CN203239328U - 二维微观可视化模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种二维微观可视化模拟实验装置，包括：成像系统，其中第一螺栓通过在第一凹槽内上下滑动并固定显微镜横梁改变显微镜倾角，显微镜显示和摄录微观仿真透明孔隙模型内流体的流动过程；驱替系统，其中高温高压微观实验夹持器腔体内水平方向密封固定微观仿真透明孔隙模型，该模型上下密封，沿对角线设置入口和出口，与高温高压微观实验夹持器入口和出口形成密封通道；模型倾角控制系统，其中模型半圆形支架内固定高温高压微观实验夹持器，通过可沿第二凹槽滑动的第二螺栓固定于模型底座，半圆形刻度盘通过可沿第三凹槽滑动的第三螺栓固定于模型底座。可完成微观仿真透明孔隙模型内流体垂向渗流及任意倾角平面渗流模拟实验。
Description
技术领域
本实用新型涉及油田开发实验技术领域，尤其涉及二维微观可视化模拟实验装置。
背景技术
二维微观可视化模拟实验是精确表征不同开发方式下油层多孔介质中的流体微观渗流特征，揭示不同开发方式的微观驱油机理的重要技术手段。随着注入流体越来越复杂（如：蒸汽、化学剂、凝析气体、非凝析气体等），以及注入的油藏对象越来越复杂，对于二维可视化微观模拟实验提出了新的要求，包括：1）能够表征微观仿真透明孔隙模型内流体的垂向渗流特征及驱油机理；2）能够表征任意倾角微观仿真透明孔隙模型内流体的平面渗流特征及驱油机理。
专利CN201273903提出了一种高温高压微观实验夹持器，专利CN200985788提出了一种高温高压玻璃微观模型夹持器，该两个专利的优点均在于可以在较长时间、较高压力和较高温度下利用微观仿真透明孔隙模型进行二维微观可视化实验，并利用显微镜、摄像头、显示器和刻录机对微观渗流过程进行图像视频采集和后期处理分析。但专利CN201273903的不足之处在于，由于高温高压微观实验夹持器固定在显微镜底座上，因此夹持器不具备按任意倾角的旋转功能，只能用于水平微观仿真透明孔隙模型内的平面渗流模拟实验；而专利CN200985788的不足之处在于，仅说明了夹持器的模型床体底座与夹持器其它部件之间的结构关系，未说明夹持器是否具备任意倾角旋转功能及实现该功能的部件组成。以上两个专利的技术方案中均未详细说明采用何种技术手段来实现油层内流体的垂向渗流及任意倾角油层内流体的平面渗流模拟实验。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种二维微观可视化模拟实验装置，用以表征微观仿真透明孔隙模型内流体的垂向渗流特征及驱油机理，以及任意倾角微观仿真透明孔隙模型内流体的平面渗流特征及驱油机理，该装置包括：
成像系统、驱替系统和模型倾角控制系统；其中：
成像系统包括：显微镜1、发光二极管LED强光源3、第一螺栓7、显微镜横梁8、立柱9、第一凹槽10、移动平台11和计算机16；驱替系统包括：高温高压微观实验夹持器2、回压阀17、驱替泵18和手动泵19；模型倾角控制系统包括：模型半圆形支架4、半圆形刻度盘5、模型底座6、第二螺栓12、第三螺栓13、第二凹槽14、第三凹槽15、滚珠轴承20；
显微镜1固定在显微镜横梁8上，显微镜横梁8通过第一凹槽10内能够滑动的第一螺栓7固定在立柱9上；显微镜1与计算机16通过数据线连接；立柱9垂直固定在移动平台11上；第一螺栓7通过在第一凹槽10内上下滑动并固定显微镜横梁8改变显微镜1的倾角；显微镜1位于高温高压微观实验夹持器2的第一侧，用于显示和摄录高温高压微观实验夹持器2内微观仿真透明孔隙模型内流体的流动过程；LED强光源3位于高温高压微观实验夹持器2的第二侧，用于向微观仿真透明孔隙模型提供光源；计算机16用于存储显微镜1拍摄到的图像、视频以及驱替泵18、手动泵19和回压阀17的压力和流量数据；
回压阀17、驱替泵18和手动泵19通过管线连接到高温高压微观实验夹持器2；高温高压微观实验夹持器2采用电加热保持恒温，腔体内水平方向密封固定微观仿真透明孔隙模型；微观仿真透明孔隙模型上下用高压钢化透明玻璃密封，沿对角线设置入口和出口，与高温高压微观实验夹持器2的入口和出口形成密封通道；驱替泵18用于向微观仿真透明孔隙模型中注入驱替剂；手动泵19用于为高温高压微观实验夹持器2提供围压；回压阀17用于控制微观仿真透明孔隙模型的回压；
高温高压微观实验夹持器2和LED强光源3固定于模型半圆形支架4内；模型半圆形支架4的第一侧设半圆形的第二凹槽14，半圆形刻度盘5的第一侧设半圆形的第三凹槽15，模型半圆形支架4的第一侧与半圆形刻度盘5的第一侧为同侧；第二凹槽14中左右两侧对称设有两个能够沿第二凹槽14滑动的第二螺栓12，第三凹槽15中左右两侧对称设有两个能够沿着第三凹槽15滑动的第三螺栓13；模型半圆形支架4通过第二螺栓12固定在模型底座6上，半圆形刻度盘5通过第三螺栓13固定在模型底座6上；模型半圆形支架4与半圆形刻度盘5为同轴的半圆形轴体，模型半圆形支架4与半圆形刻度盘5之间通过接触的缝隙中滚珠轴承20相连接。
一个实施例中，模型半圆形支架4旋转90°时，高温高压微观实验夹持器2内的微观仿真透明孔隙模型为垂直竖立。
一个实施例中，模型半圆形支架4的第二侧设有零刻度线，以记录并校准模型半圆形支架4水平放置时的位置。
一个实施例中，半圆形刻度盘5的第二侧左右两端均匀分布0°～90°之间的刻度线，用于指示在模型半圆形支架4旋转过程中，模型半圆形支架4的零刻度线指向的半圆形刻度盘5的刻度为高温高压微观实验夹持器2旋转的倾角。
本实用新型实施例的二维微观可视化模拟实验装置能够完成模仿地层高温高压条件下的微观仿真透明孔隙模型内流体的垂向渗流实验，以及任意倾角微观仿真透明孔隙模型内流体的平面渗流实验；可用于表征微观仿真透明孔隙模型内流体的垂向渗流特征及驱油机理，以及任意倾角微观仿真透明孔隙模型内流体的平面渗流特征及驱油机理。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本实用新型实施例中二维微观可视化模拟实验装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中二维微观可视化模拟实验装置的具体实例的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中二维微观可视化模拟实验装置模拟油层倾角为7°条件下的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
为了解决现有装置无法完成微观仿真透明孔隙模型内流体的垂向渗流及任意倾角微观仿真透明孔隙模型内流体的平面渗流模拟实验的技术问题，本实用新型实施例提供一种二维微观可视化模拟实验装置及其使用方法。
图1为本实用新型实施例中二维微观可视化模拟实验装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例中二维微观可视化模拟实验装置可以包括：
成像系统、驱替系统和模型倾角控制系统；其中：
成像系统包括：显微镜1、LED（Light Emitting Diode，发光二极管）强光源3、第一螺栓7、显微镜横梁8、立柱9、第一凹槽10、移动平台11和计算机16；驱替系统包括：高温高压微观实验夹持器2、回压阀17、驱替泵18和手动泵19；模型倾角控制系统包括：模型半圆形支架4、半圆形刻度盘5、模型底座6、第二螺栓12、第三螺栓13、第二凹槽14、第三凹槽15、滚珠轴承20；
显微镜1固定在显微镜横梁8上，显微镜横梁8通过第一凹槽10内可滑动的第一螺栓7固定在立柱9上；显微镜1与计算机16通过数据线连接；立柱9垂直固定在移动平台11上；第一螺栓7通过在第一凹槽10内上下滑动并固定显微镜横梁8，可沿任意角度改变显微镜1的倾斜角；显微镜1位于高温高压微观实验夹持器2的第一侧，用于显示和摄录高温高压微观实验夹持器2内微观仿真透明孔隙模型内流体的流动过程；LED强光源3设于高温高压微观实验夹持器2的第二侧，用于向微观仿真透明孔隙模型提供光源；计算机16用于存储显微镜1拍摄到的图像、视频以及驱替泵18、手动泵19和回压阀17的压力、流量数据；
回压阀17、驱替泵18和手动泵19通过管线连接到高温高压微观实验夹持器2，高温高压微观实验夹持器2采用电加热保持恒温，高温高压微观实验夹持器2腔体内水平方向密封固定有微观仿真透明孔隙模型，微观仿真透明孔隙模型上下用高压钢化透明玻璃密封，微观仿真透明孔隙模型沿对角线设置入口和出口，并与高温高压微观实验夹持器2的入口和出口形成密封通道；驱替泵18用于向微观仿真透明孔隙模型中注入驱替剂；手动泵19用于为高温高压微观实验夹持器提供围压；回压阀17用于控制微观仿真透明孔隙模型的回压；
高温高压微观实验夹持器2和LED强光源3固定于模型半圆形支架4内；模型半圆形支架4的第一侧设半圆形的第二凹槽14，半圆形刻度盘5的第一侧设半圆形的第三凹槽15，模型半圆形支架4的第一侧与半圆形刻度盘5的第一侧为同侧；模型半圆形支架4的第二凹槽14中左右两侧对称分布两个能够沿着第二凹槽14滑动的第二螺栓12，半圆形刻度盘5的第三凹槽15中左右两侧对称分布两个能够沿着第三凹槽15滑动的第三螺栓13；模型半圆形支架4通过第二凹槽14中的第二螺栓12固定在模型底座6上，半圆形刻度盘5通过第三凹槽15中的第三螺栓13固定在模型底座6上；模型半圆形支架4与半圆形刻度盘5为同轴的半圆形轴体，模型半圆形支架4与半圆形刻度盘5之间通过接触的缝隙中滚珠轴承20相连接。
具体实施时，模型半圆形支架4的第二侧可设有零刻度线，以记录并校准模型半圆形支架4水平放置时的位置。
具体实施时，半圆形刻度盘5的第二侧左右两端可均匀分布0°～90°之间的刻度线，用于指示在模型半圆形支架4旋转过程中，模型半圆形支架4的零刻度线指向的半圆形刻度盘5的刻度为高温高压微观实验夹持器2旋转的倾角。
图2为本实用新型实施例中二维微观可视化模拟实验装置的具体实例的结构示意图。在图2中示出了模型半圆形支架4第二侧的零刻度线，以及半圆形刻度盘5第二侧左右两端均匀分布的0°～90°之间的刻度线。
具体实施时，模型半圆形支架4旋转90°时，高温高压微观实验夹持器2内的微观仿真透明孔隙模型为垂直竖立，通过从微观仿真透明孔隙模型的顶部入口注入、底部出口采出，可模拟微观仿真透明孔隙模型内流体的垂向渗流特征。
本实用新型实施例中二维微观可视化模拟实验装置的使用方法可以包括：
1、设置模型倾角：
松开第二螺栓12，逆时针旋转模型半圆形支架4直至模型半圆形支架4上的零刻度线指向油层实际倾角在半圆形刻度盘5的刻度线位置后，拧紧第二螺栓12将模型半圆形支架4固定在模型底座6上；
2、设置显微镜倾角：
松开第一螺栓7、沿第一凹槽10向下滑动显微镜横梁8，直到显微镜1的物镜与高温高压微观实验夹持器2顶部的高压玻璃视窗平行时，拧紧第一螺栓7将显微镜横梁8固定在立柱9上；
3、建立模型围压及控制模型升温：
建立起微观仿真透明孔隙模型的围压并对微观仿真透明孔隙模型进行升温处理；其中，建立起微观仿真透明孔隙模型的围压，例如可以包括：利用手动泵19向密封有微观仿真透明孔隙模型的高温高压微观实验夹持器2中注入高透明度的乙二醇，注入速度3ml/min，直到压力达到8.5MPa，从而建立起模型围压；对微观仿真透明孔隙模型进行升温处理，例如可以包括：利用高温高压微观实验夹持器2的电加热套，将高温高压微观实验夹持器2加热到预定温度45℃；前例中涉及的注入物质、注入速度、压力、预定温度可以根据实际需求进行调整；
4、饱和水处理：
利用驱替泵18将配制好的地层水从高温高压微观实验夹持器2的入口注入微观仿真透明孔隙模型；同时，打开LED强光源3并调节其亮度，直到在显微镜1的物镜中观测到微观仿真透明孔隙模型中的流体流动；其中，地层水注入压力可以是8MPa，高温高压微观实验夹持器2的出口回压可以控制在7.7MPa；该注入压力、出口回压可以根据实际需求进行调整；
5、饱和油处理：
利用驱替泵18将配制好的地层油从高温高压微观实验夹持器2的入口注入微观仿真透明孔隙模型，直到出口含水为0%时，停止注入，建立起微观仿真透明孔隙模型的束缚水饱和度；其中，地层油注入压力可以是8MPa，高温高压微观实验夹持器2的出口回压可以控制在7.7MPa；该注入压力、出口回压可以根据实际需求进行调整；
6、氮气驱油：
利用驱替泵18将氮气从高温高压微观实验夹持器2的入口注入微观仿真透明孔隙模型，利用显微镜1连续观测微观仿真透明孔隙模型内氮气气泡的流变特征及驱油特征，并用计算机16连续录像；其中，氮气注入压力可以是8MPa，高温高压微观实验夹持器2的出口回压可以控制在7.7MPa，注入速度可以是0.05ml/min；该注入压力、出口回压、注入速度可以根据实际需求进行调整。
具体实施时，本实用新型实施例中二维微观可视化模拟实验装置的使用方法还可以包括：模型半圆形支架4旋转90°时，通过从微观仿真透明孔隙模型的顶部入口注入、底部出口采出，可以模拟微观仿真透明孔隙模型内流体的垂向渗流特征。
下面举一例说明使用本实用新型实施例的二维微观可视化模拟实验装置的具体实验过程。本例中二维微观可视化模拟实验装置模拟油层倾角为7°，具体实施时也可以为其它倾角度数，实验过程与此类似。
图3为本例中二维微观可视化模拟实验装置模拟油层倾角为7°条件下的结构示意图。如图3所示，具体实验过程可以包括：
1、设置模型倾角：
根据油层实际倾角为7°，松开第二螺栓12，逆时针旋转模型半圆形支架4直到模型半圆形支架4上的零刻度线指向半圆形刻度盘5的7°刻度线位置后，拧紧第二螺栓12将模型半圆形支架4固定在模型底座6上；
2、设置显微镜倾角：
松开第一螺栓7、沿第一凹槽10向下滑动显微镜横梁8，直到显微镜1的物镜与高温高压微观实验夹持器2顶部的高压玻璃视窗平行时，拧紧第一螺栓7将显微镜横梁8固定在立柱9上；
3、建立模型围压及控制模型升温：
利用手动泵19向密封有微观仿真透明孔隙模型的高温高压微观实验夹持器2中注入高透明度的乙二醇，注入速度3ml/min，直到压力达到8.5MPa，建立起模型围压；利用高温高压微观实验夹持器2的电加热套，将高温高压微观实验夹持器2加热到预定温度45℃；
4、饱和水处理：
利用驱替泵18将配制好的地层水从高温高压微观实验夹持器2的入口注入微观仿真透明孔隙模型，注入压力8MPa，高温高压微观实验夹持器2的出口回压控制在7.7MPa；同时，打开LED强光源3并调节其亮度，直到在显微镜1的物镜中能清晰观测到微观仿真透明孔隙模型中的流体流动；
5、饱和油处理：
利用驱替泵18将配制好的地层油从高温高压微观实验夹持器2的入口注入微观仿真透明孔隙模型，注入压力8MPa，高温高压微观实验夹持器2的出口回压控制在7.7MPa，直到出口含水为0%时，停止注入，建立起微观仿真透明孔隙模型的束缚水饱和度；
6、氮气驱油：
利用驱替泵18将氮气从高温高压微观实验夹持器2的入口注入微观仿真透明孔隙模型，注入压力8MPa，高温高压微观实验夹持器2的出口回压控制在7.7MPa，注入速度0.05ml/min，利用显微镜1连续观测微观仿真透明孔隙模型内氮气气泡的流变特征及驱油特征，并用计算机16连续录像。
实施时在氮气驱油过程中通过显微镜1拍摄到二维微观模拟实验图像，通过分析不同时刻拍摄到的图像或视频，可得到不同孔隙尺寸条件下氮气的微观驱油特征，以及剩余油的分布规律。
综上所述，本实用新型实施例的二维微观可视化模拟实验装置能够完成模仿地层高温高压条件下的微观仿真透明孔隙模型内流体的垂向渗流实验，以及任意倾角微观仿真透明孔隙模型内流体的平面渗流实验；可用于表征微观仿真透明孔隙模型内流体的垂向渗流特征及驱油机理，以及任意倾角微观仿真透明孔隙模型内流体的平面渗流特征及驱油机理。同时，可以对比顶部注入和底部注入的渗流特征差异，分析不同油层倾角对孔隙介质中流体渗流特征的影响规律。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种二维微观可视化模拟实验装置，其特征在于，包括：
成像系统、驱替系统和模型倾角控制系统；其中：
成像系统包括：显微镜（1）、发光二极管LED强光源（3）、第一螺栓（7）、显微镜横梁（8）、立柱（9）、第一凹槽（10）、移动平台（11）和计算机（16）；驱替系统包括：高温高压微观实验夹持器（2）、回压阀（17）、驱替泵（18）和手动泵（19）；模型倾角控制系统包括：模型半圆形支架（4）、半圆形刻度盘（5）、模型底座（6）、第二螺栓（12）、第三螺栓（13）、第二凹槽（14）、第三凹槽（15）、滚珠轴承（20）；
显微镜（1）固定在显微镜横梁（8）上，显微镜横梁（8）通过第一凹槽（10）内能够滑动的第一螺栓（7）固定在立柱（9）上；显微镜（1）与计算机（16）通过数据线连接；立柱（9）垂直固定在移动平台（11）上；第一螺栓（7）通过在第一凹槽（10）内上下滑动并固定显微镜横梁（8）改变显微镜（1）的倾角；显微镜（1）位于高温高压微观实验夹持器（2）的第一侧，用于显示和摄录高温高压微观实验夹持器（2）内微观仿真透明孔隙模型内流体的流动过程；LED强光源（3）位于高温高压微观实验夹持器（2）的第二侧，用于向微观仿真透明孔隙模型提供光源；计算机（16）用于存储显微镜（1）拍摄到的图像、视频以及驱替泵（18）、手动泵（19）和回压阀（17）的压力和流量数据；
回压阀（17）、驱替泵（18）和手动泵（19）通过管线连接到高温高压微观实验夹持器（2）；高温高压微观实验夹持器（2）采用电加热保持恒温，腔体内水平方向密封固定微观仿真透明孔隙模型；微观仿真透明孔隙模型上下用高压钢化透明玻璃密封，沿对角线设置入口和出口，与高温高压微观实验夹持器（2）的入口和出口形成密封通道；驱替泵（18）用于向微观仿真透明孔隙模型中注入驱替剂；手动泵（19）用于为高温高压微观实验夹持器（2）提供围压；回压阀（17）用于控制微观仿真透明孔隙模型的回压；
高温高压微观实验夹持器（2）和LED强光源（3）固定于模型半圆形支架（4）内；模型半圆形支架（4）的第一侧设半圆形的第二凹槽（14），半圆形刻度盘（5）的第一侧设半圆形的第三凹槽（15），模型半圆形支架（4）的第一侧与半圆形刻度盘（5）的第一侧为同侧；第二凹槽（14）中左右两侧对称设有两个能够沿第二凹槽（14）滑动的第二螺栓（12），第三凹槽（15）中左右两侧对称设有两个能够沿着第三凹槽（15）滑动的第三螺栓（13）；模型半圆形支架（4）通过第二螺栓（12）固定在模型底座（6）上，半圆形刻度盘（5）通过第三螺栓（13）固定在模型底座（6）上；模型半圆形支架（4）与半圆形刻度盘（5）为同轴的半圆形轴体，模型半圆形支架（4）与半圆形刻度盘（5）之间通过接 触的缝隙中滚珠轴承（20）相连接。
2.如权利要求1所述的二维微观可视化模拟实验装置，其特征在于，模型半圆形支架（4）旋转90°时，高温高压微观实验夹持器（2）内的微观仿真透明孔隙模型为垂直竖立。
3.如权利要求1或2所述的二维微观可视化模拟实验装置，其特征在于，模型半圆形支架（4）的第二侧设有零刻度线，以记录并校准模型半圆形支架（4）水平放置时的位置。
4.如权利要求3所述的二维微观可视化模拟实验装置，其特征在于，半圆形刻度盘（5）的第二侧左右两端均匀分布0°～90°之间的刻度线，用于指示在模型半圆形支架（4）旋转过程中，模型半圆形支架（4）的零刻度线指向的半圆形刻度盘（5）的刻度为高温高压微观实验夹持器（2）旋转的倾角。
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| CN103161452A (zh) * | 2013-03-13 | 2013-06-19 | 中国石油天然气股份有限公司 | 二维微观可视化模拟实验装置及其使用方法 |
| CN103835709A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-06-04 | 中国石油大学(华东) | 稠油热采储层破裂的模拟实验方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20131016 Effective date of abandoning: 20151118 |
|
| C25 | Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting |