[发明专利]一种微米毛细管气液动态相界面测试装置

说明书

本发明提供了一种微米毛细管气液动态相界面测试装置，包括设置有微米毛细管通道的微流动芯片，带有注射泵和压力传感器的压力控制管路，控制微流动芯片移动的移动平台，获取测试液体的相界面图像并输出的摄像单元，和根据所述压力传感器的信息控制所述注射泵的注射过程，同时通过控制所述电机使所述微流动芯片的水平移动速度与所述微流动芯片内的测试液体移动速度相同且方向相反，以使测试液体形成的相界面始终保持在所述摄像单元的视野范围内的控制系统。本发明实现了对微米尺度的毛细管导内的气液两相流动过程的压力或流速的控制，首次实现了在低毛管数、低邦德数状态下的动态接触角测量，极大提高了数据处理的效率及测量精度。

技术领域

本发明涉及石油强化开采领域，特别是涉及用于测量微米毛细管中气液动态驱替过程中能够自动根据相界面移动而同步移动以使相界面相对保持不动的电动测试平台。

背景技术

单个微米尺度的毛细管中的两相驱替机理是自然环境多孔介质内的两相驱替的基础，多孔介质中的两相驱替发生在众多的工业或自然过程中，比如致密油藏的水驱气、溶解气驱、水驱油等过程，获取上述工业条件下的动态接触角信息对于评估整个多孔介质内两相驱替过程至关重要。

现有技术中已有很多实验实现了在直径为毫米级的毛细管中测量动态接触角的方案。其中为了观察到接触角，需要采用高倍数的显微镜获得放大的图像，也就意味着观察的视野小。然而动态的驱替过程意味着相界面会移动一定的距离，因此高倍数的显微镜无法观察到相界面的运动过程。

如果采用低倍数的显微镜进行观察，可以观察到相界面位置的变化，却无法观察到相界面，也就无法直接测量接触角。

综上所述，需要一种既可观察到相界面的运动过程，又可以精确观察到相相界面细节的动态测试平台。

发明内容

本发明的目的是要提供一种微米毛细管气液动态相界面测试装置。

特别地，本发明提供一种微米毛细管气液动态相界面测试装置，包括：

微流动芯片，用于供测试液体通过，设置有微米毛细管通道；

压力控制管路，包括通过管路与所述微流动芯片连接的注射泵，在管路上安装有检测压力的压力传感器；

移动平台，包括作为支撑的基座，和安装在基座上的丝杆，通过螺纹套在丝杆上沿直线移动的移动座，驱动丝杆转动的电机，所述微流动芯片安装在移动座上；

摄像单元，设置在所述微流动芯片的上方，用于获取测试液体的相界面图像并输出；

控制系统，根据所述压力传感器的信息控制所述注射泵的注射过程，同时通过控制所述电机使所述微流动芯片的水平移动速度与所述微流动芯片内的测试液体移动速度相同且方向相反，以使测试液体形成的相界面始终保持在所述摄像单元的视野范围内。

在本发明的一个实施方式中，所述微流动芯片为透明材料制成的板状结构，一面上设置有内凹的凹槽，在所述凹槽上盖有贴合所述凹槽上表面的盖板，所述微米毛细管通道设置在所述凹槽内且以阵列方式设置有多个，每个所述微米毛细管通道的两端分别设置有进液区和出液区；所述微米毛细管通道的宽度为10～100μm，所述进液区和所述出液区的宽度至少为所述微米毛细管通道宽度的15～20倍。

在本发明的一个实施方式中，所述进液区和所述出液区为水滴形且水滴形的尖端与所述微米毛细管通道连通，在所述进液区和所述出液区内分别均匀地设置有多根垂直的防止微米塌陷的立柱；在所述进液区的中间设置有底部开口的进液孔，在所述出液区的中间设置有底部开口的排液孔。

在本发明的一个实施方式中，所述立柱以环形的方式逐圈布置，且中间留出所述进液孔和所述排液孔的设置空间。