CN114441375B - 碳酸盐岩模型及碳酸盐岩化学驱性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳酸盐岩模型及碳酸盐岩化学驱性能测试方法。该模型包括设有流体注入、排出口的透明基质，透明基质内设界面张力、混溶扩散、润湿改性和驱替吞吐反排性能测试区至少之一；界面张力性能测试区包括第一流动腔和出口与第一流动腔入口连通、入口与流体注入口连通的第一、二流体注入通道；混溶扩散性能测试区包括第一流体通道和一端与第一流体通道中段连通、另一端可封闭的扩散腔；润湿改性性能测试区包括第二流动腔；驱替吞吐反排性能测试区包括依次连接的第二流体通道、多孔介质模拟腔、第三流体通道，一端与第二流体通道中段连通、另一端可封闭的第一压力测试通道，及一端与第三流体通道中段连通、另一端可封闭的第二压力测试通道。
Description
技术领域
本发明属于油气开发技术领域，涉及一种碳酸盐岩模型及碳酸盐岩化学驱性能测试方法。
背景技术
目前，碳酸盐岩油藏的产油量已经占到了全球原油总产量的1/3，提高碳酸盐岩油藏采收率对全球的原油供应具有重要意义。碳酸盐岩储层由于非均质性强且润湿性偏油湿等原因，衰竭式开发和注水开发普遍效果较差。化学驱作为一种成本低且对作业环境和储层条件要求较低的提高采收率技术已在碳酸盐岩油藏中得到了广泛应用，世界各国的科研人员研发了大量可用于碳酸盐岩油藏提高采收率的化学药剂。由于不同化学药剂的性能和适用范围差异较大，因此在实际油藏实施化学驱作业前需要进行大量的化学药剂筛选与评价工作。
化学驱提高采收率过程中对药剂性能的要求主要包括降低界面张力、润湿改性和原油乳化等。研究人员通常可通过旋转界面张力仪、接触角测量仪等设备类来进行静态参数测试，并结合岩心驱替实验结果来完成药剂的筛选。但上述筛选过程中使用的设备均为通用性设备，测量时间长、实验工作量大。此外，上述方法也存在无法测量超低界面张力体系下的油-化学体系接触角，以及无法测量高粘体系界面张力等问题。再者，上述方法测量的界面张力和接触角均为静态条件下的测试结果，未考虑储层中流体流动的影响。
目前，需要建立适应于碳酸盐岩油藏化学驱提高采收率化学药剂筛选的测试装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适应于碳酸盐岩油藏化学驱提高采收率药剂筛选、机理研究等的碳酸盐岩模型以及基于该模型的碳酸盐岩化学驱性能测试方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种碳酸盐岩模型，其中，该模型包括透明基质；所述透明基质内部设置测试区；所述透明基质设置有至少一个流体注入口和至少一个流体排出口，用以实现向测试区供给流体、自测试区排出流体；其中，
透明基质内部设置的测试区包括界面张力性能测试区、混溶扩散性能测试区、润湿改性性能测试区和驱替吞吐反排性能测试区中的至少一种；其中，
所述界面张力性能测试区包括设有入口、出口的第一流动腔和第一流体注入通道、第二流体注入通道；第一流体注入通道、第二流体注入通道的出口与第一流动腔的入口连通；当透明基质内部设置的测试区包括界面张力性能测试区时，所述至少一个流体注入口包括第一流体注入口和第二流体注入口，第一流体注入口与第一流体注入通道入口连通，第二流体注入口与第二流体注入通道入口连通；
所述混溶扩散性能测试区包括扩散腔和设有入口、出口的第一流体通道，所述扩散腔的一端与第一流体通道的中段连通、另一端可封闭；
所述润湿改性性能测试区包括设有入口、出口的第二流动腔；
所述驱替吞吐反排性能测试区包括第二流体通道、多孔介质模拟腔、第三流体通道、第一压力测试通道和第二压力测试通道；所述第二流体通道、多孔介质模拟腔、第三流体通道依次连接且相互连通，所述第一压力测试通道的一端与第二流体通道的中段连通、另一端可封闭，所述第二压力测试通道的一端与第三流体通道的中段连通、另一端可封闭；所述第二流体通道设有入口，所述第三流体通道设有出口。
上述碳酸盐岩模型为能够用于量化学驱过程中界面张力、润湿改性、混溶扩散和/或吞吐反排效率等性能的碳酸盐岩微观模型。
上述碳酸盐岩模型在多孔介质模拟腔两侧设计了第一压力测试通道和第二压力测试通道，利用气体压缩的原理对流体流入、流出多孔介质模拟腔的压力进行了测量，解决了微通道压力测量的难题，有助于研究化学药剂驱油与原油返排过程中注入压力的动态变化。
在上述碳酸盐岩模型中，优选地，所述基质为冰洲石；选用冰洲石与真实储层更为相近，实验结果更为精确。
在一具体实施方式中，所述第一流动腔为柱状腔，所述第一流动腔的深度为100μm、宽度为100μm。
在一具体实施方式中，所述第一流体通道的深度为30μm、宽度为30μm，所述扩散腔的深度为30μm、宽度为50μm。
在上述碳酸盐岩模型中，优选地，所述第二流动腔由至少两个椭圆柱状腔依次相贯形成，各椭圆柱腔形状尺寸相同、顶面位于同一平面上、底面位于同一平面上且顶面短轴线位于同一直线上；当所述第二流动腔由至少三个椭圆柱状腔依次相贯形成时，相邻的椭圆柱状腔相贯形成的相贯线形状尺寸相同；
更优选地，各椭圆柱腔的横截面的长轴长度与短轴长度比值为2.5:1；
在一具体实施方式中，各椭圆柱腔的横截面的长轴长度为500μm、短轴长度为200μm，各椭圆柱腔的深度为60μm；优选地，相邻的椭圆柱状腔相贯形成的相贯线围成一个宽度为30μm、深度为60μm的长方形。
在上述碳酸盐岩模型中，优选地，所述第一压力测试通道和第二压力测试通道的形状尺寸相同，第二流体通道、第三流体通道的宽度、深度相同。
在上述碳酸盐岩模型中，优选地，所述第一压力测试通道的深度不超过第二流体通道深度的0.5倍，所述第二压力测试通道的深度不超过第三流体通道深度的0.5倍；从而尽可能的保证流体流动过程中不会因流场扰动进入压力测试通道中影响压力计量效果；压力测试通道的长度需满足驱替吞吐反排性能测试的压力波动需要即可；
在一具体实施方式中，第一压力测试通道的长度为1cm、深度为15μm、宽度为20μm，第二流体通道的深度为30μm、宽度为30μm；
在一具体实施方式中，第二压力测试通道的长度为1cm、深度为15μm、宽度为20μm，第三流体通道的深度为30μm、宽度为30μm。
在上述碳酸盐岩模型中，多孔介质模拟腔中的孔隙结构根据实际需要进行刻画即可；在一具体实施方式中，多孔介质模拟腔的总长度为1cm、总宽度为1cm、深度为30μm。
在上述碳酸盐岩模型中，优选地，界面张力性能测试区进一步包括第三流体注入通道，所述至少一个流体注入口进一步包括第三流体注入口，第三流体注入通道的入口与第三流体注入口连通，第三流体注入通道的出口与第一流动腔的入口连通；
进一步优选地，第一流体注入通道、第二流体注入通道、第三流体注入通道中相邻两个流体注入通道的夹角为45°。
在上述碳酸盐岩模型中，优选地，透明基质内部设置的测试区包括界面张力性能测试区、混溶扩散性能测试区、润湿改性性能测试区和驱替吞吐反排性能测试区中的至少两种，透明基质内部设置的各测试区相互连通；
更优选地，透明基质内部设置的测试区包括界面张力性能测试区、混溶扩散性能测试区、润湿改性性能测试区和驱替吞吐反排性能测试区中的至少三种，透明基质内部设置的各测试区相互连通；
进一步优选地，透明基质内部设置的测试区包括界面张力性能测试区、混溶扩散性能测试区、润湿改性性能测试区和驱替吞吐反排性能测试区，界面张力性能测试区、混溶扩散性能测试区、润湿改性性能测试区和驱替吞吐反排性能测试区相互连通；
再优选地，第一流动腔的出口与第一流体通道的入口连通、第一流体通道的出口与第二流动腔的入口连通、第二流动腔的出口与第二流体通道的入口连通；
在上述优选技术方案中，形成了集界面张力、接触角、扩散系数、驱油效率、反排效率等化学药剂性能测试于一体的微观模型，能够实现化学药剂提高碳酸盐岩油藏原油采收率效果的快速评价。
在一具体实施方式中，透明基质内部设置的测试区包括界面张力性能测试区、混溶扩散性能测试区、润湿改性性能测试区和驱替吞吐反排性能测试区，界面张力性能测试区、混溶扩散性能测试区、润湿改性性能测试区和驱替吞吐反排性能测试区相互连通；第一流动腔的出口与第一流体通道的入口连通、第一流体通道的出口与第二流动腔的入口连通、第二流动腔的出口与第二流体通道的入口连通；
流体排出口的数量为两个，一个流体排出口与第三流体通道出口连通，另一个流体排出口与扩散腔可封闭的一端连通。
在上述碳酸盐岩模型中，优选地，该模型是由透明基质基底片和透明基质盖片粘合形成的；
更优选地，该模型通过下述方式制备得到：
片材获取步骤：获取两块相同尺寸的透明基质片材分别作为透明基质基底片片材和透明基质盖片片材；
结构图案获取步骤：获取所述透明基质内部设置以及流体注入口和流体排出口的结构图案；
透明基质基底片获取步骤：在透明基质基底片片材表面上，按照设计的所述结构图案进行刻画得到透明基质基底片；其中，当透明基质内部设置的测试区包括驱替吞吐反排性能测试区时，多孔介质模拟腔在透明基质基底片片材上刻画为一个与其总尺寸对应的凹槽；
透明基质盖片获取步骤：当透明基质内部设置的测试区包括驱替吞吐反排性能测试区时，在透明基质盖片片材表面上，定位多孔介质模拟腔区域并按照所述结构图案进行多孔介质模拟腔中多孔结构雕刻制备多孔结构雕刻凸模得到透明基质盖片；
当透明基质内部设置的测试区不包括驱替吞吐反排性能测试区时，将透明基质盖片片材直接作为透明基质盖片；
粘合步骤：利用粘结剂将透明基质基底片与透明基质盖片贴合到一起得到模型，将模型在压紧条件下利用流体注入口注入洗胶剂清洗模型流动通道中残余的粘合剂；
贴合处理步骤：将首次粘合步骤得到的模型放入纳米压印机中，在10bar和40℃的条件下封压8小时进行贴合处理；
后处理步骤：将贴合处理后的模型在压紧条件下利用流体注入口注入洗胶剂清洗模型流动通道中残余的粘合剂；
在该优选技术方案中，利用榫卯原理进行了微观模型中多孔介质模拟腔三维孔隙结构的制作，使得用于驱油效率和返排效率评价的孔隙通道与真实储层中的孔隙更为相近，有助于模拟化学驱药剂-原油在真实储层中的流动动态。
本发明还提供一种碳酸盐岩化学驱性能测试方法，该方法使用上述碳酸盐岩模型进行，其中，该方法包括：
利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行界面张力性能测试、利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行混溶扩散性能测试、利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行润湿改性性能测试和/或利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行驱替吞吐反排性能测试；
其中，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行界面张力性能测试包括：同时利用不同的流体注入通道向第一流动腔中注入模拟油和待测化学驱药剂；待第一流动腔有稳定液滴出现后，测量液滴尺寸，进而确定界面张力；
其中，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行混溶扩散性能测试包括：向饱和模拟油后的碳酸盐岩模型注入待测化学驱药剂，待测化学驱药剂流至第一流体通道与扩散腔的接口位置后，定期观察扩散腔中的待测化学驱药剂扩散情况，进而确定待测化学驱药剂的扩散系数；
其中，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行润湿改性性能测试包括：向饱和模拟油后的碳酸盐岩模型注入待测化学驱药剂，待测化学驱药剂流至第二流动腔入口后，测量并记录不同时刻第二流动腔中的接触角，进而得到接触角动态变化曲线；
其中，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行驱替吞吐反排性能测试时，所用的饱和模拟油后的碳酸盐岩模型中第一压力测试通道和第二压力测试通道中均保留有气泡；
利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行驱替吞吐反排性能测试包括：向饱和模拟油后的碳酸盐岩模型注入待测化学驱药剂进行多孔介质模拟腔中化学驱，待测化学驱药剂流至多孔介质模拟腔入口后，记录不同时刻多孔介质模拟腔中模拟油、待测化学驱药剂两相流动情况以及第一压力测试通道和第二压力测试通道中的气体体积，进而确定化学驱过程中含油饱和度变化和驱油压力变化动态。
在上述碳酸盐岩化学驱性能测试方法中，优选地，所述确定界面张力通过下述公式进行：
其中，σ为界面张力；k为实验标定的常数；dw为液滴直径；μ为模拟油相粘度；为实验条件下的剪切速度，可以根据通道尺寸和流动速度计算确定。
在上述碳酸盐岩化学驱性能测试方法中，优选地，所述定期观察扩散腔中的待测化学驱药剂扩散情况，进而确定待测化学驱药剂的扩散系数包括：
定期观察扩散腔中模拟油的颜色变化，记录不同时刻待测化学驱药剂扩散前缘距离扩散腔入口的距离，进而利用下述公式确定待测化学驱药剂的扩散系数：
其中，D为扩散系数；LD为扩散前缘距扩散腔入口截面的距离；t为扩散作用时间。
在一具体实施方式中，定期观察扩散腔中模拟油的颜色变化，记录不同时刻扩散腔发生相变区域的面积，并将发生相变区域模拟油的颜色与比色卡对照确定待测化学驱药剂通过扩散作用进入模拟油的量。
在上述碳酸盐岩化学驱性能测试方法中，优选地，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行驱替吞吐反排性能测试进一步包括：通过第三流体通道向化学驱后的多孔介质模拟腔注入模拟油进行多孔介质模拟腔中模拟油返排，待模拟油流至多孔介质模拟腔出口后，记录不同时刻多孔介质模拟腔中模拟油、待测化学驱药剂两相流动情况以及第一压力测试通道和第二压力测试通道中的气体体积，进而确定返排过程中含油饱和度变化和返排压力变化动态。
在上述碳酸盐岩化学驱性能测试方法中，优选地，通过下述公式确定化学驱过程中驱油压力和/或返排过程中返排压力：
其中，ΔP为多孔介质模拟腔两侧压差；Z为气体压缩系数；T为热力学温度；Ru为通用气体常数；Vm1为第一压力测试通道中气体体积；Vm2为第二压力测试通道中气体体积。
在上述碳酸盐岩化学驱性能测试方法中，优选地，进行性能测试过程中，
注入待测化学驱药剂时采用恒速注入方式进行；
注入模拟油时采用恒速注入方式进行。
本发明提供的技术方案型能够实现对化学驱药剂降低界面张力、扩散混溶、润湿改性、驱油效率和/或吞吐反排效率量化表征，对于碳酸盐岩油藏提高采收率用化学驱药剂筛选具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的碳酸盐岩模型的图像。
图2为本发明实施例1提供的碳酸盐岩模型中测试区以及流体主入口、流体排出口的结构剖面示意图。
图3为本发明实施例1提供的碳酸盐岩模型中测试区以及流体主入口、流体排出口的尺寸标注图。
图4为本发明实施例1提供的碳酸盐岩模型中第一压力测试通道144与第二流体通道141的连接示意图。
图5A为本发明实施例1中透明基质基底片上多孔介质模拟腔142区域刻画前后的剖面示意图。
图5B为本发明实施例1中透明基质盖片上多孔介质模拟腔142区域刻画前后的剖面示意图。
图5C为本发明实施例1中透明基质盖片与透明基质基底片贴合时多孔介质模拟腔142区域的剖面示意图。
图6A为本发明实施例1中透明基质盖片的结构示意图。
图6B为本发明实施例1中透明基质盖片上多孔介质模拟腔的结构示意图。
图7A为本发明实施例2中化学驱药剂进入第一流动腔111前的状态示意图。
图7B为本发明实施例2中化学驱药剂A在第一流动腔111中的液滴状态示意图。
图7C为本发明实施例2中化学驱药剂B在第一流动腔111中的液滴状态示意图。
图7D为本发明实施例2中，化学驱药剂C在第一流动腔111中的液滴状态示意图。
图7E为本发明实施例2中化学驱药剂A在第一流动腔111中的液滴状态图。
图8A为本发明实施例2中化学驱药剂通过扩散作用进入扩散腔121的过程示意图。
图8B为本发明实施例2中化学驱药剂A在扩散腔121中的扩散状态图。
图9A为本发明实施例2中化学驱药剂进入第二流动腔131前四个椭圆状腔的接触角变化示意图。
图9B为本发明实施例2中化学驱药剂A在第二流动腔131的接触角图。
图9C为本发明实施例2中化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C在第二流动腔131的接触角动态变化曲线图。
图10A为本发明实施例2中第一压力测试通道144和第二压力测试通道145中气体体积变示意图。
图10B为本发明实施例2中化学驱药剂A驱替多孔介质模拟腔142中的模拟油的油相分布图。
图11A为本发明实施例2中化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C化学驱过程中驱油压力变化图。
图11B为本发明实施例2中化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C化学驱过程中含油饱和度变化图。
图12A为本发明实施例2中化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C返排过程中驱油压力变化图。
图12B为本发明实施例2中化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C返排过程中含油饱和度变化图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种碳酸盐岩模型(如图1-图4所示)
如图1-图4所述，该模型包括透明基质1；所述透明基质1内部设置界面张力性能测试区11、混溶扩散性能测试区12、润湿改性性能测试区13和驱替吞吐反排性能测试区14；所述透明基质设置有第一流体入口15、第二流体入口16、第三流体入口17、第一流体排出口18和第二流体排出口19，用以实现向测试区供给流体、自测试区排出流体；
第一流体入口15、第二流体入口16、第三流体入口17、第一流体排出口18和第二流体排出口19的直径为1mm、深度为2mm；透明基质1的厚度为4mm；透明基质1的材质为冰洲石；
其中，界面张力性能测试区11包括设有入口、出口的第一流动腔111和第一流体注入通道112、第二流体注入通道113、第三流体注入通道114；第一流体注入通道112、第二流体注入通道113、第三流体注入通道114的出口与第一流动腔111的入口连通；当透明基质内部设置的测试区包括界面张力性能测试区时，第一流体注入口15与第一流体注入通道112入口连通，第二流体注入口16与第二流体注入通道113入口连通，第三流体注入口17与第二流体注入通道114入口连通；第二流体注入通道113、第三流体注入通道114位于第一流体注入通道112两侧，第一流体注入通道112与第二流体注入通道113的夹角为45°，第一流体注入通道112与第三流体注入通道114的夹角为45°；
第一流动腔111的深度为100μm、宽度为100μm；第一流体注入通道112的深度为100μm、宽度为30μm；第二流体注入通道113的深度为100μm、宽度为60μm；第三流体注入通道114的深度为100μm、宽度为60μm；
其中，混溶扩散性能测试区12包括扩散腔121和设有入口、出口的第一流体通道122，所述扩散腔121的一端与第一流体通道122的中段连通、另一端与第一流体排出口18连通，可以通过关闭第一流体排出口18封闭扩散腔121的一端；第一流体通道122的入口与第一流动腔111的出口连通；
第一流体通道122的深度为30μm、宽度为30μm，扩散腔121的深度为30μm、宽度为50μm；
其中，润湿改性性能测试区13包括设有入口、出口的第二流动腔131；第二流动腔131由六个椭圆柱状腔依次相贯形成，各椭圆柱腔形状尺寸相同、顶面位于同一平面上、底面位于同一平面上且顶面短轴线位于同一直线上；相邻的椭圆柱状腔相贯形成的相贯线形状尺寸相同；第二流动腔131的入口与第一流体通道122的出口连通；
各椭圆柱腔的横截面的长轴长度为500μm、短轴长度为200μm、深度为60μm；相邻的椭圆柱状腔相贯形成的相贯线围成一个宽度为30μm、深度为60μm的长方形；
其中，驱替吞吐反排性能测试区14包括第二流体通道141、多孔介质模拟腔142、第三流体通道143、第一压力测试通道144和第二压力测试通道145；第二流体通道141、多孔介质模拟腔142、第三流体通道143依次连接且相互连通，第一压力测试通道144的一端与第二流体通道141的中段连通、另一端可封闭，第二压力测试通道145的一端与第三流体通道143的中段连通、另一端可封闭；第二流体通道141设有入口，第三流体通道143设有出口；第二流体通道141的入口与第二流动腔131的出口连通，第三流体通道143的出口与第二流体排出口19连通；
第一压力测试通道144的长度为1cm、深度为15μm、宽度为20μm，第二流体通道141的深度为30μm、宽度为30μm，第二压力测试通道145的长度为1cm、深度为15μm、宽度为20μm，第三流体通道143的深度为30μm、宽度为30μm，多孔介质模拟腔142的总长度为1cm、总宽度为1cm、深度为30μm。
本实施例提供的碳酸盐岩模型通过下述步骤制备得到：
(1)取经过抛光的厚度为2mm的冰洲石薄片2片分别作为透明基质基底片片材和透明基质盖片片材；
(2)获取所述透明基质内部设置以及流体注入口和流体排出口的结构图案CAD图；
(3)将透明基质基底片片材放于精密数控铣床(CNC)上(数控铣床的位移精度为1μm以上)，按照设计的CAD图纸，利用15μm金刚石钻头将除多孔介质模拟腔142外的其他区域直接刻画在透明基质基底片片材上；
其中，刻画的第一流体入口15、第二流体入口16、第三流体入口17、第一流体排出口18和第二流体排出口19的直径为1mm、深度为2mm(即透明基质基底片片材厚度)，第一流动腔111的深度为100μm、宽度为100μm，第一流体通道122的深度为30μm、宽度为30μm，扩散腔121的深度为30μm、宽度为50μm，各椭圆柱腔的横截面的长轴长度为500μm、短轴长度为200μm、深度为60μm，相邻的椭圆柱状腔相贯形成的相贯线围成一个宽度为30μm、深度为60μm的长方形，第一压力测试通道144的长度为1cm、深度为15μm、宽度为20μm，第二流体通道141的深度为30μm、宽度为30μm，第二压力测试通道145的长度为1cm、深度为15μm、宽度为20μm，第三流体通道143的深度为30μm、宽度为30μm，第一流体注入通道112的深度为100μm、宽度为30μm，第二流体注入通道113的深度为100μm、宽度为60μm，第三流体注入通道114的深度为100μm、宽度为60μm；
(4)继续利用精密CNC在经过上一步刻画后的透明基质基底片片材上位于多孔介质模拟腔142区域刻画一个长1cm、宽1cm、深30微米的长方体凹槽，得到透明基质基底片；
其中，透明基质基底片上多孔介质模拟腔142区域刻画前后的剖面示意图如图5A所示；
(5)将透明基质盖片片材放于CNC上，定位出多孔介质模拟腔142区域，并按照所述结构图案CAD图、利用15μm金刚石钻头进行多孔介质模拟腔142中多孔结构雕刻制备多孔结构雕刻凸膜，得到透明基质盖片；
其中，透明基质盖片上多孔介质模拟腔142区域刻画前后的剖面示意图如图5B所示，透明基质盖片的结构图如图6A所示，透明基质盖片上多孔介质模拟腔的结构图如图6B所示；
(6)在透明基质基底片未雕刻区域均匀涂抹键合专用胶，再将透明基质盖片与透明基质基底片贴合到一起得到微观模型，将微观模型放于专用夹具中夹紧后，关闭第二流体入口16、第三流体入口17，从第一流体入口15高速注入洗胶剂冲洗微观模型流动通道中可能残余的键合专用胶洗掉；
透明基质盖片与透明基质基底片贴合时，多孔介质模拟腔142的剖面示意图如图5C所示；
(7)再将步骤(6)处理后的微观模型放入纳米压印机中，在10bar和40℃的条件下封压8小时完成芯片的最终贴合；
(8)将步骤(7)贴合后的微观模型继续放入夹具中夹紧，关闭关闭第二流体入口16、第三流体入口17，从第一流体入口15高速注入洗胶剂冲洗微观模型流动通道中可能残余的键合专用胶洗掉，完成模型制备。
实施例2
本实施例提供了一种碳酸盐岩化学驱性能测试方法，该方法用于测试化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C的性能。
该方法包括：
(1)将实施例1提供的碳酸盐岩模型清洗干净并烘干后放入专用夹具中，并置于显微镜下；
(2)从第二流体排出口19恒压注入模拟油，并逐渐提高注入压力，排空碳酸盐岩模型中除第一压力测试通道144和第二压力测试通道145外通道中的气泡，实现碳酸盐岩模型饱和模拟油；
具体而言，从第二流体排出口19恒压注入模拟油，当在第一流体排出口18与第二流体排出口19之间区域全部充满模拟油后，关闭第一流体排出口18，继续升压注入模拟油，使模拟油从第一流体入口15、第二流体入口16、第三流体入口17流出并充满整个模型，待碳酸盐岩模型饱和模拟油后将各流体入口、流体出口关闭；
(3)将饱和模拟油后的碳酸盐岩模型放在实验所需温度环境下静置老化24h；
(4)关闭第二流体排出口19、打开第一流体排出口18，打开第二流体入口16、第三流体入口17同时以恒速的方式进行模拟油注入，然后保持自第二流体入口16、第三流体入口17同时以恒速的方式进行模拟油注入的同时、以相同速度自第一流体入口15进行待测化学驱药剂注入，待第一流动腔111有稳定液滴出现后，利用显微镜进行录像并测量液滴尺寸，通过下述公式进行界面张力计算：
其中，σ为界面张力；k为实验标定的常数，本实施例取值0.022；dw为液滴直径；μ为模拟油相粘度；为实验条件下的剪切速度，可以根据通道尺寸和流动速度计算确定，本实施例取值3.5×10-5s-1。
化学驱药剂进入第一流动腔111前的状态示意图如图7A所示，化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C在第一流动腔111中的液滴状态示意图分别如图7B、图7C、图7D所示，界面张力分别为0.0598N/m、0.0326N/m、0.0153N/m；化学驱药剂A在第一流动腔111中的液滴状态如图7E所示；
(5)排空碳酸盐岩模型中除第一压力测试通道144和第二压力测试通道145外通道中的气泡，实现碳酸盐岩模型饱和模拟油；
具体而言，关闭第一流体入口15、第二流体入口16，打开第二流体排出口19、第一流体排出口18和第三流体入口17，自第二流体排出口19以恒压方式注入模拟油，模拟油从第一流体排出口18流出后关闭第一流体排出口18，继续自第二流体排出口19注入模拟油，模拟油从第三流体入口17流出后停止注入模拟油；
(6)关闭第二流体入口16、第三流体入口17和第一流体排出口18，打开第二流体排出口19、第一流体入口15，从第一流体入口15恒速注入待测化学驱药剂，待待测化学驱药剂流至第一流体通道122与扩散腔121的接口位置后，定期观察扩散腔121中模拟油的颜色变化，记录不同时刻待测化学驱药剂扩散前缘距离扩散腔121入口的距离和扩散腔121发生相变区域的面积，将发生相变区域模拟油的颜色与比色卡对照确定待测化学驱药剂通过扩散作用进入模拟油的量，并利用下述公式确定待测化学驱药剂的扩散系数：
其中，D为扩散系数；LD为扩散前缘距扩散腔入口截面的距离；t为扩散作用时间；
化学驱药剂通过扩散作用进入扩散腔121的过程示意图如图8A所示；化学驱药剂A在扩散腔121中的扩散状态如图8B所示；
化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C的扩散系数分别为0.00151cm2/s、0.00189cm2/s、0.00252cm2/s；
(7)继续从第一流体入口15恒速注入待测化学驱药剂，待测化学驱药剂流至第二流动腔131入口后，定时记录第二流动腔131区域图像，进而测量并记录不同时刻第二流动腔中的接触角，进而得到接触角动态变化曲线(如图9C所示)；
化学驱药剂进入第二流动腔131前四个椭圆状腔的接触角变化示意图如图9A所示；化学驱药剂A在第二流动腔131的接触角如图9B所示；
(8)继续从第一流体入口15恒速注入待测化学驱药剂，待测化学驱药剂流至多孔介质模拟腔142入口后，对孔介质模拟腔142区域进行录像，并通过计算机图像处理方法计算多孔介质模拟腔142驱油含油饱和度随化学驱过程的变化，同时实时记录第一压力测试通道144和第二压力测试通道145中气体体积变化，并根据下述公式计算化学驱过程中多孔介质两端压力差，用以分析化学驱过程中驱油压力变化动态；
其中，ΔP为多孔介质模拟腔两侧压差；Z为气体压缩系数；T为热力学温度；Ru为通用气体常数；Vm1为第一压力测试通道中气体体积；Vm2为第二压力测试通道中气体体积；
第一压力测试通道144和第二压力测试通道145中气体体积变示意图如图10A所示；化学驱药剂A驱替多孔介质模拟腔142中的模拟油的油相分布如图10B所示；
化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C化学驱过程中驱油压力变化如图11A所示、含油饱和度变化如图11B所示；
(8)保持第二流体入口16、第三流体入口17和第一流体排出口18关闭，保持第二流体排出口19、第一流体入口15开启，从第二流体排出口19恒速注入模拟油进行多孔介质模拟腔142中模拟油返排，待模拟油流至多孔介质模拟腔142出口后，对孔介质模拟腔142区域进行录像，并通过计算机图像处理方法计算多孔介质模拟腔142驱油含油饱和度随返排过程的变化，同时实时记录第一压力测试通道144和第二压力测试通道145中气体体积变化，并根据下述公式计算返排过程中多孔介质两端压力差，用以分析返排过程中驱油压力变化动态；
其中，ΔP为多孔介质模拟腔两侧压差；Z为气体压缩系数；T为热力学温度；Ru为通用气体常数；Vm1为第一压力测试通道中气体体积；Vm2为第二压力测试通道中气体体积；
化学驱药剂A、化学驱药剂B、化学驱药剂C返排过程中驱油压力变化如图12A所示、含油饱和度变化如图12B所示。
以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
Claims (11)
1.一种碳酸盐岩模型，其中，该模型包括透明基质；所述透明基质内部设置测试区；所述透明基质设置有至少一个流体注入口和至少一个流体排出口，用以实现向测试区供给流体、自测试区排出流体；其中，
透明基质内部设置的测试区包括界面张力性能测试区、混溶扩散性能测试区、润湿改性性能测试区和驱替吞吐反排性能测试区；界面张力性能测试区、混溶扩散性能测试区、润湿改性性能测试区和驱替吞吐反排性能测试区相互连通；其中，
所述界面张力性能测试区包括设有入口、出口的第一流动腔和第一流体注入通道、第二流体注入通道；第一流体注入通道、第二流体注入通道的出口与第一流动腔的入口连通；所述至少一个流体注入口包括第一流体注入口和第二流体注入口，第一流体注入口与第一流体注入通道入口连通，第二流体注入口与第二流体注入通道入口连通；
所述混溶扩散性能测试区包括扩散腔和设有入口、出口的第一流体通道，所述扩散腔的一端与第一流体通道的中段连通、另一端可封闭；
所述润湿改性性能测试区包括设有入口、出口的第二流动腔；
第一流动腔的出口与第一流体通道的入口连通、第一流体通道的出口与第二流动腔的入口连通、第二流动腔的出口与第二流体通道的入口连通；
所述驱替吞吐反排性能测试区包括第二流体通道、多孔介质模拟腔、第三流体通道、第一压力测试通道和第二压力测试通道；所述第二流体通道、多孔介质模拟腔、第三流体通道依次连接且相互连通，所述第一压力测试通道的一端与第二流体通道的中段连通、另一端可封闭，所述第二压力测试通道的一端与第三流体通道的中段连通、另一端可封闭；所述第二流体通道设有入口，所述第三流体通道设有出口。
2.根据权利要求1所述的模型，其中，所述基质为冰洲石。
3.根据权利要求1所述的模型，其中，所述第二流动腔由至少两个椭圆柱状腔依次相贯形成，各椭圆柱腔形状尺寸相同、顶面位于同一平面上、底面位于同一平面上且顶面短轴线位于同一直线上；当所述第二流动腔由至少三个椭圆柱状腔依次相贯形成时，相邻的椭圆柱状腔相贯形成的相贯线形状尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的模型，其中，
所述第一压力测试通道和第二压力测试通道的形状尺寸相同，第二流体通道、第三流体通道的宽度、深度相同；
所述第一压力测试通道的深度不超过第二流体通道深度的0.5倍，所述第二压力测试通道的深度不超过第三流体通道深度的0.5倍。
5.根据权利要求1所述的模型，其中，界面张力性能测试区进一步包括第三流体注入通道，所述至少一个流体注入口进一步包括第三流体注入口，第三流体注入通道的入口与第三流体注入口连通，第三流体注入通道的出口与第一流动腔的入口连通。
6.根据权利要求5所述的模型，其中，第一流体注入通道、第二流体注入通道、第三流体注入通道中相邻两个流体注入通道的夹角为45°。
7.根据权利要求1-6任一项所述的模型，其中，该模型是由透明基质基底片和透明基质盖片粘合形成的。
8.根据权利要求7所述的模型，其中，该模型通过下述方式制备得到：
片材获取步骤：获取两块相同尺寸的透明基质片材分别作为透明基质基底片片材和透明基质盖片片材；
结构图案获取步骤：获取所述透明基质内部设置以及流体注入口和流体排出口的结构图案；
透明基质基底片获取步骤：在透明基质基底片片材表面上，按照设计的所述结构图案进行刻画得到透明基质基底片；其中，当透明基质内部设置的测试区包括驱替吞吐反排性能测试区时，多孔介质模拟腔在透明基质基底片片材上刻画为一个与其总尺寸对应的凹槽；
透明基质盖片获取步骤：当透明基质内部设置的测试区包括驱替吞吐反排性能测试区时，在透明基质盖片片材表面上，定位多孔介质模拟腔区域并按照所述结构图案进行多孔介质模拟腔中多孔结构雕刻制备多孔结构雕刻凸模得到透明基质盖片；
当透明基质内部设置的测试区不包括驱替吞吐反排性能测试区时，将透明基质盖片片材直接作为透明基质盖片；
粘合步骤：利用粘结剂将透明基质基底片与透明基质盖片贴合到一起得到模型，将模型在压紧条件下利用流体注入口注入洗胶剂清洗模型流动通道中残余的粘合剂；
贴合处理步骤：将首次粘合步骤得到的模型放入纳米压印机中，在10bar和40℃的条件下封压8小时进行贴合处理；
后处理步骤：将贴合处理后的模型在压紧条件下利用流体注入口注入洗胶剂清洗模型流动通道中残余的粘合剂。
9.一种碳酸盐岩化学驱性能测试方法，该方法使用权利要求1-8任一项所述的碳酸盐岩模型进行，其中，该方法包括：
利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行界面张力性能测试、利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行混溶扩散性能测试、利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行润湿改性性能测试和利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行驱替吞吐反排性能测试；
其中，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行界面张力性能测试包括：同时利用不同的流体注入通道向第一流动腔中注入模拟油和待测化学驱药剂；待第一流动腔有稳定液滴出现后，测量液滴尺寸，进而确定界面张力；
其中，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行混溶扩散性能测试包括：向饱和模拟油后的碳酸盐岩模型注入待测化学驱药剂，待测化学驱药剂流至第一流体通道与扩散腔的接口位置后，定期观察扩散腔中的待测化学驱药剂扩散情况，进而确定待测化学驱药剂的扩散系数；
其中，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行润湿改性性能测试包括：向饱和模拟油后的碳酸盐岩模型注入待测化学驱药剂，待测化学驱药剂流至第二流动腔入口后，测量并记录不同时刻第二流动腔中的接触角，进而得到接触角动态变化曲线；
其中，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行驱替吞吐反排性能测试时，所用的饱和模拟油后的碳酸盐岩模型中第一压力测试通道和第二压力测试通道中均保留有气泡；
利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行驱替吞吐反排性能测试包括：向饱和模拟油后的碳酸盐岩模型注入待测化学驱药剂进行多孔介质模拟腔中化学驱，待测化学驱药剂流至多孔介质模拟腔入口后，记录不同时刻多孔介质模拟腔中模拟油、待测化学驱药剂两相流动情况以及第一压力测试通道和第二压力测试通道中的气体体积，进而确定化学驱过程中含油饱和度变化和驱油压力变化动态。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，利用饱和模拟油后的碳酸盐岩模型进行驱替吞吐反排性能测试进一步包括：通过第三流体通道向化学驱后的多孔介质模拟腔注入模拟油进行多孔介质模拟腔中模拟油返排，待模拟油流至多孔介质模拟腔出口后，记录不同时刻多孔介质模拟腔中模拟油、待测化学驱药剂两相流动情况以及第一压力测试通道和第二压力测试通道中的气体体积，进而确定返排过程中含油饱和度变化和返排压力变化动态。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，
所述确定界面张力通过下述公式进行：
；
其中，为界面张力；k为实验标定的常数；/>为液滴直径；/>为模拟油相粘度；/>为实验条件下的剪切速度；
所述定期观察扩散腔中的待测化学驱药剂扩散情况，进而确定待测化学驱药剂的扩散系数包括：
定期观察扩散腔中模拟油的颜色变化，记录不同时刻待测化学驱药剂扩散前缘距离扩散腔入口的距离，进而利用下述公式确定待测化学驱药剂的扩散系数：
；
其中，D为扩散系数；为扩散前缘距扩散腔入口截面的距离；t为扩散作用时间；
通过下述公式确定化学驱过程中驱油压力和/或返排过程中返排压力：
；
其中，为多孔介质模拟腔两侧压差；/>为气体压缩系数；T为热力学温度；/>为通用气体常数；/>为第一压力测试通道中气体体积；/>为第二压力测试通道中气体体积。
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