CN102128837A - 多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置 - Google Patents

多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置 Download PDF

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本发明公开了一种多孔介质(岩石)中流动泡沫结构图像实时采集实验装置，包括气液注入系统、泡沫渗流模拟系统、图像采集系统和产出流体分离计量系统。其中气液注入系统用于提供泡沫渗流模拟实验的流体条件；泡沫渗流模拟系统用于实现模拟泡沫渗流的多孔介质环境和模拟过程中压力数据的监测；图像采集系统用于实现泡沫渗流过程中泡沫微观结构图像的采集；产出流体分离计量系统用于实现岩石出口产出流体的自动分离和计量。针对在高压实验状态下真实岩石中渗流的泡沫，实现了泡沫微观结构的实时动态观察和图像采集。本发明实用性强，在采集图像基础上可对泡沫结构进行定量化描述，为开展泡沫在多孔介质中的微观流动研究提供了有效的工具。

Description

多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置
技术领域
本发明涉及一种石油开发领域的实验装置，特别是多孔介质(岩石)中流动泡沫结构图像采集实验装置。
背景技术
泡沫驱油是一种利用氮气、天然气或其它气体与泡沫剂混合形成泡沫作为驱油介质的驱油方法。该技术能够有效地提高原油采收率，它已逐步成为我国东部油田继聚合物驱油技术之后的又一主力提高原油采收率技术之一。然而，泡沫体系在多孔介质中的微观渗流是一个十分复杂的过程，它涉及到泡沫在在多孔介质中生成、运移、破灭、再生机理。深入地研究泡沫流体在多孔介质中渗流时泡沫形态结构变化规律具有重要的意义。
目前常用的流体在多孔介质(岩石)中渗流特征研究手段包括核磁共振成像仪(NMRI或MRI)技术、CT扫描技术、岩石驱替物理模拟和微观刻蚀模型等。
由于泡沫流体中多个气体泡沫间的液膜壁太薄，核磁共振成像仪和CT扫描技术很难将多个气体泡沫区分开，造成这两项技术在泡沫结构观察研究中的应用受到限制；岩石驱替物理模拟能够模拟高压状态下多孔介质中流动泡沫的压力和流量特征，但岩石由钢制岩石夹持器夹持，岩石内部流动泡沫结构是不可视的；微观蚀刻模型是采用光化学蚀刻技术将放大后的岩石孔喉特征光刻在玻璃等材料上，经氢氟酸蚀刻后高温烧结成型制成。在微观蚀刻模型上进行泡沫流动实验，通过显微镜可直接观察泡沫在多孔介质孔喉结构中流动时的生成、破灭、再生过程，配之以摄录机系统可观察和记录泡沫结构和运动状况。但微观蚀刻模型存在以下局限性：(1)该模型不耐高压，通常只能在常压(标准大气压或略高于标准大气压)下进行实验，不能考虑压力对泡沫结构的影响；(2)该模型属二维模型，且玻璃材料上反映的是放大后的岩石孔喉特征，不能准确反映真实岩石的多孔介质特征。
发明内容
本发明的目的是要提供一种多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置，用于认识泡沫在多孔介质渗流过程中的微观结构特征。
为实现以上目的，本发明提供的一种多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置，包括气液注入系统、泡沫渗流模拟系统、图像采集系统和产出流体分离计量系统，其中气液注入系统由微量平流泵、气体质量流量控制仪和高压气瓶组成；泡沫渗流模拟系统由多测点填砂管模型、压力传感器和六通阀组成；产出流体分离计量系统由回压控制装置、分离装置和计量装置组成。在泡沫渗流模拟系统和产出流体分离计量系统之间还连接有图像采集系统，该图像采集系统由泡沫微观结构观察窗、放大泡沫微观结构显微镜、彩色摄像头和计算机组成，其中泡沫微观结构观察窗的入口端连接泡沫渗流模拟系统的六通阀，观察窗的出口端连接产出流体分离计量系统中的回压控制装置，观察窗由两片5cm×2cm的耐压有机玻璃组成，外部由钢块结构固定，两玻璃片间的渗流通道边缘部位有金属垫片，金属垫片的厚度为20μm-200μm。
上述气体质量流量控制仪测量范围0-30mL/min，压力范围0-30MPa。
上述的多测点填砂管模型压力传感器精度为0.01MPa。
上述的观察窗由两片5cm×2cm的耐高压有机玻璃组成，压力范围0-10MPa。外部由钢块结构固定，外形尺寸10cm×10cm。两玻璃片间为渗流通道，通道厚度由边缘部位金属垫片确定，厚度范围20μm-200μm。观察窗通过六通阀与多测点填砂管的注入端、产出端及中部各个测压点相连接，观察窗的入口端还和回压控制装置相连。
上述的放大泡沫微观结构的显微镜物镜倍数为1-80×，载物台下部有背景光源，所述的彩色摄像头拍照功能像素为1200万。
本发明是在泡沫渗流模拟系统的基础上，在高压状态下将流动泡沫从填砂管模型中导出到泡沫微观结构观察窗实现泡沫结构图像的实时观察和采集。通过图像采集系统获得不同时刻以及不同岩心位置处泡沫微观结构图像，实现了高压状态下对在多孔介质(岩石)渗流过程中泡沫结构的实时动态观察和图像采集。
附图说明
图1为依据本发明所提供的多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置的示意图。
图2为本发明所提供实验装置中泡沫微观结构观察窗的顶部俯视图。
图3为本发明所提供实验装置中泡沫微观结构观察窗的纵向剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置，包括气液注入系统、泡沫渗流模拟系统、图像采集系统和产出流体分离计量系统。其中，气液注入系统包括微量平流泵1、气体质量流量控制仪2和高压气瓶3组成，微量平流泵1与起泡剂容器入口相连，起泡剂溶液出口和气体质量流量控制仪2共同与泡沫渗流模拟系统的入口相连，用于提供生成泡沫的注入条件；在泡沫渗流模拟系统中，多测点填砂管模型4用于在多孔介质(岩石)中产生流动泡沫，各测点压力传感器5连接在六通阀6上，用于采集实验过程中的各测点压力和导出各测点泡沫流体；在图像采集系统中，泡沫微观结构观察窗7由两片5cm×2cm的耐高压有机玻璃片19和耐高压有机玻璃片19/组成，玻璃片19和玻璃片19/上下为塑料垫片18和塑料垫片18/，周围为橡胶密封圈21，外部由钢块结构16和钢块结构16/通过带有标尺的螺栓14固定，钢块结构16和钢块结构16/的中部开有观察孔17和观察孔17/；有机玻璃片19和有机玻璃片19/间为渗流通道，通道厚度由边缘部位的金属垫片20确定，厚度范围为20μm-200μm，通道两端通过导管15和导管15/分别与六通阀6和产出流体分离计量系统的回压控制装置11相连，用于采集多孔介质中各测点处流出的流动泡沫，放大泡沫微观结构显微镜8和彩色摄像头9用于观测并记录流动泡沫结构，计算机10与彩色摄像头9相连，用于采集并存储泡沫微观结构图像；在产出流体分离计量系统中，回压控制装置11用于控制泡沫渗流过程的回压，分离装置12、计量装置13用于分离和计量产出流体。
本发明工作时，首先通过气液注入系统设置实验条件(气、液注入速度，回压等)，注入气体和起泡剂，在多测点填砂管模型4中逐渐生成泡沫流体，到达出口端后经过六通阀6进入泡沫微观结构观察窗7，通过放大泡沫微观结构显微镜8和彩色摄像头9观察流动泡沫结构特征，通过计算机10的屏幕预览泡沫流动状态并进行存储。实验过程中，可以通过调整六通阀6，使不同测点处泡沫流体进入泡沫微观结构观察窗7，观测填砂管不同部位泡沫结构特征。
本发明针对在高压实验状态下真实岩石中渗流的泡沫，实现了泡沫微观结构的实时动态观察和图像采集。本发明实用性强，在采集图像基础上可对泡沫结构进行定量化描述，为开展泡沫在多孔介质中的微观流动研究提供了有效的工具。

Claims (3)

1.一种多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置，包括气液注入系统、泡沫渗流模拟系统和产出流体分离计量系统，其中气液注入系统由微量平流泵、气体质量流量控制仪和高压气瓶组成；泡沫渗流模拟系统由多测点填砂管、压力传感器及六通阀构成；产出流体分离计量系统由回压控制装置、气液分离装置及计量装置组成，其特征是在泡沫渗流模拟系统和产出流体分离计量系统之间还连接有图像采集系统，该图像采集系统由泡沫微观结构观察窗、放大泡沫微观结构显微镜、彩色摄像头和计算机组成，其中泡沫微观结构观察窗的入口端连接泡沫渗流模拟系统的六通阀，观察窗的出口端连接产出流体分离计量系统中的回压控制装置，观察窗由两片5cm×2cm的耐压有机玻璃组成，外部由钢块结构固定，两玻璃片间的渗流通道边缘部位有金属垫片，金属垫片的厚度为20μm-200μm。
2.根据权利要求1所述的多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置，其特征在于，泡沫微观结构观察窗用带有标尺的固定螺栓安置于显微镜载物台上，可以自由调节位置。
3.根据权利要求1所述的多孔介质中流动泡沫结构图像实时采集实验装置，其特征在于，所说的观察窗通过六通阀与多测点填砂管的注入端、产出端及中部各个测压点相连接，观察窗的入口端还和回压控制装置相连。
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