述第三三通阀之间、所述第三三通阀与所述第四三通阀之间、所述第一三通阀与所述第一相流体集液烧杯之间、所述第二三通阀与所述第二相流体集液烧杯之间、所述第四三通阀与所述进口端之间、所述第五三通阀与所述出口端之间均通过聚醚醚酮管连接。

17、进一步地，所述第五三通阀还通过聚醚醚酮管连通有废液烧杯。

18、进一步地，所述第一注射泵和所述第一注射器通过第一安装架固定，所述第一安装架固定在所述第一注射泵的顶端，所述第二注射泵和所述第二注射器通过所述第二安装架固定，所述第二安装架固定在所述第二注射泵的顶端。

19、本发明还提供一种微观尺度两相流体运移控制及可视化的实验方法，应用如上所述的微观尺度两相相流运移控制及可视化的实验装置，包括如下步骤：

20、s1，打开所述第一三通阀，连通所述第一注射器和所述第一相流体集液烧杯；

21、s2，打开所述第二三通阀，连通所述第二注射器和所述第二相流体集液烧杯；

22、s3，所述第一注射器和所述第二注射器抽取液体；

23、s4，关闭所述第二三通阀，并打开所述第三三通阀，调整所述第一三通阀8，以连通所述第三三通阀和所述第一注射器；

24、s5，打开所述第四三通阀和所述第五三通阀的所有通道，并打开所述压力控制器；

25、s6，在所述流体控制器内输入流体注入参数，以使所述第一注射泵推动所述第一注射器向所述微流控芯片持续注入第一相流体，直到第一相流体饱和；

26、s7，开启所述ccd观测相机，观测第一相流体在所述微流控芯片内的流动情况，并将图像数据实时传输至所述数据处理系统，基于像素分析方法，当第一相流体饱和度≥95％后，在所述流体控制器内停止所述第一注射泵注入，并关闭所述第一三通阀的所有通道，调整所述第三三通阀，以连通所述第二三通阀和所述第四三通阀；

27、s8，在所述流体控制器内输入流体注入参数，以使所述第二注射泵推动所述第二注射器向所述微流控芯片持续注入第二相流体，以推动所述第一相流体在管线中流动；

28、s9，当所述第一相流体和所述第二相流体的交界面推进至所述第四三通阀时，所述第一压力传感器接收到来自不同于单一相流体的压力，从而将此压力异常传输至所述数据处理系统，开始记录所述第一压力传感器和所述第二压力传感的压力数据；

29、s10，开启所述显微镜，记录所述第一相流体和所述第二相流体在所述微流控芯片中的运移特征；

30、s11，当所述第一相流体和所述第二相流体的交界面流入所述进口端时，所述ccd观测相机开始实时记录微流控芯片内流体运移过程，所述显微镜开始记录所述微流控芯片局部区域的运移特征，并将生成的高精度图像系列传输至所述数据处理系统，直至所述第二相流体突破所述微流控芯片，此时所述流体控制器停止注入；

31、s12，所述ccd观测相机、所述显微镜、所述压力控制器均停止记录，并关闭所述第三三通阀。

32、本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的微观尺度两相流体运移控制及可视化的实验装置中通过流体控制器连接和控制第一注射泵和第二注射泵，从而将流体注入信息传输至数据处理系统，第一注射器和第二注射器分别从第一相流体集液烧杯和第二相流体集液烧杯中抽取第一相流体和第二相流体，第一压力传感器将所测进口端流动压力数据传输至压力控制器，所述第二压力传感器将出口端流动压力数据传输至压力控制器，所述压力控制器将压力数据传输至数据处理系统。

33、本装置可通过ccd观测相机及显微镜同时实现高精度可视化动态成像及区域高分辨率静态图像分析，在实时重现岩石内部两相流体运移过程和动态运移特征分析方面弥补了常规微流控实验的不足，该结构具有动态高精度成像、模拟实际岩心工况的优点。