[发明专利]界面变化观测系统和方法

说明书

本发明提供了一种界面变化观测系统和方法，界面变化观测系统包括：第一注入机构，用于提供并输送第一液体；第二注入机构，用于提供并输送第二液体，第二注入机构与第一注入机构并联设置；阀机构，阀机构的入口端与第一注入机构和第二注入机构均连接，阀机构能够分别控制第一注入机构和第二注入机构的开闭；微流动单元，与阀机构的出口端连接，微流动单元包括喉管部，喉管部的内径小于微流动单元内其他各个管路的内径；图像获取机构，设置在微流动单元处，并能够获取喉管部处的液体界面变化图像。本发明可以分别输入两种液体并能够获取两种液体在喉管部的油液界面的变化图像，方便通过图像研究不同液体之间的界面变化情况。

技术领域

本发明涉及喉道残余油领域，具体涉及一种界面变化观测系统和方法。

背景技术

在多孔介质中原油的滞留和运移是一个复杂的过程，影响驱替机理的几种因素包括1、孔隙的网络结构，2、固体与液体润湿性、吸附等特性，3、液体间界面张力和粘滞力等特性，4、驱替的压力梯度和重力。微观剩余油形成受微观储层非均质性、温压场变化、储层的润湿性、毛管力等因素制约。其中，毛细管力的大小和方向在水驱油的过程中对驱油起着重要作用，并影响到剩余油的形成与分布。由于地层的微观非均质性，在水驱油两相流动过程中，当水驱动原油在孔隙中运移到喉道时，因喉道半径小于孔隙半径，油滴会发生变形，产生附加压力，即通常所说的“贾敏效应”。如图1所示，根据拉普拉斯公式，油滴所受的毛细管压差ΔPc为：喉道残余油。

ΔP_c：毛细管压力差，单位为KPa；

γ：油水界面张力，单位为mN/m；

r₁：喉道曲界面的曲率半径，单位为μm；

r₂：孔隙曲界面的曲率半径，单位为μm；

毛细管压力差ΔPc阻止原油继续向前运移，形成喉道残余油，此时残余油是以不连续的油滴状态存在于孔喉交界处。要使卡在孔喉交界处滞留的油滴流动，必须使驱替水动力学压力大于“贾敏效应”所产生的毛细管压差。

阿尔费雷多等人通过毛细管实验研究了表面活性剂溶液启动喉道残余油的两种机理：

1、降低油水界面张力机理，降低油水界面张力的机理主要是通过降低界面张力来减小毛细管阻力从而使油滴通过喉道。研究表明，使毛细管滞留油启动的方法之一是降低油水界面张力，如果将油水界面张力由30-50mN/m降至10^-3mN/m至10^-2mN/m数量级，就可以大大降低启动滞留油滴所需的驱动压力。

2、界面扰动乳化油滴机理，界面扰动乳化油滴机理是指表面活性剂溶液与油滴接触后，由于马拉高尼效应对流产生界面扰动，使残余油滴乳化为半径小于喉道半径的小油滴，在没有毛管力的作用下通过喉道。界面扰动乳化原油通过喉道的过程示意如图2所示：

a表示表面活性剂溶液靠近残余油滴，接触瞬间油滴左侧油与表面活性剂溶液界面张力在短时间内迅速降低，而油滴右侧油与水界面张力仍保持较高，油滴在毛管力的作用下会向左跳动；

b可以看出油滴左侧界面破裂变形并开始乳化。这是因为表面活性剂溶液与油滴接触后，急剧的浓度变化和传质作用形成界面张力梯度产生马拉高尼效应对流，马拉高尼效应对流引起界面快速的扩张和收缩，剧烈的界面扰动使油水界面破裂；

c表示在界面扰动作用下油滴后缘开始乳化；

d表示马拉高尼效应对流在油滴内部产生环流并不断往右推进，乳化右边新接触到的油滴；

e表示油滴完全乳化后开始通过喉道；

f表示乳化后的油滴完全通过喉道。从表面活性剂溶液接触到油滴到油滴完全乳化的a-e整个过程是在很短的几秒时间内完成的。