一种模拟多孔介质内部流动的微槽道模型的制作方法

本发明涉及一种模拟多孔介质内部流动的微槽道模型，尤其涉及一种模拟岩心内部复杂孔隙结构的微槽道模型。

背景技术：

在低渗透油藏中，岩石孔隙很小而且结构复杂，如何获得岩心内部的复杂流动细节对深入了解岩心内部渗流规律和提高油田开采效率具有重要意义。目前关于测量岩心渗流能力的方法主要是常规岩心渗透率测量方法，即将岩心放入高压岩心流动实验仪夹持器中，在压缩泵的作用下使盐水从岩心下端挤入，上端流出，通过测量岩心两端的压差和通过岩心的流量可以计算出渗透率的大小。但该方法只能给出岩心的整体流通能力，无法得到岩心内部的流动细节和微观流动机理。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种模拟多孔介质内部流动的微槽道模型,通过微槽道内交错排列的微柱阵列模拟岩心内部复杂孔隙结构，将流体注入到带有微柱阵列的微槽道中可以模拟岩心多孔介质内部的流动规律，并能实现可视化测量。

本发明的技术方案如下：

一种模拟多孔介质内部流动的微槽道模型，其特征在于：该模型包括硅片基底，以及刻蚀在硅片基底上的入口、入口腔、入口段、微槽道、微柱阵列、测量段、出口腔和出口；微柱阵列设置在微槽道；所述的微槽道的上游通过入口段与入口腔相连，微槽道的下游通过测量段与出口腔相连；所述的微柱阵列是由多个微柱交错排列而成，微柱的高度与微槽道的深度相同；在硅片基底的顶部设有玻璃盖板，该玻璃盖板与微槽道和硅片基底实现密封连接。

优选地，所述的槽道深度为20-80微米。每个微柱的截面为正方形，微柱的边长范围为10-50微米，微柱间距范围为2-10微米。

优选地，入口段和测量段的宽度相同，为微槽道宽度的2-3倍，其深度与微槽道的深度相同。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：①通过在微槽道内部设置微柱阵列，并可通过改变微柱的大小、形状和排列方式，模拟岩心内部复杂孔隙结构，同时还可以通过微槽道模型上方的玻璃盖板实现微槽道内部流动流动细节的可视化测量。②该模型可通过在硅片上刻蚀形成，通过控制刻蚀时间可以加工不同深度的微槽道，制备方法简单，密封效果好。

附图说明

图1为一种模拟岩心多孔介质内部流动的微槽道模型。

图2为图1的a-a剖面图。

图3为微柱阵列实施例的结构示意图。

图中：1－入口；2－入口腔；3－入口段；4－微槽道；5－微柱阵列；6－测量段；7－出口腔；8－出口；9－基底；10-玻璃盖板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体结构、原理和工作过程作详细说明。

图1为模拟岩心多孔介质内部流动的微槽道模型，该模型包括硅片基底9、入口1、入口腔3、入口段3、微槽道4、微柱阵列5、测量段6、出口腔7、出口8及玻璃盖板10；所述的微柱阵列5是由多个微柱交错排列而成；所述的微槽道4的上游通过入口段3与入口腔2相连，微槽道4的下游通过测量段6与出口腔7相连；微柱的高度与微槽道的深度相同；在硅片基底的顶部设有玻璃盖板10，玻璃盖板10与基底9利用阳极键合的方法实现密封和连接。

本发明所述的微槽道模型中，入口段3和测量段6的宽度相同，其宽度为微槽道宽度的2-3倍，其深度与微槽道4的深度相同。

如图3所示，微柱阵列5由多个截面为正方形的微柱组成，微柱呈交错排列方式，正方形微柱的边长范围一般为10-50微米，微柱间距范围为2-10微米，微槽道的深度范围为20-80微米，通过设计带有不同边长和间距的微柱阵列可以模拟不同类型的岩心结构。

微槽道模型的制备方法是先利用光刻和离子刻蚀的方法在硅片上刻蚀出入口腔2、入口段3、微槽道4、微柱阵列5、测量段6及出口腔7，然后在硅片背面利用体硅腐蚀的方法在入口腔2和出口腔7内分别做出两个通孔作为入口1和出口8，最后用阳极键合的方法实现玻璃盖板10和硅片基底9的密封和微槽道的封装。(如图2所示)。

本发明的测量过程如下：

将待测液体通过量筒或压缩泵注入到微槽道模型中，流体经过入口段3和带有微柱阵列5的微槽道4中流入测量段6，通过记录不同时刻测量段内的液面位置可以得到某一驱动压力下流经微槽道的流量。如果在流体中加入示踪粒子，通过记录不同时刻记录示踪粒子在微柱阵列5间隙中的位置得到流体的速度分布。

技术特征：

技术总结
一种模拟多孔介质内部流动的微槽道模型，具体涉及模拟岩心内部复杂孔隙结构的微槽道模型。该模型包括硅片基底，以及刻蚀在硅片基底上的入口、入口腔、入口段、微槽道、测量段、出口腔和出口；在微槽道内设有多个呈交错排列的微柱，多个微柱形成微柱阵列，微柱的高度与微槽道的深度相同；在硅片基底的顶部设有玻璃盖板，该玻璃盖板与微槽道和硅片基底实现密封连接。通过在微槽道内部设置微柱阵列，并可通过改变微柱的大小、形状和排列方式，可真实的模拟岩心内部复杂孔隙结构，同时还可以通过微槽道模型上方的玻璃盖板实现微槽道内部流动细节的可视化测量。

技术研发人员：郝鹏飞;李佳琦;谢斌;黄波;王荣;高叶
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2016.12.16
技术公布日：2017.08.11