CN111487161A - 一种基于微通道的微观剩余油生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微通道的微观剩余油生成装置，该装置包括：原油与驱替相注入系统，可生成微观剩余油的微通道系统以及信息采集系统。所述原油与驱替相注入系统用于提供微观剩余油生成所需的流动条件；所述信息采集系统包括高速摄像机与显微镜，用于实现实时观测剩余油生成过程并对剩余油进行图像采集。所述微通道系统主要包括：剩余油类型切换器、盲端剩余油生成系统、孔喉捕集剩余油生成系统及壁面剩余油生成系统，分别用于控制原油的流动方向以及生成三种类型的剩余油。本发明可精准定量地生成孔隙中不同类型的微观剩余油，为剩余油启动及提高原油采收率研究提供有效的实验手段。

Description

一种基于微通道的微观剩余油生成装置
技术领域
本发明涉及一种基于微通道的微观剩余油生成装置，属于油气田开发工程领域。
背景技术
油田经过长时间水驱开发后，地下存在大量尚未动用的剩余油。这些剩余油主要分为三类：附着于岩石孔隙壁面的壁面剩余油；存在于岩石孔隙盲端处的盲端剩余油；以及由于贾敏效应被捕集在喉道前端的剩余油。目前常用的微观可视化剩余油启动研究手段主要为二维微观刻蚀模型驱替实验，但是所制作的玻璃模型无法拆开进行清洗，导致其使用寿命较短，同时刻蚀的岩石孔隙形状往往较为复杂，三种类型的剩余油总是随机出现，且空间分布不均，无法定性且定量的生成上述类型的剩余油。因此，为针对特定类型剩余油进行深入研究，需要制造一种可以精准且定量生成不同种类剩余油的装置。
发明内容
为精准且定量生成三种微观剩余油，研究不同类型剩余油启动机理，本发明提供了一种基于微通道的微观剩余油生成装置，该装置包括：
原油与驱替相注入系统、可生成微观剩余油的微通道系统和信息采集系统；
所述原油与驱替相注入系统包括两台微量注射泵与两只高精度注射器；
其中，两只高精度注射器分别固定于两台微量注射泵上；
所述信息采集系统包括高速摄像机一台与高分辨率显微镜一台；
所述可生成微观剩余油的微通道系统包括塑料软管与聚甲基丙烯酸甲酯所制成的微流控芯片；
其中，微流控芯片置于显微镜的载物台上；
所述微流控芯片的外形尺寸为14cm×8cm×1.5cm，制作材料为聚甲基丙烯酸甲酯，包括：
原油注入端口、驱替相注入端口、采出端口与激光刻蚀通道；
其中，原油注入端口与驱替相注入端口通过塑料软管分别与两只高精度注射器相连；
其中，采出端口与塑料软管一端相连，然后将塑料软管另一端置于废液收集容器内，用于收集废液；
所述微流控芯片的激光刻蚀通道包括：
控制剩余油生成类型的十字形剩余油类型切换器，壁面剩余油生成系统，孔喉捕集剩余油生成系统，盲端剩余油生成系统和一条与三个剩余油生成系统连接的主通道；
其中，原油注入端口位于十字形剩余油类型切换器上方；
其中，主通道最左端为驱替相注入端口，最右端为采出端口；
其中，三种剩余油生成系统与主通道垂直连接，从左至右分别为：壁面剩余油生成系统、盲端剩余油生成系统和孔喉捕集剩余油生成系统；
上述通道，包括十字形剩余油类型切换器，三种剩余油生成系统以及主通道(不包括其喉道结构)的深度均为500μm。主通道长12cm。三条剩余油生成通道均长5cm。除壁面剩余油生成系统内部的毛细阀以及主通道所包含的喉道结构外，其余各通道的宽度均为500μm。
其中，所述控制剩余油生成类型的十字形剩余油类型切换器包含有三个可于垂直方向上下移动的阀门，通过控制阀门闭合可有选择性的将原油注入上述某个剩余油生成系统内；
所述壁面剩余油生成通道与所述主通道联通处有一毛细单向阀与一层超疏水超亲油过滤膜；
其中，所述毛细单向阀总长度为2cm，包括毛细管道部分以及靠近主通道处的等腰三角形缓冲区；
其中，所述毛细管道部分长为1.9cm，宽为100μm；
其中，所述超疏水超亲油过滤膜位于缓冲区后，可防止驱替相溶液渗透回毛细单向阀中；
所述盲端剩余油生成系统包含有一个滑动阀，其与主通道联通处有一毛细钉止阀；
其中，所述滑动阀不仅可以上下移动封闭刻蚀通道，还可滑动确定盲端的深度；
其中，所述毛细钉止阀位于盲端剩余油生成系统与主通道联通处，此阀中心处有一直径为50μm的圆孔，以防止注入原油过程中因注入速度过快而导致原油冲入主通道中；
所述孔喉捕集剩余油生成系统与所述主通道联通处有一喉道结构与一个可于垂直方向上下移动的阀门；
其中，所述喉道结构长为0.5cm，宽为100μm，深度为100μm；
本发明通过在现有的聚甲基丙烯酸甲酯所制成的微流控芯片上加装多种控制阀门，借助高速摄像机记录系统实现了微观条件下水驱后出现的三种剩余油的生成，具备以下优点：
(1)可精准的在特定微通道处生成不同类型微观剩余油，包括壁面剩余油、盲端剩余油以及孔喉捕集剩余油。
(2)三种微观剩余油可分别单独生成，也可依次生成后共同存在于微通道中。
(3)三种微观剩余油的油滴体积可通过注入速度调控。
(4)盲端剩余油的盲端深度可自由调节。
附图说明
图1为本发明所述基于微通道的微观剩余油生成装置的结构示意图；
其中，1-微量注射泵，2-微量注射泵，3-高精度注射器，4-高精度注射器，5-高速摄像机，6-高分辨率显微镜，7-计算机，8-塑料软管，9-聚甲基丙烯酸甲酯所制成的微流控芯片，10-驱替相注入端口，11-原油注入端口，12-采出端口，13-控制剩余油生成类型的十字形剩余油类型切换器，14-壁面剩余油生成系统，15-盲端剩余油生成系统，16-孔喉捕集剩余油生成系统，17-主通道，18-阀，19-阀，20-阀，21-毛细通道，22-等腰三角形缓冲区，23-超疏水超亲油过滤膜，24-滑动阀，25-毛细钉止阀，26-喉道结构，27-阀。
图2为壁面剩余油生成后示意图。
图3为盲端剩余油生成后示意图。
图4为喉道前端剩余油生成后示意图。
具体实施方式
结合图1并通过具体实施例对本发明的整体连接进行详细描述。
本实施例展示了一种基于微通道的微观剩余油生成装置的连接方式，包括原油与驱替相注入系统，可生成微观剩余油的微通道系统以及信息采集系统。
所述原油与驱替相注入系统包括两台微量注射泵：微量注射泵(1)与微量注射泵(2)以及两个高精度注射器：注射器(3)与注射器(4)。注射器(3)与注射器(4)分别固定于泵(1)与泵(2)上。
所述可生成微观剩余油的微通道系统由塑料软管与聚甲基丙烯酸甲酯所制成的微流控芯片组成。
微流控芯片包含一个驱替相注入端口(10)，一个原油注入端口(11)，一个采出端口(12)。注射器(3)与注射器(4)分别通过塑料软管(8)与驱替相注入端口(10)，以及原油注入端口(11)相连接。采出端口(12)通过塑料软管(8)与废液收集容器(9)相连接。高速摄像机(5)与高分辨率显微镜(6)相连接。微流控芯片置于显微镜下。同时显微镜与计算机(7)相连接用以记录剩余油生成过程。
进一步对本发明操作流程进行详细描述。
本发明工作时，如果要生成壁面剩余油，首先关闭十字形剩余油类型切换器处的两个阀门：阀门(19)与阀门(20)，保持阀门(18)畅通。通过注射器(3)向驱替相注入端口(10)缓慢注入驱替相溶液直至饱和整个芯片的通道，随后停止注入驱替相溶液。通过高精度注射器(4)向原油注入端口(11)缓慢注入原油，使用显微镜观察原油-溶液界面的移动。当两相界面越过三角形缓冲区域(22)以及超疏水超亲油过滤膜(23)并最终形成一定体积的壁面剩余油时，立即停止注入原油，随后展开后续实验，图2为壁面剩余油生成后示意图。
本发明工作时，如果要生成盲端剩余油，首先关闭十字形剩余油类型切换器处的两个阀门：阀门(18)与阀门(19)，保持阀门(20)畅通。通过高精度注射器(3)向驱替相注入端口(10)缓慢注入驱替相溶液直至饱和整个芯片的通道，随后停止注入驱替相溶液。随后将阀门(24)上提打开，并关闭毛细钉止阀(25)。通过高精度注射器(4)向原油注入端口(11)缓慢注入原油，使用显微镜观察原油-溶液界面的移动。当两相界面恰好到达带孔阀门(25)时，停止注入原油。上下滑动阀门(24)至一定距离并下按将其关闭，上拉打开带孔阀门(25)，随后展开后续实验，图3为盲端剩余油生成后示意图。
如果要生成由贾敏效应所捕集的油滴，即孔喉捕集剩余油，首先关闭微流控芯片十字处的阀门(18)与阀门(20)，保持阀门(19)以及阀门(26)畅通。通过高精度注射器(3)向驱替相注入端口(10)缓慢注入驱替相溶液直至饱和整个芯片的通道，随后停止注入驱替相溶液。随后通过高精度注射器(4)向原油注入端口(11)缓慢注入原油，使用显微镜观察原油-溶液界面的移动。当原油在喉道前端恰好生称一定体积的油滴后，立即停止注入原油，并关闭阀门(26)，随后展开后续实验，图4为喉道前端剩余油生成后示意图。

Claims (5)

1.一种基于微通道的微观剩余油生成装置，其特征在于，包括：
原油与驱替相注入系统，可生成微观剩余油的微通道系统以及信息采集系统；
所述原油与驱替相注入系统包括两台微量注射泵：微量注射泵(1)与微量注射泵(2)以及两个高精度注射器：注射器(3)与注射器(4)；
其中，注射器(3)与注射器(4)分别固定于泵(1)与泵(2)上，两个注射器用于向微流控芯片内分别注入原油以及驱替相；
所述信息采集系统包括：高速摄像机(5)、高分辨率显微镜(6)和计算机(7)；
其中，高速摄像机(5)与高分辨率显微镜(6)相连接，高分辨率显微镜(6)与计算机(7)相连接，用于实时观测剩余油生成过程并对剩余油进行图像采集；
所述可生成微观剩余油的微通道系统包括：塑料软管(8)、聚甲基丙烯酸甲酯所制成的微流控芯片和废液收集容器(9)；
其中，所述微流控芯片包括：驱替相注入端口(10)、原油注入端口(11)、采出端口(12)和激光刻蚀通道区域；
其中，所述微流控芯片的激光刻蚀通道包括：
控制剩余油生成类型的十字形剩余油类型切换器(13)，壁面剩余油生成系统(14)，盲端剩余油生成系统(15)，孔喉捕集剩余油生成系统(16)和一条与三个剩余油生成系统连接的主通道(17)；
所述注射器(3)通过塑料软管与驱替相注入端口(10)相连接，注射器(4)通过塑料软管与原油注入端口(11)相连接；
所述采出端口(12)通过塑料软管最终接入废液收集容器(9)内，用于收集芯片内流出的废液。
2.根据权利要求1所述的一种基于微通道的微观剩余油生成装置，其特征在于，所述控制剩余油生成类型的十字形剩余油类型切换器(13)包含有三个可于垂直方向上下移动的阀门：阀(18)、阀(19)和阀(20)，其作用在于可以对注入的原油进行分流，使原油只进入一个剩余油生成系统从而生成单一类型的剩余油。
3.根据权利要求1所述的一种基于微通道的微观剩余油生成装置，其特征在于，所述壁面剩余油生成系统(14)包含有一个由毛细通道(21)和等腰三角形缓冲区(22)组成的毛细单向阀与一层超疏水超亲油过滤膜(23)，分别用于精准生成壁面剩余油以及防止形成壁面剩余油后的倒流。
4.根据权利要求1所述的一种基于微通道的微观剩余油生成装置，其特征在于，盲端剩余油生成系统(15)包括一个滑动阀(24)和一毛细钉止阀(25)，分别用于控制盲端剩余油的深度以及防止生成盲端剩余油过程中原油冲入主通道内。
5.根据权利要求1所述的一种基于微通道的微观剩余油生成装置，其特征在于，所述孔喉捕集剩余油生成系统(16)包括一个喉道结构(26)和可于垂直方向上下移动的阀门(27)。
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