CN105628119B - 用于毛细管束中的微流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于毛细管束中的微流量测量装置，包括硫酸铜置换容器、毛细管束模型、石英晶体微天平和电化学工作站。硫酸铜置换容器中充满有硫酸铜饱和溶液；硫酸铜置换容器具有流入端和流出端。毛细管束模型与硫酸铜置换容器的流入端连接。石英晶体微天平具有流动池，硫酸铜置换容器位于流动池上方，通过重力的作用，被驱替出来的硫酸铜饱和溶液从流出端进入到流动池内进行测量。石英晶体微天平通过第一数据线与计算机相连；电化学工作站分别通过第二数据线和第三数据线与石英晶体微天平及计算机相连。本发明能实现微流量的准确测量，测量重现性高，且占用空间小，操作简单。

Description

用于毛细管束中的微流量测量装置

技术领域

本发明是关于一种微流量测量装置，尤其涉及一种用于毛细管束中的微流量测量装置。

背景技术

化学驱油剂是广泛应用于石油开采过程中用以提高原油采收率的助剂。随着中高渗油藏可采储量的减少，低渗透油藏的开发越来越引起人们的重视，国内外已开发出多种化学驱油剂用于提高低渗透油藏的原油采收率，如表面活性剂、活性水、纳米液等。目前，实验室内评价化学驱油剂驱油性能的模型主要是岩心物理模型，其获得的驱油效率相对较为准确，但是，利用这种模型进行驱油剂性能评价存在一定问题，例如被驱出液体的质量(体积)流量是通过量筒或电子天平测定，该方法不仅测量精度低，数据误差较大，且无法重复测定。这就可能会导致由此计算得到的洗油效率、波及能力、提高采收率等数据与实际有所偏差。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于毛细管束中的微流量测量装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于毛细管束中的微流量测量装置，实现微流量的准确测量，测量重现性高。

本发明的目的是这样实现的，一种用于毛细管束中的微流量测量装置，所述微流量测量装置包括：

硫酸铜置换容器，所述硫酸铜置换容器中充满有硫酸铜饱和溶液；所述硫酸铜置换容器具有流入端和流出端；

毛细管束模型，所述毛细管束模型与所述硫酸铜置换容器的流入端连接；

石英晶体微天平，所述石英晶体微天平具有流动池，所述硫酸铜置换容器位于所述流动池上方；所述石英晶体微天平通过第一数据线与计算机相连；

电化学工作站，所述电化学工作站分别通过第二数据线和第三数据线与所述石英晶体微天平及所述计算机相连。

在本发明的一较佳实施方式中，所述硫酸铜置换容器包括一玻璃容器，所述玻璃容器的上端开口处密封有一橡皮塞，所述橡皮塞上设有一通孔；所述玻璃容器的下端设有与其内部连通的第一毛细管；所述通孔形成所述流入端，所述第一毛细管形成所述流出端。

在本发明的一较佳实施方式中，所述毛细管束模型包括一玻璃片，所述玻璃片的一侧设有由平行排列的多个毛细管组成的毛细管束；所述玻璃片的前端设有一前端毛细管；所述玻璃片的后端设有一末端毛细管，所述末端毛细管与所述硫酸铜置换容器的流入端相连；所述前端毛细管、末端毛细管和毛细管束之间相互连通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述玻璃片上刻蚀有多条平行的第一凹槽，所述毛细管束中的每根毛细管分别固定在对应的一个第一凹槽内，所述玻璃片上在所述第一凹槽的两端分别刻蚀有与所述第一凹槽垂直的连通槽，所述玻璃片对应所述前端毛细管和所述末端毛细管的位置分别刻蚀有第二凹槽，所述前端毛细管和所述末端毛细管分别固定在对应的所述第二凹槽内，且所述前端毛细管和所述末端毛细管分别通过所述连通槽与所述毛细管束连通。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一毛细管的内径为10μm，所述第一毛细管的长度为2cm。

在本发明的一较佳实施方式中，所述毛细管束中的毛细管的内径为2μm-25μm；所述前端毛细管和所述末端毛细管的内径均为500μm。

在本发明的一较佳实施方式中，所述流动池中设有能容纳液体的池体，所述池体的上方设有盖子，所述盖子上设有能插入所述流出端的透孔。

在本发明的一较佳实施方式中，所述石英晶体微天平的流动池内设有石英晶体，所述石英晶体与一频率计数器电连接。

由上所述，本发明的微流量测量装置从毛细管束中被驱出的液体首先进入盛满饱和硫酸铜溶液的置换容器，被置换出的硫酸铜溶液进入石英晶体微天平的流动池，在由电化学工作站提供的吸附电压的作用下，硫酸铜溶液的铜离子吸附于工作电极上，吸附铜离子的质量可通过石英晶体微天平的频率变化表征，进而根据硫酸铜溶液的浓度可推算出驱替流体的流量，实现微流量的准确测量，测量下限可达到10^-8ml/min，测量重现性高。解决了常规岩心物模实验中流量测量精度低、重现性差的问题，且占用空间小，操作简单。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明微流量测量装置的连接关系示意图。

图2：为图1中石英晶体微天平与硫酸铜置换容器的局部连接示意图。

图3：为本发明中硫酸铜置换容器的结构示意图。

图4：为本发明中毛细管束模型的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本发明提供了一种用于毛细管束中的微流量测量装置，包括硫酸铜置换容器5、毛细管束模型、石英晶体微天平和电化学工作站6。其中硫酸铜置换容器5中充满有硫酸铜饱和溶液；硫酸铜置换容器5具有流入端和流出端。毛细管束模型与硫酸铜置换容器5的流入端连接。石英晶体微天平具有流动池，流动池用于容纳被驱替出来的硫酸铜饱和溶液。硫酸铜置换容器5位于流动池上方，通过重力的作用，被驱替出来的硫酸铜饱和溶液从流出端进入到流动池内进行测量。石英晶体微天平通过第一数据线11与计算机7相连；电化学工作站6分别通过第二数据线和第三数据线10与石英晶体微天平及计算机7相连，其中，该第二数据线包括数据线8和数据线9。该微流量测量装置的测量过程为从毛细管束中被驱出的液体(如驱油剂)首先进入盛满饱和硫酸铜溶液的置换容器，被置换出的硫酸铜溶液进入石英晶体微天平的流动池，在由电化学工作站6提供的吸附电压的作用下，硫酸铜溶液的铜离子吸附于工作电极上，吸附铜离子的质量可通过石英晶体微天平的频率变化表征，其谐振频率变化与外加质量成正比，计算机7中安装有配套的测试软件，能够对接收的数据进行计算和分析，由此可得到电极表面的质量变化，进而根据硫酸铜溶液的浓度可推算出驱替流体的流量，实现微流量的准确测量，测量下限可达到10^-8ml/min，测量重现性高。

进一步，如图3所示，硫酸铜置换容器5包括一玻璃容器13，玻璃容器13的上端开口处密封设有一橡皮塞12，橡皮塞12上设有一通孔，该通孔形成流入端，用来与毛细管束模型连接。玻璃容器13的下端设有与其内部连通的第一毛细管14，第一毛细管14形成流出端。第一毛细管14的内径为10μm，长度为2cm。该硫酸铜置换容器5被固定在一个支架上，流入端在上，流出端朝下，第一毛细管14悬置在流动池的上方。硫酸铜置换容器5的具体制作过程如下：

1、取量程为5ml的胶头滴管的玻璃容器部分；

2、用中间带孔的橡皮塞12密封塞住玻璃容器13的上端开口；

3、将长约2cm、内径10μm的一根毛细管插入玻璃容器13的下端，并用胶水固定即制成硫酸铜置换容器5。

进一步，如图4所示，毛细管束模型包括一玻璃片16，玻璃片16的一侧设有由平行排列的多个毛细管组成的毛细管束17。玻璃片16的前端设有一前端毛细管15。玻璃片16的后端设有一末端毛细管18，末端毛细管18与硫酸铜置换容器5的流入端相连。前端毛细管15、末端毛细管18和毛细管束17之间相互连通。具体的，玻璃片16上刻蚀有多条平行的第一凹槽，毛细管束17中的每根毛细管分别固定在对应的一个第一凹槽内。玻璃片16上在第一凹槽的两端分别刻蚀有与第一凹槽垂直的连通槽19。玻璃片16对应前端毛细管15和末端毛细管18的位置分别刻蚀有第二凹槽，前端毛细管15和末端毛细管18分别固定在对应的第二凹槽内，且前端毛细管15和末端毛细管18分别通过连通槽19与毛细管束17连通。其中，玻璃片16的长*宽*高分别为76mm*26mm*2mm。毛细管束17中的毛细管的内径可以相等也可以不相等，用来模拟不同渗透率的油藏，毛细管内径的范围从2μm到25μm不等，例如可以分别采用内径为2μm、5μm、10μm、25μm的毛细管。前端毛细管15和末端毛细管18的内径均为500μm，前端毛细管15用来与驱动泵连接，末端毛细管18插入到橡皮塞12的通孔内。毛细管束模型的具体制作过程为：

1、将玻璃片16放入玻璃磨槽机的卡盘中，并调整好磨槽深度(1mm)，开启开关分别在玻璃片16的一侧刻出相应的第一凹槽、第二凹槽和连通槽19；

2、刻蚀玻璃片16制作完成后，分别将相应的毛细管束17的毛细管、前端毛细管15和末端毛细管18用胶水沾在相应的凹槽内，即制成毛细管束模型。

进一步，石英晶体微天平是一台可独立运行的仪器，包括有电子震荡电路1、频率计数器2、石英晶体3和流动池。流动池的材料为聚四氟乙烯，是由上、中、下三部分组成的圆柱体，其直径为35mm，总高度为37mm，最上面的是盖子，盖子上设有透孔，盖子中安装有参比电极和对极，中间部分是用于容纳溶液的池体，石英晶体3被固定于中间部分和下部之间，通过橡胶圈密封并用螺丝固定，即硫酸铜置换容器5位于石英晶体3的上方。未进行实验时，硫酸铜置换容器5下端的第一毛细管14悬置在流动池上方；进行实验时，第一毛细管14需插入盖子的透孔中。石英晶体微天平的晶振频率为5MHz；频率分辨率为0.01Hz；门时间为0.1秒、1秒、10秒；质量分辨率为0.177ng/cm²。

进一步，电化学工作站6的最大电流为±1A；最大电压为±10V；信号采集为双通道16-bit ADC(Anolog Digital Converter,模拟数字转换器)，100k数据点/秒；CV(Cyl icVoltammetry，循环伏安)和LSV(Linear Scan Voltammetry,线性扫描伏安)的最大扫描速度：10,000V/s，用于提供吸附电压和脱附电压。电子震荡电路1通过数据线4与频率计数器2相连接；频率计数器2与石英晶体3电连接。电化学工作站6通过第二数据线与石英晶体微天平相连接，即电化学工作站6通过数据线8与频率计数器2连接，电化学工作站6通过数据线9与流动池电连接。电化学工作站6通过第三数据线10与计算机7相连接；石英晶体微天平的电子震荡电路1通过第一数据线11与计算机7相连接。

由上所述，本发明的微流量测量装置从毛细管束中被驱出的液体首先进入盛满饱和硫酸铜溶液的置换容器，被置换出的硫酸铜溶液进入石英晶体微天平的流动池，在由电化学工作站提供的吸附电压的作用下，硫酸铜溶液的铜离子吸附于工作电极上，吸附铜离子的质量可通过石英晶体微天平的频率变化表征，进而根据硫酸铜溶液的浓度可推算出驱替流体的流量，实现微流量的准确测量，测量下限可达到10^-8ml/min，测量重现性高。解决了常规岩心物模实验中流量测量精度低、重现性差的问题，且占用空间小，操作简单。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于毛细管束中的微流量测量装置，其特征在于，所述微流量测量装置包括：

硫酸铜置换容器，所述硫酸铜置换容器中充满有硫酸铜饱和溶液；所述硫酸铜置换容器具有流入端和流出端；

毛细管束模型，所述毛细管束模型与所述硫酸铜置换容器的流入端连接；

石英晶体微天平，所述石英晶体微天平具有流动池，所述硫酸铜置换容器位于所述流动池上方；所述石英晶体微天平通过第一数据线与计算机相连；

电化学工作站，所述电化学工作站分别通过第二数据线和第三数据线与所述石英晶体微天平及所述计算机相连。

2.如权利要求1所述的用于毛细管束中的微流量测量装置，其特征在于，所述硫酸铜置换容器包括一玻璃容器，所述玻璃容器的上端开口处密封有一橡皮塞，所述橡皮塞上设有一通孔；所述玻璃容器的下端设有与其内部连通的第一毛细管；所述通孔形成所述流入端，所述第一毛细管形成所述流出端。

3.如权利要求1所述的用于毛细管束中的微流量测量装置，其特征在于，所述毛细管束模型包括一玻璃片，所述玻璃片的一侧设有由平行排列的多个毛细管组成的毛细管束；所述玻璃片的前端设有一前端毛细管；所述玻璃片的后端设有一末端毛细管，所述末端毛细管与所述硫酸铜置换容器的流入端相连；所述前端毛细管、末端毛细管和毛细管束之间相互连通。

4.如权利要求3所述的用于毛细管束中的微流量测量装置，其特征在于，所述玻璃片上刻蚀有多条平行的第一凹槽，所述毛细管束中的每根毛细管分别固定在对应的一个第一凹槽内，所述玻璃片上在所述第一凹槽的两端分别刻蚀有与所述第一凹槽垂直的连通槽，所述玻璃片对应所述前端毛细管和所述末端毛细管的位置分别刻蚀有第二凹槽，所述前端毛细管和所述末端毛细管分别固定在对应的所述第二凹槽内，且所述前端毛细管和所述末端毛细管分别通过所述连通槽与所述毛细管束连通。

5.如权利要求2所述的用于毛细管束中的微流量测量装置，其特征在于，所述第一毛细管的内径为10μm，所述第一毛细管的长度为2cm。

6.如权利要求3所述的用于毛细管束中的微流量测量装置，其特征在于，所述毛细管束中的毛细管的内径为2μm-25μm；所述前端毛细管和所述末端毛细管的内径均为500μm。

7.如权利要求1至6中任一项所述的用于毛细管束中的微流量测量装置，其特征在于，所述流动池中设有能容纳液体的池体，所述池体的上方设有盖子，所述盖子上设有能插入所述流出端的透孔。

8.如权利要求1所述的用于毛细管束中的微流量测量装置，其特征在于，所述石英晶体微天平的流动池内设有石英晶体，所述石英晶体与一频率计数器电连接。