CN113945317A - 基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置及方法，装置包括：气泡加压单元：用于向微观可视化测试单元中注入气泡；微观可视化测试单元：包括力致变色材料和孔喉结构，用于表征注入气泡过程中孔喉压力的变化；废液回收单元：用于回收通过微观可视化测试单元的气泡废液；数据采集及分析单元：用于采集微观可视化测试单元中孔喉压力的变化数据，并对其进行分析获得孔喉压力。本装置结构简单，易于实现，为物体内表面压力的测量提供了适合的途径，可以在不改变泡沫及孔喉结构的情况下，实现贾敏效应孔喉压力的实时测量，将孔喉压力变化产生的效果转化为压力数据表示出来，能够准确分析出泡沫等珠泡体系贾敏效应孔喉处的作用强度。
Description
技术领域
本发明属于孔喉压力测量技术领域，具体涉及一种基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置及方法。
背景技术
贾敏效应是指液-液或气-液两相渗流中的珠泡(液珠或气泡)通过孔隙吼道或孔隙窄口等时，产生的附加阻力效应。在油气臧岩石的孔隙中，这种液珠、气泡产生的毛细管阻力叠加起来，数值巨大，这对流体渗流是有害的。但是贾敏效应也可用于调整油层剖面，例如，采用向地层注入乳状液、乳化沥青、混气水、泡沫等方法堵塞大孔道，调整流体渗流剖面，通过增加驱替液的波及体积提高采收率。
在石油开发中，泡沫体系等应用广泛，而贾敏效应引起的孔喉压力的变化，是衡量泡沫体系的封堵效果，调剖能力的重要指标参数。
目前，对于泡沫体系在多孔介质中封堵效果的评价，主要通过测量出口入口压力的方式，以压差或阻力因子反应整体泡沫的封堵性能。然而，在应用过程中，通常会出现局部堵塞或局部封堵压力过高等现象，影响整体的封堵效果，而对于此类情况，无法通过出入两端压差进行判断甄别。基于试验驱替评价的结果，由于实际地层孔隙结构的差异出现重大偏差，影响泡沫体系的应用效果，造成重大资产损失。贾敏效应孔喉压力的测量至关重要。
对于孔喉压力的测量，目前的手段主要通过测量微观结构两端的压力进行整体测量，关键的孔喉处却无法测量，其难点在于，目前的开口式测压手段，一旦在孔喉处开口必然影响泡沫和孔喉的结构，无法反应真实的流动状态。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置及方法在不改变泡沫及孔喉结构的情况下，能够有效反应出孔喉压力的变化情况。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，包括：
气泡加压单元：用于向微观可视化测试单元中注入气泡；
微观可视化测试单元：包括力致变色材料和孔喉结构，用于表征注入气泡过程中孔喉压力的变化；
废液回收单元：用于回收通过微观可视化测试单元的气泡废液；
数据采集及分析单元：用于采集微观可视化测试单元中孔喉压力的变化数据，并对其进行分析获得孔喉压力。
本发明的有益效果为：
本发明装置结构简单，易于实现，是传统的开孔法和光学法测压的重要补充，为物体内表面压力的测量提供了适合的途径。
进一步地，所述气泡加压单元包括储液罐、蠕动泵、气瓶和气体流量计；
所述储液罐的出液口通过第一针阀与所述蠕动泵的注射器端口连接，所述气瓶通过第二针阀与气体流量计的入口连接，所述气体流量计的出口通过第三针阀与所述蠕动泵的注射器端口连接，所述蠕动泵的注射器端口还通过第四针阀与微观可视化测试单元中孔喉结构的进泡端连接。
上述进一步方案的有益效果为：通过上述气泡加压单元结构设置，可以向孔喉结构自动注入任何配比的气泡或泡沫体系，便于测量各种情况下的孔喉压力，提高了整个装置的普适性。
进一步地，所述蠕动泵的注射器端口为十字形通道结构，其分别与第一针阀、第三针阀和第四针阀连接。
上述进一步方案的有益效果为：对传统蠕动泵的注射器端口进行改造，使得一个结构能够同时连接多个设备，提高了孔喉压力的测量效率及避免了不同设备更换过程中噪声的测量误差。
进一步地，所述微观可视化测试单元为具有孔喉结构的有机玻璃；
所述孔喉结构的内表面涂有力致变色材料。
进一步地，所述力致变色材料为CAM材料，由TiO2/PVA薄膜顶部涂覆盖具有绿色荧光的锂皂石/荧光素薄膜构成。
上述进一步方案的有益效果为：利用力致变色材料颜色随压力变化的特点，可在不改变泡沫体系及孔喉结构的情况下快速测量出孔喉压力。
进一步地，所述废液回收单元包括回压阀、废液收集罐和中间容器；
所述微观可视化测试单元的出泡端通过第五针阀与回压阀的入口连接，所述回压阀的出口通过第六针阀与中间容器连接，所述废液收集罐设置于所述回压阀出液口的下方；
所述中间容器中设置有压力表。
上述进一步方案的有益效果为：通过设置废液回收单元将通过孔喉结构的气泡废液进行回收，使得能够持续测量不同泡沫或气泡体现下的孔喉压力。
进一步地，所述数据采集及分析单元包括相互连接的高清摄像头和计算机；
所述高清摄像头设置于所述微观可视化测试单元的具有孔喉结构一侧的上方。
上述进一步方案的有益效果为：通过高清摄像头实时采集气泡通过孔喉结构时的颜色变化图像，进而测量出对应的孔喉压力。
进一步地，所述微观可视化测试单元的下方设置有光源。
上述进一步方案的有益效果为：通过在微观可视化测试单元下方设置光源，使得高清摄像头能准确采集到不同压力对应的颜色图像，以便获取更准确的孔喉压力测量结果。
一种贾敏效应孔喉压力测量方法，包括以下步骤：
S1、基于力致变色材料的性能，制定压力-颜色图版；
S2、配置液体溶液加入到储液罐中，并准备气源；
S3、将液体溶液和气体依次泵入蠕动泵中，并利用蠕动泵向微观可视化测试单元中注入气泡；
S4、通过高清摄像头实时采集微观可视化测试单元注入气泡加压过程中的颜色图像，并将其传输至计算机；
S5、通过计算机将颜色图像和压力-颜色图版进行匹配对比，测量出对应孔喉压力分布数据。
本发明的有益效果为：本发明方法可以在不改变泡沫及孔喉结构的情况下，实现贾敏效应孔喉压力的实时测量，将孔喉压力变化产生的效果转化为压力数据表示出来，能够准确分析出泡沫等珠泡体系贾敏效应孔喉处的作用强度。
进一步地，所述步骤S1具体为：
对涂有力致变色材料的玻璃样本进行增压实验，采集不同压力下的样本图像，记录图像颜色与压力的对应关系，进而制定出压力-颜色图版；
所述步骤S3具体为：
打开第一针阀，关闭第三针阀和第四针阀，利用蠕动泵将液体溶液吸入到蠕动泵中；
打开气瓶、第二针阀和第三针阀，关闭第一针阀，在气体流量计的监测下利用蠕动泵将气瓶中的气体吸入至蠕动泵中与液体溶液混合形成气泡；
打开第四针阀，关闭第一针阀和第三针阀，利用蠕动泵向微观可视化测试单元中孔喉结构的进泡端注入气泡；
所述步骤S4中，在通过高清摄像头实时采集微观可视化测试单元注入气泡过程中，还通过废液回收单元对通过孔喉结构的气泡进行回收，回收方法具体为：
通过中间容器中的压力表实时测量中间容器的内部压力，当内部压力超过设定阈值时，控制回压阀开启，将微观可视化测量单元中通过孔喉结构的气泡从出泡端吸入至废液收集罐中。
上述进一步方案的有益效果为：基于力致变色材料随压力变化的特点，预先制定出压力-颜色图版，便于后期获得不同的颜色图像时确定对应的压力数据；基于蠕动泵注射器的十字形通道结构，使得液体和气体能快速配比出所需气泡，并注入至孔喉结构中，提高了孔喉压力的测量效率；通过废液回收单元对通过孔喉结构的气泡进行回收，形成一个连续孔喉压力测量过程，提供测量效率、
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置结构图。
图2为本发明实施例提供的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量方法流程图。
其中：1、储液罐；2、蠕动泵；3、气瓶；4、气体流量计；5、高清摄像头；6、微观可视化测试单元；7、计算机；8、光源；9、回压阀；10、废液收集罐；11、中间容器；12、力致变色材料；13、第一针阀；14、第二针阀；15、第三针阀；16、第四针阀；17、第五针阀；18、第六针阀；19、十字形通道结构。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1：
基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，包括：
气泡加压单元：用于向微观可视化测试单元6中注入气泡；
微观可视化测试单元6：包括力致变色材料12和孔喉结构，用于表征注入气泡过程中孔喉压力的变化；
废液回收单元：用于回收通过微观可视化测试单元6的气泡废液；
数据采集及分析单元：用于采集微观可视化测试单元6中孔喉压力的变化数据，并对其进行分析获得孔喉压力。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，气泡加压单元包括储液罐1、蠕动泵2、气瓶3和气体流量计4；
储液罐1的出液口通过第一针阀13与蠕动泵2的注射器端口连接，气瓶3通过第二针阀14与气体流量计4的入口连接，气体流量计4的出口通过第三针阀15与蠕动泵2的注射器端口连接，蠕动泵2的注射器端口还通过第四针阀16与微观可视化测试单元6中孔喉结构的进泡端连接。
其中，蠕动泵2的注射器端口为十字形通道结构19，其分别与第一针阀13、第三针阀15和第四针阀16连接，便于与其他各个设备进行连接。
本实施例中的储液罐1用于盛放液体，如水或泡沫液；蠕动泵2用于吸入液体和注入系列泡沫；气瓶3用于提供体系的气相；气体流量计4用于监测从气瓶3进入到蠕动泵2的气体量，以便配出所需系列泡沫。
在本发明的一个实施例中，如图1所示微观可视化测试单元6为具有孔喉结构的有机玻璃；孔喉结构的内表面涂有力致变色材料12，力致变色材料12为CAM材料，由TiO2/PVA薄膜顶部涂覆盖具有绿色荧光的锂皂石/荧光素薄膜构成。
本实施例中的力致变色材料12能够随着压力的变化呈现出不同的颜色，因而可以通过颜色变化来确定孔喉压力，本实施例中的孔喉结构的孔喉尺寸在微米级别。
在本实发明的一个实施例中，废液回收单元包括回压阀9、废液收集罐10和中间容器11；
微观可视化测试单元6的出泡端通过第五针阀17与回压阀9的入口连接，回压阀9的出口通过第六针阀18与中间容器11连接，废液收集罐10设置于回压阀9出液口的下方；中间容器11中设置有压力表。
本实施例中的回压阀9用于给系统提供回压，其回压由带有压力表的中间容器11中的气体控制，废液收集罐10用于收集通过孔喉结构的气泡废液。
在本发明的一个实施例中，数据采集及分析单元包括相互连接的高清摄像头5和计算机7；高清摄像头5设置于微观可视化测试单元6的具有孔喉结构一侧的上方。
本发明实施例中的高清摄像头5用于捕获微观可视化测试单元6表层的图像，计算机7用于存储和分析采集的图像，并确定出孔喉压力数据。
在本发明的一个实施例中，微观可视化测试单元6的下方设置有光源8，通过光源8对微观可视化测试单元6的进行照射，使得高清摄像头5采集到更加清晰的表层图像。
实施例2：
如图2所示，一种贾敏效应孔喉压力测量方法，包括以下步骤：
S1、基于力致变色材料的性能，制定压力-颜色图版；
S2、配置液体溶液加入到储液罐中，并准备气源；
S3、将液体溶液和气体依次泵入蠕动泵中，并利用蠕动泵向微观可视化测试单元中注入气泡；
S4、通过高清摄像头实时采集微观可视化测试单元注入气泡加压过程中的颜色图像，并将其传输至计算机；
S5、通过计算机将颜色图像和压力-颜色图版进行匹配对比，测量出对应孔喉压力分布数据。
本发明实施例的步骤S1具体为：
对涂有力致变色材料的玻璃样本进行增压实验，采集不同压力下的样本图像，记录图像颜色与压力的对应关系，进而制定出压力-颜色图版；
基于力致变色材料随压力变化的特点，预先制定出压力-颜色图版，便于后期获得不同的颜色图像时确定对应的压力数据。
上述步骤S3具体为：
打开第一针阀，关闭第三针阀和第四针阀，利用蠕动泵将液体溶液吸入到蠕动泵中；
打开气瓶、第二针阀和第三针阀，关闭第一针阀，在气体流量计的监测下利用蠕动泵将气瓶中的气体吸入至蠕动泵中与液体溶液混合形成气泡；
打开第四针阀，关闭第一针阀和第三针阀，利用蠕动泵向微观可视化测试单元中孔喉结构的进泡端注入气泡；
在上述过程中，基于蠕动泵注射器的十字形通道结构，使得液体和气体能快速配比出所需气泡，并注入至孔喉结构中，提高了孔喉压力的测量效率；
上述步骤S4中，在通过高清摄像头实时采集微观可视化测试单元注入气泡过程中，还通过废液回收单元对通过孔喉结构的气泡进行回收，回收方法具体为：
通过中间容器中的压力表实时测量中间容器的内部压力，当内部压力超过设定阈值时，控制回压阀开启，将微观可视化测量单元中通过孔喉结构的气泡从出泡端吸入至废液收集罐中。
在上述过程中，通过废液回收单元对通过孔喉结构的气泡进行回收，形成一个连续孔喉压力测量过程，提供测量效率。
实施例3：
本实施例中提供基于上述测量方法进行孔喉压力测量的实例，包括以下步骤：
(1)确定力致变色材料为CAM材料(TiO2/PVA薄膜顶部涂覆具有绿色荧光的锂皂石/荧光素薄膜构成)，对力致变色材料12进行样本训练：对涂有材料的玻璃样本进行增压实验，压力从0.01MPa逐渐增加到10MPa，采集不同压力下的样本图像，提取颜色，制定压力-颜色图版，如表1：
表1：
| 压力/MPa | 0.01 | 0.05 | 0.1 | 0.2 | 0.5 |
| 颜色/RGB | (152,251,152) | (143,188,152) | (50,205,50) | (0,255,0) | (127,255,0) |
| 压力/MPa | 1 | 2 | 5 | 10 | |
| 颜色/RGB | (154,205,50) | (255,255,0) | (255,215,0) | (255,165,0) |
(2)配置用于泡沫体系的液体溶液，0.3wt％SDS加入到储液罐1中，气瓶3为N2。
(3)打开第一针阀13、关闭第四针阀14和第三针阀15，利用蠕动泵2将溶液吸入到注射器中；关闭第一针阀13，打开第四针阀14和第三针阀15，打开气源3，通过气体流量计4泵入气体，注入速度0.04mL/min；通过回压阀9设置回压为0.5MPa，利用蠕动泵2向微观可视化测试单元6注入系列气泡，注入速度为0.06mL/min。
(4)通过高清摄像头5，实时采集微观可视化测试单元6上层图像。
(5)利用计算机7对采集的图像进行分析，匹配对应的压力-颜色图版，得到沿孔喉的压力分布数据。
根据采集的图像分析，其中三个采集点的颜色数据分别为：(130,190,130)、(45，210，45)、(10,255,10)；匹配表1中的颜色(插值)可得压力约为：0.06MPa、0.11MPa、0.19MPa。
根据测得的分布压力数据可知，本实施例中的方法可以有效的根据颜色变化获取对应的孔喉压力值，前面制定的压力-颜色版量程越小，后面测量得到的孔喉压力值越准确。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。
Claims (10)
1.基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，其特征在于，包括：
气泡加压单元：用于向微观可视化测试单元(6)中注入气泡；
微观可视化测试单元(6)：包括力致变色材料(12)和孔喉结构，用于表征注入气泡过程中孔喉压力的变化；
废液回收单元：用于回收通过微观可视化测试单元(6)的气泡废液；
数据采集及分析单元：用于采集微观可视化测试单元(6)中孔喉压力的变化数据，并对其进行分析获得孔喉压力。
2.根据权利要求1所述的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，其特征在于，所述气泡加压单元包括储液罐(1)、蠕动泵(2)、气瓶(3)和气体流量计(4)；
所述储液罐(1)的出液口通过第一针阀(13)与所述蠕动泵(2)的注射器端口连接，所述气瓶(3)通过第二针阀(14)与气体流量计(4)的入口连接，所述气体流量计(4)的出口通过第三针阀(15)与所述蠕动泵(2)的注射器端口连接，所述蠕动泵(2)的注射器端口还通过第四针阀(16)与微观可视化测试单元(6)中孔喉结构的进泡端连接。
3.根据权利要求2所述的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，其特征在于，所述蠕动泵(2)的注射器端口为十字形通道结构(19)，其分别与第一针阀(13)、第三针阀(15)和第四针阀(16)连接。
4.根据权利要求1所述的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，其特征在于，所述微观可视化测试单元(6)为具有孔喉结构的有机玻璃；
所述孔喉结构的内表面涂有力致变色材料(12)。
5.根据权利要求4所述的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，其特征在于，所述力致变色材料(12)为CAM材料，由TiO2/PVA薄膜顶部涂覆盖具有绿色荧光的锂皂石/荧光素薄膜构成。
6.根据权利要求1所述的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，其特征在于，所述废液回收单元包括回压阀(9)、废液收集罐(10)和中间容器(11)；
所述微观可视化测试单元(6)的出泡端通过第五针阀(17)与回压阀(9)的入口连接，所述回压阀的出口(9)通过第六针阀(18)与中间容器(11)连接，所述废液收集罐(10)设置于所述回压阀(9)出液口的下方；
所述中间容器(11)中设置有压力表。
7.根据权利要求1所述的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，其特征在于，所述数据采集及分析单元包括相互连接的高清摄像头(5)和计算机(7)；
所述高清摄像头(5)设置于所述微观可视化测试单元(6)的具有孔喉结构一侧的上方。
8.根据权利要求1所述的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置，其特征在于，所述微观可视化测试单元(6)的下方设置有光源(8)。
9.一种基于权利要求1～8任意所述的基于力致变色材料的贾敏效应孔喉压力测量装置的贾敏效应孔喉压力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于力致变色材料的性能，制定压力-颜色图版；
S2、配置液体溶液加入到储液罐中，并准备气源；
S3、将液体溶液和气体依次泵入蠕动泵中，并利用蠕动泵向微观可视化测试单元中注入气泡；
S4、通过高清摄像头实时采集微观可视化测试单元注入气泡加压过程中的颜色图像，并将其传输至计算机；
S5、通过计算机将颜色图像和压力-颜色图版进行匹配对比，测量出对应孔喉压力分布数据。
10.根据权利要求9所述的贾敏效应孔喉压力测量方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
对涂有力致变色材料的玻璃样本进行增压实验，采集不同压力下的样本图像，记录图像颜色与压力的对应关系，进而制定出压力-颜色图版；
所述步骤S3具体为：
打开第一针阀，关闭第三针阀和第四针阀，利用蠕动泵将液体溶液吸入到蠕动泵中；
打开气瓶、第二针阀和第三针阀，关闭第一针阀，在气体流量计的监测下利用蠕动泵将气瓶中的气体吸入至蠕动泵中与液体溶液混合形成气泡；
打开第四针阀，关闭第一针阀和第三针阀，利用蠕动泵向微观可视化测试单元中孔喉结构的进泡端注入气泡；
所述步骤S4中，在通过高清摄像头实时采集微观可视化测试单元注入气泡过程中，还通过废液回收单元对通过孔喉结构的气泡进行回收，回收方法具体为：
通过中间容器中的压力表实时测量中间容器的内部压力，当内部压力超过设定阈值时，控制回压阀开启，将微观可视化测量单元中通过孔喉结构的气泡从出泡端吸入至废液收集罐中。
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