CN117929231A - 基于中子散射的多相渗流实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于中子散射的多相渗流实验装置及方法，实验装置包括高压夹持机构、中子测试机构、流体注入机构、温控机构以及数据采集处理机构，高压夹持机构包括夹持组件、背压控制组件、围压控制组件，其中，夹持组件包括筒体、样品夹持件、围压导流垫圈和透明密封件；本申请中，通过高压夹持机构夹持实验样品，并维持实验所需压力条件，同时设置温控机构，保持实验所需温度条件，并同轴布置有中子测试机构，实验时，通过流体注入机构向实验样品内注入流体，开展样品内多相渗流实验，利用中子散射技术，实现在微纳米尺度的孔渗特性分析。
Description
技术领域
本发明涉及油气工程技术领域，特别涉及一种基于中子散射的多相渗流实验装置及方法。
背景技术
深部储层的孔隙网络由纳米至微米级孔隙组成，部分孔喉的收缩和闭合降低了孔隙的连通性，增加了渗流路径的迂曲度，此外，储层常含有多种粘土矿物，矿物填充使得储层孔隙结构和渗流规律更为复杂，利用无损检测技术研究储层微观孔隙结构，分析流体分布规律和多相流体渗流机理对于提高宏观参数测算的准确性具有重要意义。
现有技术中，核磁共振成像(MRI)和X射线CT被广泛的应用于岩石内气液多相运移规律的研究，但上述技术都有其局限性；X射线CT依赖于使用造影剂来区分多孔介质中的气液两相，并且CT采集时间较长无法实时分析储层内部渗流规律；而MRI技术则受可视化孔径范围限制以及样品所含矿物元素的影响(如：铁元素)，以至于储层孔渗特征研究无法实现微纳米尺度分析。
因此，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于中子散射的多相渗流实验装置及方法，旨在通过中子散射技术分析深部储层岩石在所需温度、压力条件下的多相流体渗流过程，以探究储层岩石在微纳米尺度的孔渗特征。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
第一方面，一种基于中子散射的多相渗流实验装置，其特征在于，其包括：
高压夹持机构，所述高压夹持机构包括夹持组件、背压控制组件、围压控制组件；其中，所述夹持组件包括筒体、样品夹持件和至少两个透明密封件，所述样品夹持件内夹持有实验样品；
所述筒体上开设有围压通道、背压通道以及流体注入通道，所述围压通道、所述背压通道以及所述流体注入通道均从夹持组件外连通至所述实验样品；
样品夹持件抵接于所述筒体内；
至少两个透明密封件抵接于所述筒体的内壁，并位于所述样品夹持件两侧，以用于密封所述实验样品；
背压控制组件与所述背压通道相连接，并用于向所述样品夹持件内通入氘代流体，以控制所述实验样品的背压；
围压控制组件与所述围压通道相连接，并用于向所述样品夹持件外通入气体，以控制所述样品夹持件的围压；
中子测试机构，设于所述高压夹持机构的侧方，并与所述样品夹持件同中心线布置；
流体注入机构，连通于所述高压夹持机构，并用于向所述样品夹持件内注入气体；
温控机构，套设于所述高压夹持机构外，并用于加热所述高压夹持机构，以加热所述实验样品及渗流流体；
数据采集处理机构，分别与所述高压夹持机构和所述中子测试机构相连接。
作为进一步的改进技术方案，所述背压控制组件包括：
背压泵，通过连接管与所述背压通道相连接，以向所述样品夹持件内通入氘代流体，控制所述样品夹持件出口压力；
背压液体瓶，通过所述连接管与所述背压泵向连接，并用于提供氘代流体。
作为进一步的改进技术方案，所述围压控制组件包括：
围压泵，通过连接管与所述围压通道相连接，以向所述样品夹持件外通入气体，控制所述样品夹持件外侧压力；
围压气瓶，通过所述连接管与所述围压泵连接，并用于提供气体。
作为进一步的改进技术方案，所述筒体上设有中子束的入射端和出射端，所述透明密封件包括一组中子束入射端密封件和一组中子束出射端密封件；
所述中子束入射端密封件包括中子束入射压盖、中子束入射透明板及垫片，所述中子束入射压盖、中子束入射透明板及垫片安装于所述筒体的入射端，所述中子束入射透明板位于所述样品夹持件的一侧，所述中子束入射压盖位于所述中子束入射透明板远离所述样品夹持件的一侧，所述垫片位于所述中子束入射压盖与所述中子束入射透明板之间；
所述中子束出射端密封件包括中子束出射压盖、中子束出射透明板及垫片，所述中子束出射压盖、中子束出射透明板及垫片安装于所述筒体的出射端，所述中子束出射透明板位于所述样品夹持件远离所述中子束入射透明板的一侧，所述中子束出射压盖位于所述中子束出射透明板远离所述样品夹持件的一侧，所述垫片位于所述中子束出射压盖与所述中子束出射透明板之间；
其中，所述中子束入射端密封件和所述中子束出射端密封件相配合，以密封所述筒体，且所述中子束入射压盖和所述中子束入射透明板的直径大于所述中子束出射压盖和所述中子束出射透明板。
作为进一步的改进技术方案，所述夹持组件还包括：
围压导流垫圈，设置于所述样品夹持件远离所述背压通道的一侧，所述围压导流垫圈上设有多个垫圈通道，所述垫圈通道与所述围压通道相连通，以使气体可均匀通入至所述筒体内；
支架，设于所述筒体上，并用于支撑并调整所述筒体高度，以使所述筒体与中子测试机构的中子束入射高度平齐。
作为进一步的改进技术方案，所述中子测试机构包括：
中子发射器，布置于所述夹持组件的一侧，并用于发射中子束；
探测器，布置于所述夹持组件与所述中子发射器相对立的另一侧，并用于接收所述中子束；所述中子发射器、所述探测器与所述夹持组件同中心线布置。
作为进一步的改进技术方案，所述温控机构包括：
加热套，套设于所述夹持组件外，以加热所述夹持组件和注入流体；
温度控制器，与所述加热套相连接，并用于控制所述加热套的加热温度。
作为进一步的改进技术方案，所述流体注入机构包括：
注射泵，通过连接管与所述流体注入通道相连接，并用于向所述样品夹持件内通入气体；
气瓶，通过所述连接管与所述注射泵相连接，以提供气体；
真空泵，通过所述连接管与所述流体注入通道相连接，以用于抽取所述样品夹持件内的杂质气体。
作为进一步的改进技术方案，所述数据采集处理机构包括：
压力传感器，布置于所述筒体上，并用于检测所述样品夹持件外侧压力；
温度传感器，布置于所述筒体上，并用于检测所述样品夹持件外侧的温度；
处理器组件，与所述压力传感器、所述温度传感器、所述高压夹持机构和所述中子测试机构相连接，以收集处理所述实验样品的数据。
第二方面，一种基于中子散射的多相渗流实验方法，应用于如上所述的基于中子散射的多相渗流实验装置，所述方法包括：
通过高压夹持机构夹持实验样品，以及通过背压控制组件与围压控制组件，将初始孔隙压力调整至实验所需压力，并保证围压压力值始终大于孔隙压力；
通过温控机构调整高压夹持机构及渗流流体温度达到实验所需温度值；
调整高压夹持机构的筒体与中子测试机构的中子束入射高度平齐，启动流体注入机构，向高压夹持机构内注入气相流体，同时启动中子测试机构发射中子束，并通过中子测试机构获取多相渗流过程中实验样品的散射图谱；
数据采集处理机构根据散射图谱，获取所需温度、压力条件下实验样品在微纳米尺度的孔渗特性。
本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：
本申请中，通过高压夹持机构夹持实验样品，并维持多相渗流实验所需的压力条件，同时设置温控机构，保持多相渗流实验所需的温度条件，并同轴布置有中子测试机构，实验时，通过流体注入机构向样品夹持件内注入流体，并通过中子测试机构实现利用中子散射技术对所需温度、压力条件下的多相渗流实验分析，可获取实验样品在微纳米尺度上的孔渗特性。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的框架结构示意图；
图2为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的夹持组件结构示意图；
图3为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的夹持组件部分剖面结构示意图；
图4为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的筒体结构示意图；
图5为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置样品夹持件剖面结构示意图；
图6为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的围压导流垫圈结构示意图；
图7为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验方法的步骤图。
1、高压夹持机构；101、夹持组件；1011、筒体；10111、围压通道；10112、背压通道；10113、流体注入通道；10114、螺纹接头；1012、样品夹持件；10121、夹持垫圈；10122、入射端盖；10123、出射端盖；10124、夹持套筒；1013、透明密封件；10131、中子束入射压盖；10132、中子束入射透明板；10133、中子束出射透明板；10134、中子束出射压盖；10135、垫片；1014、围压导流垫圈；10141、垫圈导流通道；1015、支架；10151、固定环；10152、支撑杆；10153、落地板；102、背压控制组件；1021、背压泵；1022、背压液体瓶；103、围压控制组件；1031、围压泵；1032、围压气瓶；104、连接管；2、中子测试机构；201、中子发射器；202、探测器；3、流体注入机构；301、注射泵；302、气瓶；303、真空泵；4、温控机构；401、加热套；402、温度控制器；5、数据采集处理机构；501、压力传感器；502、温度传感器；503、处理器组件；6、实验样品。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。
还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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装置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，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1-图7，图1为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的框架结构示意图；图2为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的夹持组件结构示意图；图3为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的夹持组件部分剖面结构示意图；图4为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的筒体结构示意图；图5为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置样品夹持件剖面结构示意图；图6为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验装置的围压导流垫圈结构示意图；图7为本发明提供的一种基于中子散射的多相渗流实验方法的步骤图。
本发明提供了基于中子散射的多相渗流实验装置及方法，在本发明的实施方式中，请参阅图1-图3，所述实验装置包括高压夹持机构1、中子测试机构2、流体注入机构3、温控机构4以及数据采集处理机构5，高压夹持机构1包括夹持组件101、背压控制组件102、围压控制组件103，其中，夹持组件101包括筒体1011、样品夹持件1012、透明密封件1013和围压导流垫圈1014。
在本发明的实施例中，请参阅图1，背压控制组件102包括背压泵1021和背压液体瓶1022，背压液体瓶1022通过连接管104与所述背压泵1021相连接，背压泵1021通过连接管104与所述筒体1011的背压通道10112相连接，启动背压泵1021可向样品夹持件1012内通入液体，用以调整实验的背压。
在本发明的实施例中，请参阅图1，围压控制组件103包括围压泵1031和围压气瓶1032，围压气瓶1032通过连接管104与所述围压泵1031相连接，围压泵1031通过连接管104与所述筒体1011的围压通道10111相连接，启动围压泵1031可向样品夹持件1012外通入围压气体，用以调整实验的围压。
在本实施例中，围压控制组件103还可包括自动压力追踪功能，根据孔隙压力随时调控围压，确保实验过程中的围压始终高于孔隙压力。
需要说明的是，在本发明的实施方式中，请参阅图1，背压液体瓶1022内盛放的液体为氘代流体，因为含氢元素的液体中氢元素的非相干散射面积大，会导致中子散射图谱的背底高，影响数据质量，所以选用氢的同位素氘，将流体氘代作为渗流液相流体；围压气瓶1032内所采用的背压气体为氩气，因为相对于其他气体，氩气对中子的衰减作用弱。
在本发明的实施例中，请参阅图1，温控机构4包括加热套401和温度控制器402；加热套401套设于所述夹持组件101外，温度控制器402与所述加热套401相连接，并可控制所述加热套401加热温度；实验准备时，启动加热套401，并通过温度控制器402调整加热温度，加热套401加热所述夹持组件101，进而加热实验样品6和渗流流体，使实验样品6和渗流流体保持实验所需温度；其中，加热套401仅是本实施例中的一种实施方式，在其他实施方式中，加热套401还可采用加热带、加热毯或者空气浴、恒温箱等方式来实现对实验温度的调控。
在本发明的实施例中，请参阅图1，所述流体注入机构3包括注射泵301、气瓶302以及真空泵303，气瓶302通过连接管104与所述注射泵301相连接，注射泵301通过连接管104与所述筒体1011的流体注入通道10113相连接，并可向所述样品夹持件1012内通入气相渗流流体；真空泵303通过三通管接头与所述注射泵301一并与所述筒体1011的流体注入通道10113相连接，以用于在多相渗流实验开始前抽取所述连接管104及流体注入通道10113内的杂质气体。
在本发明的实施方式中，请参阅图1，所述数据采集处理机构5包括压力传感器501、温度传感器502及处理器组件503，压力传感器501、温度传感器502均布置于筒体1011上，所述压力传感器501、温度传感器502和中子测试机构2均与处理器组件503相连接；多相渗流实验开始后，压力传感器501和温度传感器502实时采集温度、压力数据，并由处理器组件503收集处理；同时，中子测试机构2采集得到的散射图谱结果同步传输至处理器组件503，进而实现样品在多相渗流实验中微纳米尺度的孔渗特性分析。
需要说明的是，在本发明的实施方式中，处理器组件503包括处理器、控制器、计算机等数据处理装置。
在本发明的实施例中，请参阅图1，中子测试机构2包括中子发射器201和探测器202，中子发射器201布置于所述夹持组件101的一侧，并用于发射中子束；探测器202布置于所述夹持组件101与所述中子发射器201相对立的另一侧，并用于接收所述中子束，此外，中子发射器201、实验样品6和探测器202同轴布置，保证中子束穿透实验样品6。
在本发明的实施例中，请参阅图2和图3，在所述筒体1011上设有中子束入射端和中子束出射端，所述透明密封件1013包括中子束入射端密封件和中子束出射端密封件；所述中子束入射端密封件包括中子束入射压盖10131和中子束入射透明板10132，所述中子束入射压盖10131和所述中子束入射透明板10132设于所述筒体1011的入射端，所述中子束入射透明板10132位于样品夹持件的一侧1012，所述中子束入射压盖10131位于中子束入射透明板10132远离样品夹持件1012的一侧；所述中子束出射端密封件包括中子束出射压盖10134和中子束出射透明板10133，所述中子束出射压盖10134和所述中子束出射透明板10133设于所述筒体1011的出射端，所述中子束出射透明板10133位于样品夹持件1012远离中子束入射透明板10132的一侧，所述中子束出射压盖10134位于中子束出射透明板10133远离样品夹持件1012的一侧；其中，中子束入射端密封件和中子束出射端密封件相配合，共同密封所述筒体1011；在实验时，先将实验样品6夹持于样品夹持件1012中，再抵接固定至筒体1011内，而后安装中子束入射透明板10132和中子束出射透明板10133至筒体1011两侧，并对应筒体1011的入射端和出射端，而后通过中子束入射压盖10131和中子束出射压盖10134固定对应的透明板；同时，为避免在实验过程中中子束入射透明板10132与中子束出射透明板10133密封性不足，在中子束入射透明板10132与中子束出射透明板10133相背的两侧均设有垫片10135，两所述垫片10135分别位于中子束入射压盖10131和所述中子束入射透明板10132之间以及中子束出射压盖10134和中子束出射透明板10133之间，用于密封作用。
需要说明的是，上述实施例中，透明密封件1013，其中子束入射压盖10131、中子束入射透明板10132的直径分别大于中子束出射压盖10134、中子束出射透明板10133的直径，便于更多中子束通过实验样品6；所述中子束入射压盖10131、中子束出射压盖10134及筒体1011采用的是耐高压金属材料，其中，所述中子束入射压盖10131、中子束出射压盖10134分别与筒体1011之间通过螺纹连接，且中子束入射压盖10131、中子束出射压盖10134呈圆环状；所述透明板采用的是蓝宝石，以保证耐受压力的同时还可使中子束通过。
在本发明的实施方式中，上述中子测试机构2还可以为X射线散射测试机构，或者中子成像测试机构，可进行其他类型的散射或成像实验。
需要说明的是，在本发明的实施方式中，所针对的实验样品6，包括但不限于储层薄片状岩心样品，还可对存在微纳孔隙的金属、非金属材料、高分子材料以及电池材料等相关样品的微纳孔隙结构以及多相渗流过程进行实验测试分析；此外，实验样品6的尺寸和厚度需要根据测试机构的要求调整。
在本发明的实施例中，请参阅图2，夹持组件101还包括有支架1015，支架1015由固定环10151、支撑杆10152、落地板10153组成，固定环10151套设于筒体1011外，且固定环10151与支撑杆10152、支撑杆10152与落地板10153之间通过螺钉(图中未示出)固定，可通过改变支撑杆10152的长度调整筒体1011位置，使筒体1011与中子测试机构2的中子束入射高度平齐。
在本发明的实施方式中，请参阅图3和图4，在筒体1011上开设有多个通道，多个通道从筒体1011外壁贯穿至筒体1011内部，并均匀间隔布置，其中，多个通道包括有围压通道10111、背压通道10112以及流体注入通道10113，以便于向筒体1011内通入流体；在本实施例中，围压通道10111从筒体1011外壁连通至样品夹持件1012的外圆周面外，也就是说，围压通道10111分为两部分，一部分从筒体1011外壁向筒体1011中部连通，另一部分从筒体1011中部连通至筒体1011内样品夹持件1012的安装位外围，控制样品夹持件1012的围压；而背压通道10112则从筒体1011外壁连通至样品夹持件1012内；流体注入通道10113同样从筒体1011外壁连通至样品夹持件1012内；其中，背压通道10112和流体注入通道10113均是先从筒体1011外壁向筒体1011延伸一部分后，设一转折点，将通道向样品夹持件1012的方向延伸；同时，在位于筒体1011外壁的通道口处，还设置有螺纹接头10114，以便于连接外部管路。
在本发明的实施例中，请参阅图3-6，在样品夹持件1012远离背压通道10112的一侧设有围压导流垫圈1014，围压导流垫圈1014上设有多个垫圈导流通道10141，该垫圈导流通道10141与围压通道10111相连通，以使围压气体可均匀通入至筒体1011内，保持样品夹持件1012围压稳定，其垫圈导流通道10141数量不固定，其可根据实验需求做增减调整。
需要说明的是，上述实施例中，样品夹持件1012的夹持套筒10124内径与围压导流垫圈1014外径一致，所述围压导流垫圈1014部分内嵌于样品夹持件1012的夹持套筒10124内，从而可以分隔渗流流体和围压气体。
在本发明的实施例中，请参阅图5，样品夹持件1012包括有夹持垫圈10121、入射端盖10122、出射端盖10123以及夹持套筒10124，夹持垫圈10121内夹持有实验样品6，入射端盖10122和出射端盖10123分别设于夹持垫圈10121两端，且入射端盖10122和出射端盖10123均是采用透明材料，如蓝宝石等，以保证耐受压力的同时还可使中子束通过；其中，在出射端盖10123上开通有两个孔洞，分别与筒体1011的背压通道10112和流体注入通道10113相连接。所述背压通道10112以及所述流体注入通道10113均从夹持组件101外连通至所述样品夹持件1012内部；同时，背压控制组件102与所述背压通道10112相连接，围压控制组件103与所述围压通道10111相连接；在实验开始前，通过背压控制组件102向夹持组件101内通入液相氘代流体，用以提供初始孔隙压力、参与渗流并控制多相渗流实验中的背压，围压控制组件103通过围压通道10111向样品夹持件1012外侧通入气体，以使围压气体能够周向包裹样品夹持件1012，实现围压控制。
第二方面，一种基于中子散射的多相渗流实验方法，应用于如上所述的基于中子散射的多相渗流实验装置，所述方法包括：
S100、通过高压夹持机构1夹持实验样品6，以及通过背压控制组件102与围压控制组件103，将初始孔隙压力调整至实验所需压力，并保证围压压力值始终大于孔隙压力；
具体的，在实验准备阶段，将饱和了液相氘代流体的实验样品6夹持于样品夹持件1012内，将样品夹持件1012固定至筒体1011内，并安装固定透明密封件1013，同时，连接各个元件设备(背压泵1021、围压泵1031等)，启动真空泵303，将连接管104及流体注入通道10113内的杂质气体抽出；而后，启动背压泵1021和围压泵1031调整实验背压和围压。
S200、通过温控机构4调整高压夹持机构1及渗流流体温度达到实验所需温度值；
具体的，温控机构4所调控的温度，不仅仅是高压夹持机构1的温度，同样包括高压夹持机构1内渗流流体的温度。
S300、调整高压夹持机构1的筒体1011与中子测试机构2的中子束入射高度平齐，启动流体注入机构3，向高压夹持机构1内注入气相流体，同时启动中子测试机构2发射中子束，并通过中子测试机构2获取多相渗流实验中样品的散射图谱；
S400、数据采集处理机构5根据散射图谱，获取实验所需温度、压力条件下实验样品6在微纳米尺度的孔渗特性。
本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：
本申请中，通过高压夹持机构1夹持实验样品6，并维持多相渗流实验所需的压力条件，同时设置温控机构4，保持多相渗流实验所需的温度条件，并同轴布置有中子测试机构2，实验时，通过流体注入机构3向样品夹持件1012内注入流体，并通过中子测试机构2实现利用中子散射技术对所需温度、压力条件下的多相渗流实验分析，可获取实验样品6在微纳米尺度上的孔渗特性。
下面结合具体的使用场景对本发明实施例中的基于中子散射的多相渗流实验装置的结构与功能做详细描述：
在实验开始前，将饱和了氘代甲苯的储层岩心样品夹持于样品夹持件1012内，将样品夹持件1012固定至筒体1011内，并安装固定透明密封件1013，同时，连接各个元件设备(背压泵1021、围压泵1031等)，启动真空泵303，将连接管104及流体注入通道10113内的杂质气体抽出；而后，利用氩气作为围压流体，与液相氘代流体不相溶的气相流体(针对不同的应用背景可以选用CO2、H2、CH4等)作为渗流流体，启动背压泵1021和围压泵1031调整实验背压和围压，并保证围压始终高于孔隙压力。并开启加热套401，通过温度控制器402调整加热温度，加热所述夹持组件101，进而加热岩心样品和渗流流体，使岩心样品达到实验所需的储层温度和压力条件并保持；而后，启动流体注射泵301，向样品夹持件1012内通入气相渗流流体，开始岩心内的多相渗流实验；利用压力传感器501和温度传感器502，实时监测实验的温度和压力条件，并由处理器组件503收集处理，同时，中子发射器201和探测器202所获得的散射图谱结果同步传输至处理器组件503，收集处理相关数据结果，实现所需温度压力条件下的岩心样品微纳尺度多相渗流实验的孔渗特性分析。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的方案后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求所指出。
Claims (10)
1.一种基于中子散射的多相渗流实验装置，其特征在于，其包括：
高压夹持机构，所述高压夹持机构包括夹持组件、背压控制组件、围压控制组件；其中，所述夹持组件包括筒体、样品夹持件和至少两个透明密封件，所述样品夹持件内夹持有实验样品；
所述筒体上开设有围压通道、背压通道以及流体注入通道，所述围压通道、所述背压通道以及所述流体注入通道均从夹持组件外连通至所述实验样品；
样品夹持件抵接于所述筒体内；
至少两个透明密封件抵接于所述筒体的内壁，并位于所述样品夹持件两侧，以用于密封所述实验样品；
背压控制组件与所述背压通道相连接，并用于向所述样品夹持件内通入氘代流体，以控制所述实验样品的背压；
围压控制组件与所述围压通道相连接，并用于向所述样品夹持件外通入气体，以控制所述样品夹持件的围压；
中子测试机构，设于所述高压夹持机构的侧方，并与所述样品夹持件同中心线布置；
流体注入机构，连通于所述高压夹持机构，并用于向所述样品夹持件内注入气体；
温控机构，套设于所述高压夹持机构外，并用于加热所述高压夹持机构，以加热所述实验样品及渗流流体；
数据采集处理机构，分别与所述高压夹持机构和所述中子测试机构相连接。
2.根据权利要求1所述的基于中子散射的储层多相渗流实验装置，其特征在于，所述背压控制组件包括：
背压泵，通过连接管与所述背压通道相连接，以向所述样品夹持件内通入氘代流体，控制所述样品夹持件出口压力；
背压液体瓶，通过所述连接管与所述背压泵向连接，并用于提供氘代流体。
3.根据权利要求2所述的基于中子散射的储层多相渗流实验装置，其特征在于，所述围压控制组件包括：
围压泵，通过连接管与所述围压通道相连接，以向所述样品夹持件外通入气体，控制所述样品夹持件外侧压力；
围压气瓶，通过所述连接管与所述围压泵连接，并用于提供气体。
4.根据权利要求1所述的基于中子散射的多相渗流实验装置，其特征在于，所述筒体上设有中子束的入射端和出射端，所述透明密封件包括一组中子束入射端密封件和一组中子束出射端密封件；
所述中子束入射端密封件包括中子束入射压盖、中子束入射透明板及垫片，所述中子束入射压盖、中子束入射透明板及垫片安装于所述筒体的入射端，所述中子束入射透明板位于所述样品夹持件的一侧，所述中子束入射压盖位于所述中子束入射透明板远离所述样品夹持件的一侧，所述垫片位于所述中子束入射压盖与所述中子束入射透明板之间；
所述中子束出射端密封件包括中子束出射压盖、中子束出射透明板及垫片，所述中子束出射压盖、中子束出射透明板及垫片安装于所述筒体的出射端，所述中子束出射透明板位于所述样品夹持件远离所述中子束入射透明板的一侧，所述中子束出射压盖位于所述中子束出射透明板远离所述样品夹持件的一侧，所述垫片位于所述中子束出射压盖与所述中子束出射透明板之间；
其中，所述中子束入射端密封件和所述中子束出射端密封件相配合，以密封所述筒体，且所述中子束入射压盖和所述中子束入射透明板的直径大于所述中子束出射压盖和所述中子束出射透明板。
5.根据权利要求1所述的基于中子散射的多相渗流实验装置，其特征在于，所述夹持组件还包括：
围压导流垫圈，设置于所述样品夹持件远离所述背压通道的一侧，所述围压导流垫圈上设有多个垫圈通道，所述垫圈通道与所述围压通道相连通，以使气体可均匀通入至所述筒体内；
支架，设于所述筒体上，并用于支撑并调整所述筒体高度，以使所述筒体与中子测试机构的中子束入射高度平齐。
6.根据权利要求1所述的基于中子散射的储层多相渗流实验装置，其特征在于，所述中子测试机构包括：
中子发射器，布置于所述夹持组件的一侧，并用于发射中子束；
探测器，布置于所述夹持组件与所述中子发射器相对立的另一侧，并用于接收所述中子束；所述中子发射器、所述探测器与所述夹持组件同中心线布置。
7.根据权利要求1所述的基于中子散射的储层多相渗流实验装置，其特征在于，所述温控机构包括：
加热套，套设于所述夹持组件外，以加热所述夹持组件和注入流体；
温度控制器，与所述加热套相连接，并用于控制所述加热套的加热温度。
8.根据权利要求1所述的基于中子散射的储层多相渗流实验装置，其特征在于，所述流体注入机构包括：
注射泵，通过连接管与所述流体注入通道相连接，并用于向所述样品夹持件内通入气体；
气瓶，通过所述连接管与所述注射泵相连接，以提供气体；
真空泵，通过所述连接管与所述流体注入通道相连接，以用于抽取所述样品夹持件内的杂质气体。
9.根据权利要求1所述的基于中子散射的储层多相渗流实验装置，其特征在于，所述数据采集处理机构包括：
压力传感器，布置于所述筒体上，并用于检测所述样品夹持件外侧压力；
温度传感器，布置于所述筒体上，并用于检测所述样品夹持件外侧的温度；
处理器组件，与所述压力传感器、所述温度传感器、所述高压夹持机构和所述中子测试机构相连接，以收集处理所述实验样品的数据。
10.一种基于中子散射的多相渗流实验方法，应用于如权利要求1-9任一项所述的基于中子散射的多相渗流实验装置，其特征在于，所述方法包括：
通过高压夹持机构夹持实验样品，以及通过背压控制组件与围压控制组件，将初始孔隙压力调整至实验所需压力，并保证围压压力值始终大于孔隙压力；
通过温控机构调整高压夹持机构及渗流流体温度达到实验所需温度值；
调整高压夹持机构的筒体与中子测试机构的中子束入射高度平齐，启动流体注入机构，向高压夹持机构内注入气相流体，同时启动中子测试机构发射中子束，并通过中子测试机构获取多相渗流过程中实验样品的散射图谱；
数据采集处理机构根据散射图谱，获取所需温度、压力条件下实验样品在微纳米尺度的孔渗特性。
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