CN102410978A - 多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种多功能（介质可变）多相流相对渗透率与饱和度曲线测定及流型观测实验装置。主要包话：图像采集系统、流速控制系统及人工平面多孔介质模型。图像采集系统由CCD照相机、计算机、监视器、照明灯组成；计时系统置于计算机内；流速控制系统由两台同型号蠕动泵、液体收集器、若干阀门及相应控制程序组成。人工平面多孔介质模型由三层钢制框架、两层有机玻璃板组成。两层有机玻璃板与钢制框架接触处设有密封橡胶圈，最顶层与最底层刚制框架由螺栓相连并固定。中间一层钢制框架左、右端进、出口处设有滤网。本发明的优点和效果在于设计新颖，结构简单，功能多，主要解决以往实验装置在测定多孔介质相对渗透率与饱和度曲线时，无法观测流型、难以实现数字化的问题。

Description

多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置
技术领域
本发明涉及一种多孔介质多相流曲线测定及流型观测的实验装置，特别是多功能的多孔介质多相流相对渗透率与饱和度曲线测定及流型观测的实验装置，属于地下水探测技术领域。
技术背景
多孔介质是指含有大量孔隙的固体。也就是说，是指固体材料中含有孔隙、微裂缝等各种类型毛细管体系的介质。多孔介质多相流是指以多孔介质为固相，其它相可以是气相或者液相的流动过程，例如，对于非饱和多孔介质渗流过程，通常是多孔介质为固相，水为液相，空气为气相的多孔介质多相渗流过程。相对渗透率是指在两种不可混溶流体同时通过多孔介质的流动过程中，一相流体在其某一饱和度下的渗透率与多孔介质固有的绝对渗透率的比值。多孔介质多相流相对渗透率与饱和度曲线（以下简称相对渗透率曲线）是指某一流体在不同饱和度下与该流体的相对渗透率关系。相对渗透率曲线是多相渗流的一个重要特性，是油田开发、地下水污染冶理中的重要关系曲线。在多孔介质多相流的流动过程中，其流型表现形式通常与多孔介质、流体自身特性有关，因此其表现形式是多种多样的。如何在实验室内有效控制与流型表现形式相关的特性以及观测是十分重要的问题，解决该问题可以更客观地了解多孔介质多相流动的机理。目前，国内外在多孔介质多相流相对渗透率与饱和度曲线关系研究领域，开展了较多机理方面研究，部分实验研究只针对特定介质。因此，开发一种多功能的多孔介质多相流相对渗透率与饱和度曲线测定及流型观测的实验装置具有重大的现实意义。
发明内容
本发明目的是针对现有技术不足，提供一种设计新颖，结构简单，功能多，数字化测定多孔介质多相流相对渗透率与饱和度曲线及流型观测的一种多功能实验装置。
本发明的技术方案是：
一种多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，包括图像采集系统、流速控制系统以及多功能人工平面多孔介质模型，其中：
图像采集系统，用于采集多功能人工平面多孔介质模型的流型并存储；
流速控制系统，用于控制供给多功能人工平面多孔介质模型中液相和/或气相的注入速率比；
多功能人工平面多孔介质模型，用于向图像采集系统提供流型采集状态，并通过导流管与流速控制系统相连。
所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，所述多功能人工平面多孔介质模型，包括两层有机玻璃板以及压设于该两层有机玻璃板之间的缺口钢制框架，所述钢制框架的中间呈缺口设置，且钢制框架的中间缺口与前述两层有机玻璃板围接而成的腔体内密封充填多孔介质；所述腔体分别开设与导流管连接的流体进口和流体出口。
所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，所述两层有机玻璃板外侧设置钢制框架，通过紧固装置将钢制框架、有机玻璃板以及中间缺口钢制框架三者固定连接。
所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，所述紧固装置为螺栓或者螺钉。
所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，缺口钢制框架厚度1~2cm，进口和出口半径为0.5cm。
所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，图像采集系统包括CCD照相机、计算机、监视器、照明灯，CCD照相机与计算机、监视器相连，照明灯被安置在多功能人工平面多孔介质模型上方和下方。
所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，流速控制系统包括通过液相和/或气相储备箱将不同液体或者气体分别供给多功能人工平面多孔介质模型的蠕动泵，蠕动泵与多功能人工平面多孔介质模型之间分别设置阀门。
所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，多功能人工平面多孔介质模型的进口和出口端分别设置一号测压管和二号测压管，二号测压管的一端与多功能人工平面多孔介质模型的出口端之间设置阀门，二号测压管另一端与收集器相连。
所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，所述储备箱（9，10）中分别储备油和水，所述油和/或水中添加颜色指示剂。
本发明的有益效果是：在流速控制系统启动后，计算机内部计时系统同时启动，图像采集系统开启准备采集状态，实现了较好的数字化信息采集和图像采集；多功能人工平面多孔介质模型两层有机玻璃板的设计，以保证图像采集系统观测流型及观测方便；本实验装置流速控制系统中使用的是恒流量泵，通过设定蠕动泵转速可以保证恒定的流量注入多功能人工平面多孔介质模型；本发明进一步的技术方案是有一种有机溶剂苏丹红3号将油染成红色，以便区别水和油的流型；本发明进一步的技术方案是多功能人工平面多孔介质模型组合形式多样，可填充多种多孔介质，例如，多孔介质可以是原状土、砂，可以是人工的，也可是自然相对规则的介质。
附图说明
图1为本发明多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置的结构示意图；
图2为本发明实验装置中多功能人工平面多孔介质模型的侧视图；
图3为本发明实验装置中多功能人工平面多孔介质模型的俯视图。
图中：1，多功能人工平面多孔介质模型；2，CCD照相机；3，计算机；4，监视器；5，收集器；6，照明灯；7，8，蠕动泵；9，储油箱；10，储水箱；11，12，13，16，阀门；14，一号测压管；15，二号测压管；17，紧固装置；18，钢制框架；19，有机玻璃板；20，缺口钢制框架。
具体实施方式
现结合附图对本发明技术方案进一步阐述。
图1本发明由多功能人工平面多孔介质模型1、CCD照相机2、计算机3、监视器4、收集器5、两台同型号泵头的蠕动泵7、8。储油箱9、储水箱10分别通过两台蠕动泵为多功能人工平面多孔介质模型提供油、水。在两台蠕动泵与多功能人工平面多孔介质模型之间，分别设有阀门11，12，13、16。为测定多功能人工平面多孔介质模型的水头，分别在多功能人工平面多孔介质模型的进口和出口安装测压管14、15，以对应地测出多功能人工平面多孔介质模型的进口压力和出口压力。
 图2是多功能人工平面多孔介质模型侧视图。多功能人工平面多孔介质模型，包括三层钢制框架18、两层有机玻璃板19，钢制框架的中间层为缺口钢制框架20，有机玻璃板19分别设置在缺口钢制框架20两侧框架间隙内，钢制框架与有机玻璃接触处设有密封装置，最顶层与最底层钢制框架通过紧固装置17相连，中间缺口钢制框架两侧分别设置与导流管连接的进口和出口。所述紧固装置17为螺栓或者螺钉。
 图3是多功能人工平面多孔介质模型俯视图。在18处，为多功能人工平面多孔介质模型钢制框架。三层钢制框架和两层有机玻璃板通过紧固装置17固定，测压管分别由14、15处的三通管相联，在测压管15后面设置阀门16。
 实施时，先将多功能人工平面多孔介质模型1填入介质并密封，然后同时开启两台蠕动泵7、8，打开阀门11，12，13，油和水分别由储备箱9、10提供给两台蠕动泵7、8，油和水进经导流管进入多功能人工平面多孔介质模型1，再开启阀门16，通过CCD照相机2及监视器4观测流型，水头压力由多功能人工平面多孔介质模型两侧的测压管14、15测定。为保证采集图像质量，通过照明灯6照射多功能人工平面多孔介质模型。
以多功能人工平面多孔介质模型的多孔介质被水饱和为例，水和被有机溶剂苏丹红3号染成红色的油，分别由流速控制系统中的两台蠕动泵同时提供给多功能人工平面多孔介质模型。实施初期，由蠕动泵分别控制油和水的注入速率，保证一定的注入速率比值，油的注入速率由小到大，同时，水的注入速率相应地由大到小改变。由于油和水的注入速率的不同，在多功能人工平面多孔介质模型中所占比例也不同，即饱和度不同。在不同油和水注入速率比条件下，多功能人工平面多孔介质模型两侧的测压管水头稳定时，图像采集系统采集图像并存储在计算机中。不同注入速率比的条件下，相对渗透率可由推广的达西定律得出，多功能人工平面多孔介质模型中水的饱和度可由流速控制系统中蠕动泵供给量及液体收集器收集量相减得出，据此完成相对渗透率与饱和度曲线的测定及流型的观测。

Claims (9)

1.一种多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，其特征在于：包括图像采集系统、流速控制系统以及多功能人工平面多孔介质模型，其中：
图像采集系统，用于采集多功能人工平面多孔介质模型（1）的流型并存储；
流速控制系统，用于控制供给多功能人工平面多孔介质模型（1）中液相和/或气相的注入速率比；
多功能人工平面多孔介质模型（1），用于向图像采集系统提供流型采集状态，并通过导流管与流速控制系统相连。
2.根据权利要求1所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，其特征在于：所述多功能人工平面多孔介质模型，包括两层有机玻璃板（19）以及压设于该两层有机玻璃板之间的缺口钢制框架（20），所述钢制框架的中间呈缺口设置，且钢制框架的中间缺口与前述两层有机玻璃板围接而成的腔体内密封充填多孔介质；所述腔体分别开设与导流管连接的流体进口和流体出口。
3.根据权利要求2所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，其特征在于：所述两层有机玻璃板（19）外侧设置钢制框架（18），通过紧固装置（17）将钢制框架（18）、有机玻璃板（19）以及中间缺口钢制框架（20）三者固定连接。
4.根据权利要求2所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，其特征在于：所述紧固装置（17）为螺栓或者螺钉。
5.根据权利要求3所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，其特征在于：缺口钢制框架厚度1~2cm，进口和出口半径为0.5cm。
6.根据权利要求3所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，其特征在于：图像采集系统包括CCD照相机（2）、计算机（3）、监视器（4）、照明灯（6），CCD照相机与计算机、监视器相连，照明灯被安置在多功能人工平面多孔介质模型（1）上方和下方。
7.根据权利要求3所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，其特征在于：流速控制系统包括通过液相和/或气相储备箱（9，10）将不同液体或者气体分别供给多功能人工平面多孔介质模型（1）的蠕动泵（7，8），蠕动泵与多功能人工平面多孔介质模型之间分别设置阀门（11，13）。
8.根据权利要求3所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，其特征在于：多功能人工平面多孔介质模型（1）的进口和出口端分别设置一号测压管（14）和二号测压管（15），二号测压管（15）的一端与多功能人工平面多孔介质模型的出口端之间设置阀门（16），二号测压管（15）另一端与收集器（5）相连。
9.根据权利要求7所述多孔介质多相流曲线测定及流型观测实验装置，其特征在于：所述储备箱（9，10）中分别储备油和水，所述油和/或水中添加颜色指示剂。
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