一種測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置及方法，屬于高分子微球材料表征【技術(shù)領(lǐng)域】。該裝置包括微量泵、閥門、中間容器、過(guò)濾器、壓力傳感器、第一毛細(xì)管連接器、第二毛細(xì)管連接器、等徑毛細(xì)管、產(chǎn)液收集器、計(jì)算機(jī)、三維視頻顯微鏡、熱水循環(huán)加熱器和恒溫循環(huán)水浴。利用該裝置能夠測(cè)定孔喉尺度彈性微球在等徑毛細(xì)管中彈性變形運(yùn)移時(shí)的最大截面形變量和引起的附加流動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)不同溫度和礦化度條件下孔喉尺度彈性微球彈性模量的準(zhǔn)確測(cè)量。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，是一種實(shí)用的測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置及方法。
【專利說(shuō)明】一種測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置及方法，屬于高分子微球材料表征【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]孔喉尺度彈性微球深部調(diào)驅(qū)技術(shù)是21世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型提高采收率技術(shù)，其主要原理是針對(duì)油藏巖石的納微米級(jí)孔喉尺寸特征，合成與之匹配的孔喉尺度彈性微球，孔喉尺度彈性微球依靠自身的彈性，通過(guò)在巖石多孔介質(zhì)運(yùn)移過(guò)程中的“封堵、流體分流一變形、恢復(fù)、運(yùn)移一深部封堵、流體分流”機(jī)制，在高滲透帶不斷地封堵和運(yùn)移，直達(dá)油層深部，從而提高油層深部剩余油富集區(qū)的波及體積和驅(qū)油效率，大幅度提高原油的采收率。
[0003]在孔喉尺度彈性微球調(diào)驅(qū)過(guò)程中，孔喉尺度彈性微球的彈性是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它直接關(guān)系到孔喉尺度彈性微球在巖石多孔介質(zhì)中的變形運(yùn)移能力和深部封堵能力。因此，研究孔喉尺度彈性微球的彈性，對(duì)于全面認(rèn)識(shí)孔喉尺度彈性微球深部調(diào)驅(qū)機(jī)理，制定合理的現(xiàn)場(chǎng)施工方案具有重要的意義。
[0004]孔喉尺度彈性微球的彈性用孔喉尺度彈性微球的彈性模量來(lái)衡量。目前，材料彈性模量的測(cè)定方法包括靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法，具體如下:
[0005](1)靜態(tài)法是指在試樣上施加一恒定的彎曲應(yīng)力，測(cè)定其彈性彎曲撓度，或是在試樣上施加一恒定的拉伸(或壓縮)應(yīng)力，測(cè)定其彈性變形量；或根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變計(jì)算彈性模量。該方法不能反映材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，不能測(cè)量不同溫度下的彈性模量，而且準(zhǔn)確度低，測(cè)試結(jié)果波動(dòng)大。
[0006](2)動(dòng)態(tài)法可分為聲速法、聲頻共振法、脈沖激振法。
[0007]a)聲速法:通過(guò)測(cè)試超聲波或聲波在試樣中的傳播時(shí)間及試樣長(zhǎng)度得到縱向或橫向傳播速率，然后計(jì)算得到材料的彈性模量。這種方法所用激發(fā)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、換能器轉(zhuǎn)變溫度低且價(jià)格昂貴，因此，普遍應(yīng)用受到限制。
[0008]b)聲頻共振法:指聲頻發(fā)生器發(fā)送聲頻電信號(hào)，由換能器轉(zhuǎn)換為振動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)試樣，再由換能器接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，分析此信號(hào)與發(fā)生器信號(hào)在示波器上形成的圖形，得出試樣的固有頻率，然后計(jì)算得到材料的彈性模量。該方法所用激發(fā)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必要時(shí)激發(fā)器需要與試樣表面耦合，操作不方便；可能存在多個(gè)李薩如圖形，易誤判；該方法不方便用于高溫測(cè)試。
[0009]c)脈沖激振法:通過(guò)合適的外力給定試樣脈沖激振信號(hào)，當(dāng)激振信號(hào)中的某一頻率與試樣的固有頻率相一致時(shí)，產(chǎn)生共振，此時(shí)振幅最大，延時(shí)最長(zhǎng)，這個(gè)波通過(guò)測(cè)試探針或測(cè)量話筒的傳遞轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)送入儀器，測(cè)出試樣的固有頻率，然后計(jì)算得到材料的彈性模量。但是在實(shí)際測(cè)量時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)共振峰，致使真假難分，尤其在高溫條件下測(cè)量時(shí)，因試樣的機(jī)械品質(zhì)下降，真假共振峰更難區(qū)別。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置及方法，該裝置及方法通過(guò)測(cè)定孔喉尺度彈性微球在等徑毛細(xì)管中彈性變形運(yùn)移時(shí)的最大截面形變量和引起的附加流動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)不同溫度和礦化度條件下孔喉尺度彈性微球彈性模量的準(zhǔn)確測(cè)量，從而全面認(rèn)識(shí)孔喉尺度彈性微球深部調(diào)驅(qū)機(jī)理，也為制定合理的現(xiàn)場(chǎng)施工方案提供重要的基礎(chǔ)參數(shù)。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0012]一種測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置，包括微量泵、閥門、中間容器、過(guò)濾器、壓力傳感器、第一毛細(xì)管連接器、第二毛細(xì)管連接器、等徑毛細(xì)管、產(chǎn)液收集器、計(jì)算機(jī)、三維視頻顯微鏡、熱水循環(huán)加熱器和恒溫循環(huán)水浴，微量泵通過(guò)管線和閥門依次與中間容器、過(guò)濾器、壓力傳感器、第一毛細(xì)管連接器、第二毛細(xì)管連接器和產(chǎn)液收集器相連；第一毛細(xì)管連接器和第二毛細(xì)管連接器之間連接有等徑毛細(xì)管，連接處用聚酰亞胺密封樹(shù)脂進(jìn)行密封；壓力傳感器通過(guò)第一數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連；三維視頻顯微鏡置于第一毛細(xì)管連接器和第二毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管的上方，三維視頻顯微鏡通過(guò)第二數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連；熱水循環(huán)加熱器置于第一毛細(xì)管連接器、第二毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管的下面，熱水循環(huán)加熱器上設(shè)置有進(jìn)水管和出水管與恒溫循環(huán)水浴相連。
[0013]上述微量泵流速的可調(diào)范圍為0.001?1200mL/h;中間容器用于存放待測(cè)樣品；第一毛細(xì)管連接器和第二毛細(xì)管連接器的長(zhǎng)度為10.0mm,外徑為2.00±0.50mm,內(nèi)徑為0.250±0.050mm ;等徑毛細(xì)管的長(zhǎng)度為5.0mm,外徑為0.250±0.010mm,內(nèi)徑為
0.025±0.003mm ;壓力傳感器的測(cè)量精度為0.0OlkPa，采集頻率為5次/s ;與三維視頻顯微鏡配套的圖像采集分析軟件用以錄像和對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，錄像速度上限為360幀/s，長(zhǎng)度測(cè)量精度為0.001 μ m ;恒溫循環(huán)水浴能控制第一毛細(xì)管連接器、第二毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管中流體的溫度。
[0014]利用上述裝置測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的方法，該方法包括以下步驟:
[0015](1)利用三維視頻顯微鏡的長(zhǎng)度測(cè)量功能測(cè)量等徑毛細(xì)管的內(nèi)徑d。
[0016](2)用礦化度為Cs的NaCl溶液配制質(zhì)量濃度為c的孔喉尺度彈性微球懸浮液，并置于中間容器中。
[0017](3)設(shè)定恒溫循環(huán)水浴溫度t和平流泵流速V，驅(qū)替中間容器中的孔喉尺度彈性微球懸浮液，經(jīng)過(guò)濾器、壓力傳感器進(jìn)入毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管中。
[0018](4)利用三維視頻顯微鏡的錄像功能記錄單個(gè)孔喉尺度彈性微球流經(jīng)毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管過(guò)程中的微觀動(dòng)態(tài)圖像。
[0019](5)與步驟(4)同時(shí)，利用壓力傳感器記錄步驟(4)所述的單個(gè)孔喉尺度彈性微球流經(jīng)毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管過(guò)程中，毛細(xì)管連接器兩端的最大壓力降ΛΡ。
[0020](6)利用三維視頻顯微鏡的長(zhǎng)度測(cè)量功能測(cè)量步驟(4)所述的單個(gè)孔喉尺度彈性微球的原始直徑D。
[0021](7)當(dāng)孔喉尺度彈性微球的直徑D大于等徑毛細(xì)管的內(nèi)徑d時(shí)，孔喉尺度彈性微球在等徑毛細(xì)管的入口處堵塞，產(chǎn)生附加流動(dòng)阻力，當(dāng)注入壓力升高到一定值時(shí)，孔喉尺度彈性微球發(fā)生彈性變形，逐漸進(jìn)入等徑毛細(xì)管中；當(dāng)孔喉尺度彈性微球完全進(jìn)入等徑毛細(xì)管中時(shí)，孔喉尺度彈性微球的彈性變形率達(dá)到最大值，此時(shí)的附加流動(dòng)阻力也達(dá)到最大值。根據(jù)胡克定律，APm表示為:
[0022]Δ Pm = Ε.ε (1)
[0023]式中:ΛΡπ為孔喉尺度彈性微球完全進(jìn)入等徑毛細(xì)管中時(shí)所產(chǎn)生的附加流動(dòng)阻力，kPa ；E為孔喉尺度彈性微球的彈性模量，kPa ； ε為孔喉尺度彈性微球的最大彈性變形率，無(wú)因次。
[0024]孔喉尺度彈性微球的最大彈性變形率用孔喉尺度彈性微球的最大截面形變率來(lái)描述，即:
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置，其特征在于:包括微量泵、閥門、中間容器、過(guò)濾器、壓力傳感器、第一毛細(xì)管連接器、第二毛細(xì)管連接器、等徑毛細(xì)管、產(chǎn)液收集器、計(jì)算機(jī)、三維視頻顯微鏡、熱水循環(huán)加熱器和恒溫循環(huán)水浴，所述微量泵通過(guò)管線和閥門依次與中間容器、過(guò)濾器、壓力傳感器、第一毛細(xì)管連接器、第二毛細(xì)管連接器和產(chǎn)液收集器相連；所述第一毛細(xì)管連接器和第二毛細(xì)管連接器之間連接有等徑毛細(xì)管，連接處用聚酰亞胺密封樹(shù)脂進(jìn)行密封；所述壓力傳感器通過(guò)第一數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連；所述三維視頻顯微鏡置于第一毛細(xì)管連接器和第二毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管的上方，所述三維視頻顯微鏡通過(guò)第二數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連；所述熱水循環(huán)加熱器置于第一毛細(xì)管連接器、第二毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管的下面，所述熱水循環(huán)加熱器上設(shè)置有進(jìn)水管和出水管與恒溫循環(huán)水浴相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置，其特征在于:所述微量泵流速的可調(diào)范圍為0.001~1200mL/h ;所述中間容器用于存放待測(cè)樣品；所述第一毛細(xì)管連接器和第二毛細(xì)管連接器的長(zhǎng)度為10.0mm,外徑為2.00±0.50mm,內(nèi)徑為0.250±0.050mm ;所述等徑毛細(xì)管的長(zhǎng)度為5.0mm，外徑為0.250±0.010mm,內(nèi)徑為0.025±0.003mm ;所述壓力傳感器的測(cè)量精度為0.0OlkPa，采集頻率為5次/s ;所述三維視頻顯微鏡內(nèi)配套設(shè)置有圖像采集分析軟件用以錄像和對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，錄像速度上限為360幀/s，長(zhǎng)度測(cè)量精度為0.001 μ m ;所述恒溫循環(huán)水浴能控制第一毛細(xì)管連接器、第二毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管中流體的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置，其特征在于:利用上述裝置測(cè)量孔喉尺度彈性微球彈性模量的方法包括以下步驟:(1)利用三維視頻顯微鏡的長(zhǎng)度測(cè)量功能測(cè)量等徑毛細(xì)管的內(nèi)徑d；(2)用礦化度為Cs的NaCl溶液配制質(zhì)量濃度為c的孔喉尺度彈性微球懸浮液，并置于中間容器中；(3)設(shè)定恒溫循環(huán)水浴溫度t和平流泵流速V，驅(qū)替中間容器中的孔喉尺度彈性微球懸浮液，經(jīng)過(guò)濾器、壓力傳感器進(jìn)入毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管中；(4)利用三維視頻顯微鏡的錄像功能記錄單個(gè)孔喉尺度彈性微球流經(jīng)毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管過(guò)程中的微觀動(dòng)態(tài)圖像；(5)與步驟(4)同時(shí)，利用壓力傳感器記錄步驟(4)所述的單個(gè)孔喉尺度彈性微球流經(jīng)毛細(xì)管連接器和等徑毛細(xì)管過(guò)程中，毛細(xì)管連接器兩端的最大壓力降ΛΡ ;(6)利用三維視頻顯微鏡的長(zhǎng)度測(cè)量功能測(cè)量步驟(4)所述的單個(gè)孔喉尺度彈性微球的原始直徑D;(7)當(dāng)孔喉尺度彈性微球的直徑D大于等徑毛細(xì)管的內(nèi)徑d時(shí)，孔喉尺度彈性微球在等徑毛細(xì)管的入口處堵塞，產(chǎn)生附加流動(dòng)阻力，當(dāng)注入壓力升高到一定值時(shí)，孔喉尺度彈性微球發(fā)生彈性變形，逐漸進(jìn)入等徑毛細(xì)管中；當(dāng)孔喉尺度彈性微球完全進(jìn)入等徑毛細(xì)管中時(shí)，孔喉尺度彈性微球的彈性變形率達(dá)到最大值，此時(shí)的附加流動(dòng)阻力也達(dá)到最大值；根據(jù)胡克定律，APm表示為:APm = E.ε (1)式中:ΛΡΠ為孔喉尺度彈性微球完全進(jìn)入等徑毛細(xì)管中時(shí)所產(chǎn)生的附加流動(dòng)阻力，kPa ；E為孔喉尺度彈性微球的彈性模量，kPa ； ε為孔喉尺度彈性微球的最大彈性變形率，無(wú)因次；孔喉尺度彈性微球的最大彈性變形率用孔喉尺度彈性微球的最大截面形變率來(lái)描述，即:
【文檔編號(hào)】G01N3/12GK103674721SQ201310674277
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】姚傳進(jìn), 雷光倫, 程明明 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)