[发明专利]一种控制气液动态测试装置中相界面位置的方法

说明书

本发明提供了一种控制气液动态测试装置中相界面位置的方法，通过可控制压力和微流动芯片移动速度的动态测试装置，通过计算电机转速来控制移动座速度，进而控制微流动芯片的速度，通过流量来确认相界面的移动速度和方向，从而与微流动芯片的控制实现联动，保证相界面的观察位置不变。本发明通过对微米尺度的毛细管导内的气液两相流动过程的流量控制、电机速度控制，进而实现了对测试液体形成的相界面位置的控制，从而为低毛管数、低邦德数状态下获取精确的动态接触角提供了基础；本发明可简化控制流程并极大提高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，特别涉及一种利用动态测试装置测试微米 毛细管中相界面时控制相界面当前位置的方法。

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。

此外，在相界面观察时，由于压力的变化会导致相界面一直在移动，影响 了观察效果。

发明内容

本发明的目的是要提供一种既可方便观察到相界面精确图像，又可以精确 控制相界面观察位置的方法。

特别地，本发明提供一种控制气液动态测试装置中相界面位置的方法，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；

控制所述注射泵的注射过程为：根据两相流方程

求出目标压力p_t，式中V为相界面速度，x为测试液体在微米毛细管通道 中的长度，θ为相界面接触角，μ为测试液体粘度，S为微米毛细管通道截面边 长，A为微米毛细孔通道截面面积，R为微米毛细管通道的等效半径，γ为界 面张力；

由于注射过程的控制就是对流量的控制，而流量Q＝AV，因此上式转换为：

控制系统通过流量Q则可以调整注射泵施加至测试液体上的压力来达到 目标压力；

控制所述微流动芯片的方法如下：

所述微流动芯片与所述移动座同步移动，因此求出所述移动座的速度v即 可，根据：

n＝f/k

其中，n为电机的转速，f为控制系统发出的脉冲信号频率，k为转频比； 则可得到移动座的速度v：