CN111151316A - 一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片、实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明开公开一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片、实验装置及方法，包括透明的微流控芯片本体，微流控芯片本体中设有第一液体储集区域、第二液体储集区域以及若干组孔喉结构，每组孔喉结构包括前喉道、孔隙和后喉道，前喉道的一端与第一液体储集区域连通，前喉道的另一端与孔隙连通，后喉道的一端与孔隙连通，后喉道的另一端与第二液体储集区域连通；微流控芯片本体在第一液体储集区域处设有与第一液体储集区域连通的进液口，微流控芯片本体在第二液体储集区域处设有与第二液体储集区域连通的出液孔；微流控芯片本体具有亲水性且疏油性。本发明能够明确孔喉比对渗吸作用的具体影响，得到渗吸现象机理层面的认识。

Description

一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片、实验 装置及方法

技术领域

本发明属于油藏采油技术领域，具体涉及一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片、实验装置及方法。

背景技术

非常规油气藏是我国目前乃至未来的重要能源资源，其主要特征为低孔隙度和低渗透率，因此利用常规手段实现经济开采难度较大。自发渗吸作用是多孔介质内发生的重要自然现象，润湿相液体在毛细管力作用下自发地进入孔隙并取代非润湿相液体。非常规油藏孔喉细小、结构复杂，注水开发难度大，因此渗吸作用被认为是提高该类油藏采收效率的重要机理之一。渗吸现象与岩石自身物理属性如微观孔隙结构等密切相关，因此对微观尺度下岩石物理属性与渗吸过程的深入研究和机理探索具有其科学意义和应用价值。

常见研究渗吸采油的实验方法为岩心法，即直接将饱和有油的岩心浸入装满地层水的烧杯中静置等待油被渗吸置换。通过此类实验能够得到岩石宏观参数如渗透率、孔隙度等与渗吸作用的关系。由于岩心结构复杂且同一块岩心重复利用难以保证实验的初始状态一致，因此实验的可重复性较差，达到定量研究具有一定难度。孔喉比，孔隙与喉道直径的比值，是描述岩石物理属性的重要参数之一，其对渗吸过程、驱油效果具有重要影响，然而常规岩心实验难以做到研究孔喉比这一单一变量对渗吸作用的影响。因此有必要设计一种可控的变化孔喉比的实验装置用于研究微米级别渗吸特征与孔喉比的关系，探讨油藏孔隙结构对渗吸作用微观调控机制，为非常规油藏渗吸采油提供理论依据。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片、实验装置及方法，通过本发明能够为非常规油藏渗吸采油提供理论依据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片，包括透明的微流控芯片本体，微流控芯片本体中设有第一液体储集区域、第二液体储集区域以及若干组孔喉结构，每组孔喉结构包括前喉道、孔隙和后喉道，前喉道的一端与第一液体储集区域连通，前喉道的另一端与孔隙连通，后喉道的一端与孔隙连通，后喉道的另一端与第二液体储集区域连通；微流控芯片本体在第一液体储集区域处设有与第一液体储集区域连通的进液口，微流控芯片本体在第二液体储集区域处设有与第二液体储集区域连通的出液孔；微流控芯片本体具有亲水性且疏油性。

优选的，前喉道和后喉道的横截面为矩形，孔隙采用圆柱形。

优选的，微流控芯片本体中设有四组孔喉结构，四组孔喉结构分别为第一组孔喉结构、第二组孔喉结构、第三组孔喉结构和第四组孔喉结构，四组孔喉结构的孔喉比不同；四组孔喉结构中前喉道和后喉道深度相同，宽度不同；四组孔喉结构中孔隙的深度相同，直径不同；

第一组孔喉结构的孔隙直径等于第二组孔喉结构的孔隙直径，第二组孔喉结构的孔隙直径小于第三组孔喉结构的孔隙直径，第三组孔喉结构的孔隙直径小于第四组孔喉结构的孔隙直径；

第一组孔喉结构前喉道宽度小于和后喉道宽度；第一组孔喉结构的后喉道宽度、第二组孔喉结构的前喉道宽度和后喉道宽度、第三组孔喉结构的前喉道宽度和后喉道宽度以及第四组孔喉结构的前喉道宽度和后喉道宽度均相同。

若干组孔喉结构的总长度相同。

优选的，第一组孔喉结构前喉道的长度为10-200μm，宽度为5-100μm，深度为10-100μm；第一组孔喉结构的孔隙直径为40-300μm，深度为10-100μm；第一组孔喉结构后喉道的长度为10-200μm，宽度为5-100μm，深度为10-100μm；第二组孔喉结构的孔隙直径为60-300μm，深度为10-100μm；第三组孔喉结构的孔隙直径为80-300μm，深度为10-100μm；第四组孔喉结构的孔隙直径为100-300μm，深度为10-100μm。

优选的，第一组孔喉结构、第二组孔喉结构、第三组孔喉结构和第四组孔喉结构的孔喉比分别为0.4:3.2:1、1:3.2:1、1:4:1和1:4.8:1。

一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验装置，包括双通道注射泵、倒置显微镜、电脑、收集装置以及所述的微流控芯片，双通道注射泵通过连接管与微流控芯片的进液口连接，连接管上设有压力传感器，微流控芯片的出液口通过管道连接至收集装置；

微流控芯片设置于倒置显微镜的载物台上，倒置显微镜上连接有高速成像装置，高速成像装置和压力传感器均与电脑连接。

优选的，所述的连接管内径为0.010-0.020英寸；双通道注射泵流速为2pL/min-200mL/min；压力传感器测量的压力范围在0-1800kPa，能够测试正压及负压。

一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验方法，通过所述的实验装置进行，包括如下步骤：

S1，双通道注射泵的一个注射器中装模拟地层水，双通道注射泵的另一个注射器中装模拟油；

S2，将微流控芯片的进液口和出液口用连接管分别连接至双通道注射泵和收集装置；

S3，利用双通道注射泵向微流控芯片的进液口注入模拟地层水，模拟地层水充满孔喉结构，模拟初始地层水饱和度的建立；

S4，利用双通道注射泵向微流控芯片的进液口注入模拟油，模拟油注入到微流控芯片内取代模拟地层水，直至油饱和度无变化，此过程模拟地层初始含油饱和度的建立；

S5，待模拟油饱和微流控芯片后，利用双通道注射泵向微流控芯片的进液口缓慢注入模拟地层水，待第一液体储集区域的模拟地层水饱和后立停止注入模拟地层水；

S6，模拟地层水在毛细管力作用下进入饱和有模拟油的孔喉结构，并取代模拟油，此过程模拟天然多孔介质中的自发渗吸作用；渗吸作用开始时用高速成像装置拍照，记录模拟地层水进入不同孔喉结构的界面曲率、渗吸置换速率和剩余油相饱和度，同时通过压力传感器记录实时压力变化。

优选的，所述模拟地层水为与地层水成分和盐度相同的盐水；

S3中，双通道注射泵向微流控芯片的进液口注入模拟地层水的流速为5-20μL/min；

S4中，双通道注射泵向微流控芯片的进液口注入模拟油的流速为0.1-10μL/min；

S5中，双通道注射泵向微流控芯片的进液口注入模拟地层水的流速为0.1-10μL/min。

优选的，待S6结束后，将双通道注射泵的通道内依次换上分别装满甲苯、甲醇和去离子水的注射器，依次以1mL/min-200mL/min的流速用甲苯、甲醇和去离子水冲刷微流控芯片，直至微流控芯片内部无残余；取下微流控芯片，将微流控芯片擦拭干净后放入烤箱烘干，以除去水和有机质残余。

本发明具有如下技术效果：

本发明基于真实岩心孔隙结构，在微流控芯片本体中设置若干组孔喉结构，每组孔喉结构包括前喉道、孔隙和后喉道，前喉道的一端与第一液体储集区域连通，前喉道的另一端与孔隙连通，后喉道的一端与孔隙连通，后喉道的另一端与第二液体储集区域连通，在若干组孔喉结构中，将孔喉比这一参数控制为单一变量，能够明确孔喉比对渗吸作用的具体影响，得到渗吸现象机理层面的认识，通过本发明能够为非常规油藏渗吸采油提供理论依据。本发明微流控芯片本体是透明的，因此可放置于显微镜下，实时观测以及记录实验现象，无需借助核磁共振或CT扫描等大型仪器获得动态微观渗吸过程的相关信息。本发明的微流控芯片还可重复利用，单次实验完成后经过清洗和处理使得每次实验初始状态一致，解决了岩心渗吸实验可重复性受限的问题，从而可以对渗吸现象进行定量研究。

进一步的，本发明在微流控芯片中每组孔喉结构的前喉道、孔隙和后喉道尺寸均为微米级的，在微米尺度下，实验反应速率快，大大缩减了渗吸实验的时间，同时极大的减少了试剂消耗，降低实验成本，提高实验效率。

本发明的可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验装置，利用双通道注射泵能够交替向微流控芯片中注入不同的液体，利用压力传感器能够记录实时压力变化，利用倒置显微镜能够实施观和记录察微流控芯片中流体的流动现象，利用本发明的微流控芯片能够明确孔喉比对渗吸作用的具体影响，得到渗吸现象机理层面的认识，通过本发明能够为非常规油藏渗吸采油提供理论依据。

本发明的实验方法通过本发明的实验装置进行，因此该实验方法能够通过观测微流控芯片中流体的流动现象以及采集的压力信息来研究微观渗吸与孔喉比的关系，为非常规油藏渗吸采油提供理论与实验支撑。

附图说明

图1是本发明的装置示意图。

图2是本发明中研究微观渗吸现象孔喉比关系的芯片结构设计示意图。

其中：1-双通道注射泵，2-注射器，3-压力传感器，4-连接管，5-进液口，6-出液口，7-微流控芯片，8-高速成像装置，9-倒置显微镜，10-电脑，11-收集装置，12-第一液体储集区域，12-1-第二液体储集区域，13-第一组前喉道，14-第一组孔隙，15-第一组后喉道，16-第二组孔隙，17-第三组孔隙，18-第四组孔隙。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

参照图2，本发明的可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片，包括透明的微流控芯片本体，微流控芯片本体中设有第一液体储集区域12、第二液体储集区域12-1以及若干组孔喉结构，每组孔喉结构包括前喉道、孔隙和后喉道，前喉道的一端与第一液体储集区域12连通，前喉道的另一端与孔隙连通，后喉道的一端与孔隙连通，后喉道的另一端与第二液体储集区域12-1连通；微流控芯片本体在第一液体储集区域12处设有与第一液体储集区域12连通的进液口5，微流控芯片本体在第二液体储集区域12-1处设有与第二液体储集区域12-1连通的出液孔6；微流控芯片本体具有亲水性且疏油性。

作为本发明优选的实施方案，微流控芯片本体由两片Pyrex玻璃组成，一片Pyrex玻璃的上表面刻有向内凹的微米级别流体通道，以形成孔喉结构，同时在两端设置进液口和出液口，流体通道结构根据实验需求自主设计。另一片则为光滑的无刻蚀任何通道的Pyrex玻璃。两片Pyrex玻璃通过键合可得密封的微流控芯片，同时内凹的流体通道可以保证流体的流通。

作为本发明优选的实施方案，前喉道和后喉道的横截面为矩形，孔隙采用圆柱形。

作为本发明优选的实施方案，微流控芯片本体中设有四组孔喉结构，四组孔喉结构分别为第一组孔喉结构、第二组孔喉结构、第三组孔喉结构和第四组孔喉结构，四组孔喉结构的孔喉比不同；四组孔喉结构中前喉道和后喉道深度相同，宽度不同；四组孔喉结构中孔隙的深度相同，直径不同；第一组孔喉结构的孔隙直径等于第二组孔喉结构的孔隙直径，第二组孔喉结构的孔隙直径小于第三组孔喉结构的孔隙直径，第三组孔喉结构的孔隙直径小于第四组孔喉结构的孔隙直径；第一组孔喉结构前喉道宽度小于和后喉道宽度；第一组孔喉结构的后喉道宽度、第二组孔喉结构的前喉道宽度和后喉道宽度、第三组孔喉结构的前喉道宽度和后喉道宽度以及第四组孔喉结构的前喉道宽度和后喉道宽度均相同。

作为本发明优选的实施方案，第一组孔喉结构前喉道的长度为10-200μm，宽度为5-100μm，深度为10-100μm；第一组孔喉结构的孔隙直径为40-300μm，深度为10-100μm；第一组孔喉结构后喉道的长度为10-200μm，宽度为5-100μm，深度为10-100μm；第二组孔喉结构的孔隙直径为60-300μm，深度为10-100μm；第三组孔喉结构的孔隙直径为80-300μm，深度为10-100μm；第四组孔喉结构的孔隙直径为100-300μm，深度为10-100μm。

作为本发明优选的实施方案，第一组孔喉结构、第二组孔喉结构、第三组孔喉结构和第四组孔喉结构的孔喉比分别为0.4:3.2:1、1:3.2:1、1:4:1和1:4.8:1。

参照图1，本发明的可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验装置，包括双通道注射泵1、倒置显微镜9、电脑10、收集装置以及所述的微流控芯片7，双通道注射泵1通过连接管4与微流控芯片7的进液口5连接，连接管4上设有压力传感器3，微流控芯片7的出液孔6通过管道连接至收集装置11；微流控芯片7设置于倒置显微镜9的载物台上，倒置显微镜9上连接有高速成像装置8，高速成像装置8和压力传感器3均与电脑10连接。高速成像装置8连接在倒置显微镜9物镜上方，倒置显微镜9目镜正对所述的微流控芯片7。

作为本发明优选的实施方案，连接管4内径为0.010-0.020英寸外径0.030-0.060英寸，材质为

双通道注射泵1流速为2pL/min-200mL/min；压力传感器3长12mm、宽10mm、高15mm，压力范围在0-1800kPa、精度1％、可测试正压及负压。倒置生物显微镜，长40cm，宽60cm，高100cm，放大倍数40X-400X。高速成像装置，长6cm，宽6cm，高6cm，帧率4-600fps。微流控芯片7的外形为长方体结构，长5-10cm，宽4-8cm，高0.5-1.5cm。双通道注射泵1长30cm、宽15cm、高20cm，流速2pL/min-200mL/min；双通道注射泵1上设置两个注射器，两个注射器的容量均为1μL-100mL。收集装置采用烧杯。

参照图1和图2，本发明的可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验方法，通过所述的实验装置进行，包括如下步骤：

S1，双通道注射泵1的一个注射器中装模拟地层水，双通道注射泵1的另一个注射器中装模拟油；

S2，将微流控芯片7的进液口5和出液口6用连接管分别连接至双通道注射泵1和收集装置；

S3，利用双通道注射泵1向微流控芯片7的进液口5注入模拟地层水，模拟地层水充满孔喉结构，模拟初始地层水饱和度的建立；

S4，利用双通道注射泵1向微流控芯片7的进液口5注入模拟油，模拟油注入到微流控芯片7内取代模拟地层水，直至油饱和度无变化，此过程模拟地层初始含油饱和度的建立；

S5，待模拟油饱和微流控芯片7后，利用双通道注射泵1向微流控芯片7的进液口5缓慢注入模拟地层水，待第一液体储集区域12的模拟地层水饱和后立停止注入模拟地层水；

S6，模拟地层水在毛细管力作用下进入饱和有模拟油的孔喉结构，并取代模拟油，此过程模拟天然多孔介质中的自发渗吸作用；渗吸作用开始时用高速成像装置8拍照，记录模拟地层水进入不同孔喉结构的界面曲率、渗吸置换速率和剩余油相饱和度，同时通过压力传感器3记录实时压力变化。

作为本发明优选的实施方案，模拟地层水为与地层水成分和盐度相同或相近的盐水；S3中，双通道注射泵1向微流控芯片7的进液口5注入模拟地层水的流速为5-20μL/min，模拟地层水以较快的流速冲刷微管道直至无杂质气泡存在，此过程模拟初始地层水饱和度的建立；S4中，双通道注射泵1向微流控芯片7的进液口5注入模拟油的流速为0.1-10μL/min；S5中，双通道注射泵1向微流控芯片7的进液口5注入模拟地层水的流速为0.1-10μL/min。

由于玻璃芯片亲水，盐水作为润湿相会在毛细管力作用下自发进入饱和有模拟油的孔隙结构并取代非润湿相(模拟油)，此过程模拟天然多孔介质中的自发渗吸作用。

作为本发明优选的实施方案，待S6结束后，将双通道注射泵1的通道内依次换上分别装满甲苯、甲醇和去离子水的注射器，依次以1mL/min-200mL/min的流速用甲苯、甲醇和去离子水大量高速冲刷微流控芯片7中的液体储集区以及孔喉结构，直至微流控芯片7内部无残余；取下微流控芯片7，将微流控芯片7擦拭干净后放入烤箱烘干，以除去水和有机质残余。微流控芯片7在烤箱内放置12小时以上以备下次实验使用。

实施例

本实施例中，为研究单一变量孔喉比对渗吸现象的影响，微流控芯片具有设计并制作具有特定孔喉宽度比等流体通道结构。微流控芯片内刻蚀具有不同孔喉比的孔隙结构，其中喉道长10-200μm、宽5-100μm、深10-100μm；孔隙直径40-300μm。通过调整喉道和孔隙的大小，精准控制所述微流控芯片内孔喉结构的孔喉比。

具体的，如图1所示，本实施例的可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验装置，包括双通道注射泵1、连接管4、压力传感器3、显微镜9(配高速成像装置8)、电脑10、微流控芯片7和烧杯。双通道注射泵1上安装有注射器2并且通过连接管4连接至微流控芯片7的进液口5，通过双通道注射泵1推进注射器2将流体通过连接管4输送进液口5、进入微流控芯片7的第一液体储集区域12。压力传感器3连接在连接管4上并且靠近进液口5，压力传感器3将实时压力数据传输至电脑10。微流控芯片7置于倒置显微镜9物镜的正上方，高速成像装置8位于微流控芯片7的上方，实时实验图像通过高速成像装置8记录并传输至电脑10。微流控芯片7的出液口6通过另一段连接管4连接至烧杯，烧杯收集废液。

其中，双通道注射泵1长30cm、宽15cm、高20cm；双通道注射泵1连接两个注射器2，2个注射器的容量均为2mL；进液口5和出液口6的直径均为0.030英寸；连接管4内径为0.010英寸，外径0.030英寸，为

材质。微流控芯片7整体长为8cm、宽6cm、高1cm，为Pyrex玻璃材质。倒置生物显微镜使用10X和20X物镜，高速成像装置设置为10fps帧率。

如图2所示，本实施例微流控芯片7的具体包括进液口5、第一组前喉道13、第一组后喉道15、第一组孔隙14、第二组孔隙16、第三组孔隙17、第四组孔隙18、出液口6、第一液体储集区域12和第二液体储集区域12-1。各组孔喉结构的总长度相同，即第一组前喉道13、第一组后喉道15与第一组孔隙14连通后的总长度、第二组孔隙16与其对应的前后喉道的总长度、第三组孔隙17与其对应的前后喉道的总长度以及第四组孔隙18与其对应的前后喉道的总长度均相同。

如图1所示，进液口5和出液口6通过图1所示的连接管4分别连接至双通道注射泵1和烧杯。液体通过进液口5进入到第一液体储集区域12，此过程模拟注水发开过程中水相进入主要渗流通道的过程。待充满第一液体储集区域12后，在毛细管力作用下自发进入与该区域相连通的四组孔喉结构。本实施例的设计示意图内自上而下共有4组孔喉结构，横截面均为长方形。其中第一组前喉道13长200μm、宽10μm、深20μm；相应连接的第一组孔隙14直径80μm、深20μm；第一组后喉道15长200μm、宽25μm、深20μm；其余三组喉道结构的前喉道以及后喉道的尺寸均与第一组后喉道15的尺寸一致；第二组孔隙结构的孔隙(即第二组孔隙16)直径为80μm、深20μm；第三组孔隙结构的孔隙(即第三组孔隙17)直径为100μm、深20μm；第四组孔隙结构的孔隙(即第四组孔隙18)直径为120μm、深20μm。所述微流控芯片17严格控制孔喉结构的孔喉比，第一组、第二组、第三组、第四组孔喉结构分别具有0.4:3.2:1、1:3.2:1、1:4:1、1:4.8:1的孔喉比。通过所述微流控芯片设计，可控地研究变化微观孔隙结构的重要参数——孔喉比对渗吸过程的具体影响，弥补岩心宏观渗吸实验对孔喉尺度渗吸现象的机理认识。

本实施例可视化研究微观渗吸与孔喉比关系实验装置的工作方法，包括步骤如下：

(1)将微流控芯片7的进液口5和出液口6用连接管4分别连接至双通道注射泵1和废液烧杯，双通道注射泵1的其中一个通道内装备2mL的注射器2，配制30000ppm的NaCl盐水，以10μL/min的流速大量地冲刷微管道直至无杂质气泡存在，此过程模拟初始地层水饱和度的建立。

(2)双通道注射泵1的另一个通道内装备另一个2mL注射器2，其中装满模拟油，连接至进液口连接管4后以2μL/min的流速缓慢将模拟油注射到芯片内以取代盐水直至油饱和度无变化，此过程模拟地层初始含油饱和度的建立。

(3)待模拟油饱和微流控芯片7后，将进液口连接管4连接至装有盐水的注射器2，以0.2μL/min的流速缓慢将配制好的盐水注入至芯片内部的液体储集区域12，待储集区域饱和后立即关掉注射泵1。

(4)盐水作为润湿相会在毛细管力作用下自发进入饱和有模拟油的孔隙结构并取代非润湿相(模拟油)，此过程模拟天然多孔介质中的自发渗吸作用。渗吸作用开始时用连接在显微镜9上的高速成像装置8拍照记录盐水进入不同孔隙结构的界面曲率、渗吸置换速率和剩余油相饱和度，同时通过压力传感器3记录实时压力变化。

(5)待渗吸过程终止后，将注射泵1的通道内换上新的10mL注射器2，其中分别装满甲苯、甲醇和去离子水以20mL/min的流速大量高速冲刷微通道直至无残余。取下连接进液口和出液口的连接管4，将芯片擦拭干净后放入烤箱烘干，以除去水和有机质残余。芯片在烤箱内放置12小时以上以备下次实验使用。

(6)通过实验观察记录发现，四组孔喉结构内的渗吸现象有所不同，对比第一组孔喉结构和第二组孔喉结构内的渗吸现象，渗吸效率取决于前喉道的宽度，而对比第二组、第三组以及第四组孔喉结构内的渗吸现象，渗吸效率与孔隙大小的相关性不明显，表明进入毛细管压力是多孔介质内渗吸过程的主控因素。同时，建立压力传感器的压力数据、水相进入四组孔喉结构前缘的前进速度，以及进入前喉道的临界压力等参数与渗吸驱油效率的模型，为非常规油藏渗吸采油提供理论与实验支撑。

Claims (10)

1.一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片，其特征在于，包括透明的微流控芯片本体，微流控芯片本体中设有第一液体储集区域(12)、第二液体储集区域(12-1)以及若干组孔喉结构，每组孔喉结构包括前喉道、孔隙和后喉道，前喉道的一端与第一液体储集区域(12)连通，前喉道的另一端与孔隙连通，后喉道的一端与孔隙连通，后喉道的另一端与第二液体储集区域(12-1)连通；微流控芯片本体在第一液体储集区域(12)处设有与第一液体储集区域(12)连通的进液口(5)，微流控芯片本体在第二液体储集区域(12-1)处设有与第二液体储集区域(12-1)连通的出液口(6)；微流控芯片本体具有亲水性且疏油性。

2.根据权利要求1所述的一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片，其特征在于，前喉道和后喉道的横截面为矩形，孔隙采用圆柱形。

3.根据权利要求2所述的一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片，其特征在于，微流控芯片本体中设有四组孔喉结构，四组孔喉结构分别为第一组孔喉结构、第二组孔喉结构、第三组孔喉结构和第四组孔喉结构，四组孔喉结构的孔喉比不同；四组孔喉结构中前喉道和后喉道深度相同，宽度不同；四组孔喉结构中孔隙的深度相同，直径不同；

第一组孔喉结构的孔隙直径等于第二组孔喉结构的孔隙直径，第二组孔喉结构的孔隙直径小于第三组孔喉结构的孔隙直径，第三组孔喉结构的孔隙直径小于第四组孔喉结构的孔隙直径；

第一组孔喉结构前喉道宽度小于和后喉道宽度；第一组孔喉结构的后喉道宽度、第二组孔喉结构的前喉道宽度和后喉道宽度、第三组孔喉结构的前喉道宽度和后喉道宽度以及第四组孔喉结构的前喉道宽度和后喉道宽度均相同。

4.根据权利要求3所述的一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片，其特征在于，第一组孔喉结构前喉道的长度为10-200μm，宽度为5-100μm，深度为10-100μm；第一组孔喉结构的孔隙直径为40-300μm，深度为10-100μm；第一组孔喉结构后喉道的长度为10-200μm，宽度为5-100μm，深度为10-100μm；第二组孔喉结构的孔隙直径为60-300μm，深度为10-200μm；第三组孔喉结构的孔隙直径为80-300μm，深度为10-200μm；第四组孔喉结构的孔隙直径为100-300μm，深度为10-200μm。

5.根据权利要求3或4所述的一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的微流控芯片，其特征在于，第一组孔喉结构、第二组孔喉结构、第三组孔喉结构和第四组孔喉结构的孔喉比分别为0.4:3.2:1、1:3.2:1、1:4:1和1:4.8:1。

6.一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验装置，其特征在于，包括双通道注射泵(1)、倒置显微镜(9)、电脑(10)、收集装置(11)以及权利要求1-5任意一项所述的微流控芯片(7)，双通道注射泵(1)通过连接管(4)与微流控芯片(7)的进液口(5)连接，连接管(4)上设有压力传感器(3)，微流控芯片(7)的出液口(6)通过管道连接至收集装置(11)；

微流控芯片(7)设置于倒置显微镜(9)的载物台上，倒置显微镜(9)上连接有高速成像装置(8)，高速成像装置(8)和压力传感器(3)均与电脑(10)连接。

7.根据权利要求6所述的一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验装置，其特征在于，所述的连接管(4)内径为0.010-0.020英寸；双通道注射泵(1)流速为2pL/min-200mL/min；压力传感器(3)测量的压力范围在0-1800kPa，能够测试正压及负压。

8.一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验方法，其特征在于，通过权利要求6或7所述的实验装置进行，包括如下步骤：

S1，双通道注射泵(1)的一个注射器中装模拟地层水，双通道注射泵(1)的另一个注射器中装模拟油；

S2，将微流控芯片(7)的进液口(5)和出液口(6)用连接管分别连接至双通道注射泵(1)和收集装置(11)；

S3，利用双通道注射泵(1)向微流控芯片(7)的进液口(5)注入模拟地层水，模拟地层水充满孔喉结构，模拟初始地层水饱和度的建立；

S4，利用双通道注射泵(1)向微流控芯片(7)的进液口(5)注入模拟油，模拟油注入到微流控芯片(7)内取代模拟地层水，直至油饱和度无变化，此过程模拟地层初始含油饱和度的建立；

S5，待模拟油饱和微流控芯片(7)后，利用双通道注射泵(1)向微流控芯片(7)的进液口(5)缓慢注入模拟地层水，待第一液体储集区域(12)的模拟地层水饱和后立停止注入模拟地层水；

S6，模拟地层水在毛细管力作用下进入饱和有模拟油的孔喉结构，并取代模拟油，此过程模拟天然多孔介质中的自发渗吸作用；渗吸作用开始时用高速成像装置(8)拍照，记录模拟地层水进入不同孔喉结构的界面曲率、渗吸置换速率和剩余油相饱和度，同时通过压力传感器(3)记录实时压力变化。

9.根据权利要求8所述的一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验方法，其特征在于，所述模拟地层水为与地层水成分和盐度相同的盐水；

S3中，双通道注射泵(1)向微流控芯片(7)的进液口(5)注入模拟地层水的流速为5-20μL/min；

S4中，双通道注射泵(1)向微流控芯片(7)的进液口(5)注入模拟油的流速为0.1-10μL/min；

S5中，双通道注射泵(1)向微流控芯片(7)的进液口(5)注入模拟地层水的流速为0.1-10μL/min。

10.根据权利要求8所述的一种可视化研究微观渗吸与孔喉比关系的实验方法，其特征在于，待S6结束后，将双通道注射泵(1)的通道内依次换上分别装满甲苯、甲醇和去离子水的注射器，依次以1mL/min-200mL/min的流速用甲苯、甲醇和去离子水冲刷微流控芯片(7)，直至微流控芯片(7)内部无残余；取下微流控芯片(7)，将微流控芯片(7)擦拭干净后放入烤箱烘干，以除去水和有机质残余。

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