CN110715889A - 一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，包括固定放置有多孔介质芯片的多孔介质芯片夹持器；多孔介质芯片的正上方设置有一个相机，相机的底部安装有镜头；多孔介质芯片夹持器左端开有的进液口，通过中空的连接管道，与二位三通阀门的出口端相连通；二位三通阀门的第一进口端和第二进口端，分别与一个储液池右端的出口相连通；每个储液池左端的进口，在通过管道汇流后，通过一根设置有压力流量控制器和压力调节阀门的连接管道，与空气压缩机的出气口相连通。本发明结构设计科学，能够对多孔介质内微流体进行流量或压力控制的同时，同步实现流量和压力的双重监测，更为准确地观测掌握多孔介质内微流体的运移特性。
Description
技术领域
本发明涉及多孔介质观测技术领域，特别是涉及一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统。
背景技术
目前，一般采用在常温常压下以恒定流量注入的方法，来对多孔介质内微流体的驱替过程进行微观可视化的观测，但是，因流量和压力存在相互耦合的关系，多孔介质内微流体的运移特性会受到流量、压力、温度等多重因素的影响。因此，仅仅采用控流量的方法，来进行多孔介质内微流体可视化观测，是具有局限性的，无法准确地观测和掌握多孔介质内微流体的运移特性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统。能够对多孔介质内微流体进行流量或压力控制的同时，同步实现流量和压力的双重监测，更为准确地观测掌握多孔介质内微流体的运移特性。
为此，本发明提供了一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，包括金属材质的多孔介质芯片夹持器，多孔介质芯片夹持器上固定放置有多孔介质芯片，多孔介质芯片夹持器用于保证多孔介质芯片注入和流出接口的密封性；
多孔介质芯片的正上方设置有一个相机，相机的底部安装有镜头；
多孔介质芯片夹持器左端开有的进液口，通过中空的连接管道，与二位三通阀门的出口端相连通；
二位三通阀门的第一进口端和第二进口端，分别与一个储液池右端的出口相连通；
每个储液池左端的进口，在通过管道汇流后，通过一根设置有压力流量控制器和压力调节阀门的连接管道，与空气压缩机的出气口相连通。
其中，压力流量控制器与储液池通过管路连接，用于控制多孔介质芯片的流体注入压力或注入流量。
其中，二位三通阀门，用于确保注入过程中仅有一个储液池的单一流体进入多孔介质芯片。
其中，多孔介质芯片夹持器与二位三通阀门的出口端之间的连接管道上安装有第一压力传感器。
其中，多孔介质芯片夹持器右端开有的出液口，通过一根设置有第二压力传感器的连接管道，与电子天平相连通。
其中，相机通过数据线与计算机相连接；
计算机，用于实时存储相机所采集的多孔介质芯片内微流体的运移图像。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，其结构设计科学，能够对多孔介质内微流体的流量或压力进行控制的同时，同步实现流量和压力的双重监测，提高了恒流注入过程中压力控制器的响应时间，避免了在微观可视化观测过程中流量波动时压力响应过慢对多孔介质内微流体的运移特性造成的不良影响，从而更为准确地观测掌握多孔介质内微流体的运移特性，有利于广泛地应用，具有重要的实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统的正结构示意图；
图中，1、相机，2、镜头，3、计算机，4、多孔介质芯片夹持器，5、多孔介质芯片；
61、第一压力传感器，62为第二压力传感器，7、空气压缩机，8、压力流量控制器，9、储液池，10、压力调节阀门；13、二位三通阀门；
11、电子天平，12、平行背光光源。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供了一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，包括金属材质的多孔介质芯片夹持器4；
多孔介质芯片夹持器4上固定放置有多孔介质芯片5，多孔介质芯片夹持器4用于保证多孔介质芯片5注入和流出接口的密封性；
多孔介质芯片5的正上方设置有一个相机1，相机1的底部安装有镜头2，相机1用于采集其正下方的多孔介质芯片5内微流体的运移图像(即流动图像)；
多孔介质芯片夹持器4左端开有的进液口，通过中空的连接管道，与二位三通阀门13的出口端相连通；
二位三通阀门13的第一进口端和第二进口端，分别与一个储液池9右端的出口相连通；
每个储液池9左端的进口，在通过管道汇流后，通过一根设置有压力流量控制器8和压力调节阀门10的连接管道，与空气压缩机7的出气口相连通。
在本发明中，压力流量控制器8与储液池9通过管路连接，用于控制多孔介质芯片5的流体注入压力或注入流量。
在本发明中，二位三通阀门13，用于确保注入过程中仅有一个储液池的单一流体进入多孔介质芯片5。
在本发明中，具体实现上，储液池9内预先存储有预设种类的流体。例如水和油。
在本发明中，具体实现上，多孔介质芯片夹持器4二位三通阀门13的出口端之间的连接管道上安装有第一压力传感器61，用于实时显示连接管道内的压力大小。
在本发明中，具体实现上，多孔介质芯片夹持器4右端开有的出液口，通过一根设置有第二压力传感器62的连接管道，与电子天平11相连通。
具体实现上，电子天平11具体为现有的液体密度天平，能够对液体的质量进行测量，也可以在普通电子天平的顶部称量平台上放置一个中空的液体容器，并将该液体容器与多孔介质芯片夹持器4的出液口相连通，从而实现对液体质量的测量。
具体实现上，电子天平11具体可以采用上海豪晟科学仪器有限公司生产的FA114型号产品，精度为0.1mg。电子天平11可用于记录流体出口的质量变化，根据多孔介质内体积恒定的原理，可以验证流体注入的体积与流出体积是否相等，从而判断流体在驱替过程中是否产生压缩现象。
在本发明中，具体实现上，相机1通过数据线与计算机3相连接；
计算机3用于实时存储相机1所采集的多孔介质芯片5内微流体的运移图像(即流动图像)。
具体实现上，计算机4，还可以用于向相机1发出图像采集控制信号，控制相机1启动，从而采集其正下方的多孔介质芯片5内微流体的运移图像(即流动图像)。
需要说明的是，对于本发明提供的多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，是在恒定流量或恒定压力条件下，通过相机来观测多孔介质内微流体运移特性的系统。
在本发明中，具体实现上，多孔介质芯片夹持器4具体为一个多孔介质芯片的夹持工具。
具体实现上，多孔介质芯片夹持器4具体可以采用荷兰micronit公司生产的低压夹持器，可用于存放多孔介质芯片，并保证管路与多孔介质芯片入口和出口连接处的密封性，以防止管路内的流体泄露。
在本发明中，具体实现上，压力流量控制器8，可以用于设定恒流模式，进行所安装的管道中流体的流量控制(当液体流入多孔介质芯片5时，即为微流体)。压力流量控制器8，也可以用于设定恒压模式，进行所安装的管路中流体的压力控制。
具体实现上，压力流量控制器8，可以采用现有公知的压力流量控制器。
具体实现上，压力流量控制器8，例如可以采用法国Fluigent厂家生产的MFCS-EZ型号产品，其压力范围为0～2.5bar，压力精度为7.5μbar，压力响应时间是40ms，压力稳定时间为100ms。
在本发明中，压力流量控制器8包含两个压力传感器、一个流量计。此模块能够测量流体的注入压力，并同时监测流体在管道内的流量。当设置为恒流模式时，其中的流量计用于测量管道内流量，并快速反馈给其中的压力传感器，压力传感器快速响应(40ms)后，调整流体的注入压力(压力稳定时间为100ms)，从而使流量达到设定流量。通过压力流量控制器8，能够保证注入流体处于恒流或恒压状态，并同时监测注入流体的实际流量。
需要说明的是，对于压力流量控制器8，管道内的真实流量传递给其内部的压力传感器后，控制器快速响应调整管道内压力，用以调节压力到设置流量。保证注入流体处于恒流或恒压状态，并同时监测注入流体的实际流量。
需要说明的是，在本发明中，空气压缩机7，用于为压力流量控制器8提供2.5bar以下的低压驱替动力。
在本发明中，储液池9共两个，一个储液池用于对多孔介质芯片5提供前期饱和油，另一个储液池用于对多孔介质芯片5进行后期驱替。此外，多孔介质芯片夹持器4，能够对管路与多孔介质芯片5的连接处进行密封。电子天平11可以测量出口流体的质量变化。
需要说明的是，对于本发明，空气压缩机7通过管道与压力流量控制器8相连通，空气压缩机7为压力流量控制器8提供驱替压力。压力流量控制器8通过管道与两个储液池9相连通，在压力流量控制器8压力驱动下，为储液池9提供稳定压力，使储液池9达到2.5bar以下低压状态，另外，压力流量控制器8能够测量储液池9左侧管道内的流量。
处于低压状态的储液池9上部是空气压缩机7通过管道所注入的低压压缩空气，该低压压缩空气将压力传导给储液池9内盛装的流体，液体在受压后，通过管路流入多孔介质芯片5内，从而为多孔介质芯片5提供注入流体。在多孔介质芯片5的左侧管道上安装有第一压力传感器61，用于测量多孔介质芯片5的入口压力。
多孔介质芯片5内的微流体受压力驱动，从多孔介质芯片5右侧的管道驱替出来。在多孔介质芯片5的右侧安装有第二压力传感器62，用于测量多孔介质芯片5的出口压力。
在本发明中，具体实现上，电子天平11上放有烧杯，多孔介质芯片5内的微流体通过管路流入烧杯内，烧杯口密封，用于防止流体挥发。电子天平11通过数据线与计算机相连，从而可以获得多孔介质芯片5的出口流体质量的测量数据。
需要说明的是，对于本发明，相机1与计算机3相连接，用于观测实验过程，即多孔介质芯片5内的微流体在恒定流量或恒定压力条件下多的运移特性。
具体实现上，压力流量控制器8和电子天平11分别与计算机3连接，分别用于将多孔介质芯片5入口端微流体的流量数据以及多孔介质芯片5出口端微流体的质量数据，实时传输给计算机3，计算机3在接收到相应实验数据后，实时记录实验数据。
需要说明的是，对于本发明，先开启相机1、镜头2和计算机3进行图像对焦，然后开启空气压缩机7对多孔介质芯片5进行加压，并采用压力流量控制器8的恒流模式进行流量控制，实时记录压力、流量、温度和出口质量变化，当完成恒流或恒压操作后，使用相机镜头进行观测。本发明通过利用空气压缩机7对多孔介质芯片5进行加压，实现对多孔介质内微流体的流量、压力和温度的动态测量，从而最终实现了在恒定流量或恒定压力条件下的可视化监测。该系统结构简单，控制方便。
在本发明中，具体实现上，多孔介质芯片5，具体为多孔介质微流控芯片。
具体实现上，多孔介质芯片5为荷兰micronit公司生产的芯片，共包括三种类型：均质多孔介质模型、随机多孔介质模型、真实岩心孔隙模型，不同类型的多孔介质芯片，为微流体流动提供了不同的流道，因此在驱替过程，使微流体具有了不同的孔隙尺度效应。
在本发明中，具体实现上，压力调节阀门10，优选为压力微调阀门，能够实现对压力的精确调节控制。
需要说明的是，对于本发明提供的多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，其具体的操作控制过程可以如下：
首先，在计算机3中打开相机1配套的图像分析软件，调整镜头2的焦距，进行图像对焦，以及开启平行背光光源12，使图像达到最佳观测视角状态。
接着，开启空气压缩机7，对多孔介质芯片5中的微流体进行加压。
然后，开启压力流量控制器8的恒流或恒压模式，控制多孔介质芯片5中微流体的运移。
最后，在恒流或恒压条件下，观测多孔介质内微流体的运移特性，并实时记录微流体在多孔介质芯片的入口端流量、进口和出口压力和温度、出口端质量，之后，能够进一步使用计算机3上的图像分析软件进行图像后处理，从而得到多孔介质芯片的饱和度分布曲线。
基于以上技术方案可知，对于本发明提供的多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，能够在整个观测过程中，实现对压力、流量和温度的实时监测。其能够观测在恒定流量或恒定压力条件下多孔介质内微流体的运移特性，并实时记录多孔介质芯片的入口端流量、进口和出口的压力和温度、出口端质量。
与现有技术相比较，本发明提供的一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，具有以下的有益技术效果：
1、本发明的系统，能够实现对多孔介质内流量、压力和温度的动态测量，从而能够实现在恒定流量或恒定压力条件下，对多孔介质内微流体的运移特性的可视化监测。
2、本发明占地面积小，系统结构简单，易于操作。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，其结构设计科学，能够对多孔介质内微流体的流量或压力进行控制的同时，同步实现流量和压力的双重监测，提高了恒流注入过程中压力控制器的响应时间，避免了在微观可视化观测过程中流量波动时压力响应过慢对多孔介质内微流体的运移特性造成的不良影响，从而更为准确地观测掌握多孔介质内微流体的运移特性，有利于广泛地应用，具有重要的实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，其特征在于，包括多孔介质芯片夹持器4，多孔介质芯片夹持器(4)上固定放置有多孔介质芯片(5)，多孔介质芯片夹持器(4)用于保证多孔介质芯片(5)注入和流出接口的密封性；
多孔介质芯片(5)的正上方设置有一个相机(1)，相机(1)的底部安装有镜头(2)；
多孔介质芯片夹持器(4)左端开有的进液口，通过中空的连接管道，与二位三通阀门(13)的出口端相连通；
二位三通阀门(13)的第一进口端和第二进口端，分别与一个储液池(9)右端的出口相连通；
每个储液池(9)左端的进口，在通过管道汇流后，通过一根设置有压力流量控制器(8)和压力调节阀门(10)的连接管道，与空气压缩机(7)的出气口相连通。
2.如权利要求1所述的多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，其特征在于，压力流量控制器(8)与储液池(9)通过管路连接，用于控制多孔介质芯片(5)的流体注入压力或注入流量。
3.如权利要求1所述的多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，其特征在于，二位三通阀门(13)，用于确保注入过程中仅有一个储液池(9)的单一流体进入多孔介质芯片(5)。
4.如权利要求1所述的多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，其特征在于，多孔介质芯片夹持器(4)与二位三通阀门(13)的出口端之间的连接管道上安装有第一压力传感器(61)。
5.如权利要求1或2所述的多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，其特征在于，多孔介质芯片夹持器(4)右端开有的出液口，通过一根设置有第二压力传感器(62)的连接管道，与电子天平(11)相连通。
6.如权利要求1至5中任一项所述的多孔介质低压驱替微观可视化观测系统，其特征在于，相机(1)通过数据线与计算机(3)相连接；
计算机(3)，用于实时存储相机(1)所采集的多孔介质芯片(5)内微流体的运移图像。
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Cited By (1)
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| CN117664508A (zh) * | 2023-10-20 | 2024-03-08 | 浙江大学 | 一种可视化孔隙尺度混合对流试验模拟装置及方法 |
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