一種高溫微觀可視化物理模擬夾持模型的製作方法

2023-11-06 05:21:52

本實用新型涉及一種模擬地下高溫流體流動的一種高溫微觀可視化物理模擬夾持模型，屬於油氣田開發技術領域。

背景技術：

為了研究巖石孔隙中流體之間的接觸關係以及外來流體驅替油藏中原油的機理，微觀驅油物理模擬技術已成為人們研究微觀驅油機理的重要手段，其中微觀驅油時需要將微觀天然巖心或模擬巖心的可視化物理模型接入驅替流程中，這就需要一個連接裝置，也就是模型夾持器的功用。

由於地下油藏處於高溫、高壓狀態，要想更準確的模擬地下油藏，反映地下油藏的開採狀況，需要模擬油層的溫度和壓力。因此在模擬實驗研究過程中，儘可能對微觀驅替模擬模型進行加熱和加壓。對於這方面的研究，目前國內外都取得了一定的成果，目前針對微觀驅替模型夾持器進行加熱的方式大都是水浴/油浴加熱、空氣加熱、電加熱等。但對於水浴/油浴而言，因管道與模型之間存在一定的空間，導致採用這種方式進行加熱效果並不理想，出現耗時長，升溫慢等問題；而採用對腔體加熱的方式對玻璃片進行加熱和加壓，為保證加熱效果，腔體都需要有一定的空間，導致腔體高度增加，進而託高玻璃片，縮短了顯微鏡和玻璃片的距離，影響放大倍數，進而影響觀察精度。對於電加熱，目前主要採用陶瓷電加熱棒的方式，因陶瓷電熱棒是以柱狀形式插入微觀模型，對於橫放的玻璃片並不能起到較好的加熱作用。

因此，製作一種能解決上述加熱問題的夾持模型，能更好的模擬油層溫度，對於提高夾持模型對地層的仿真度有很大的意義。

技術實現要素：

針對上述問題，本實用新型採取將雲母加熱板做成圓環片植入模型中，在夾持器內加熱可視化刻蝕玻片模型，從而可用於解決目前水浴/油浴或腔體加熱方式升溫慢、操作不方便、易漏失、密封性差、誤差大等問題。

本實用新型涉及石油天然氣流動實驗裝置，可以利用普通玻璃微觀實驗進行600℃以下的各種微觀實驗，完成在高溫條件下的驅替研究工作。

本實用新型的技術方案如下：

一種高溫微觀可視化物理模擬夾持模型，包括觀察座、可視化夾持座、底座密封用矽膠片、巖心玻璃片、觀察玻璃片、觀察蓋密封用矽膠片、螺栓；所述可視化夾持座和觀察座對齊，通過螺栓連接，觀察座和可視化夾持座之間形成的空腔，從下到上依次疊加放置底座密封用矽膠片、巖心玻璃片、觀察玻璃片、觀察蓋密封用矽膠片。

進一步的，所述觀察座由觀察蓋、1#導熱片、1#雲母片組成；所述觀察蓋為正方形結構，四邊設有四個螺紋孔；觀察蓋中部下側設有一段正方形凸臺，凸臺中心設有貫穿圓孔，凸臺一角內側設有線孔；所述1#雲母片為內部設有圓孔的正方形結構，外邊尺寸與凸臺相同，圓孔尺寸與觀察蓋的直筒段圓孔相同，1#雲母片一角連接有電導線；1#導熱片為內部設有圓孔的正方形結構，外邊尺寸與凸臺相同，圓孔尺寸與觀察蓋的直筒段圓孔相同；1#雲母片安放在凸臺下側，並使電導線穿過線孔；

所述可視化夾持座由底座、2#雲母片，2#導熱片組成；所述底座為正方形結構，四邊設有四個螺紋孔；底座中部設有一段正方形沉孔，正方形沉孔中心設有貫穿圓孔；所述底座側面兩側分別設有對稱的2個入口管道和出口管道，入口管道和出口管道均連接至正方形沉孔側面中部；沉孔一角內側設有線孔；所述2#雲母片為內部設有圓孔的正方形結構，外邊尺寸與正方形沉孔內邊相同，圓孔尺寸與底座的圓環相同，2#雲母片一角連接有電導線；2#導熱片為內部設有圓孔的正方形結構，外邊尺寸與正方形沉孔內邊相同，圓孔尺寸與底座的圓環相同；2#雲母片安放在正方形沉孔中，並使電導線穿過線孔；

所示觀察蓋的凸臺，與底座的沉孔四邊尺寸配合，凸臺高度小於沉孔深度，觀察蓋的凸臺能放入底座的沉孔並形成空腔。

進一步的，所述1#雲母片和觀察蓋密封用矽膠片之間設有1#導熱片，1#導熱片焊接打磨到觀察蓋的凸臺上，將1#雲母片壓緊固定；所述2#雲母片和底座密封用矽膠片之間設有2#導熱片，2#導熱片焊接打磨到底座的沉孔中，將2#雲母片壓緊固定。

進一步的，所述觀察蓋上的圓孔為上部錐形段，下部直筒段。

進一步的，所述的雲母片具有良好的絕緣性能和耐高溫性能，通過電線連接外部設有的溫度調節器，外部設有調節溫度的開關，控制對雲母片加熱保持對加持模型的恆溫加熱。

進一步的，所述巖心玻璃片上表面刻有流道，中部設有巖心薄片放置處，巖心薄片的厚度能讓顯微鏡進行觀察，巖心玻璃片上表面與觀察玻璃片下表面貼合。

進一步的，所述入口管道和出口管道均連接巖心玻璃片和觀察玻璃片之間的微觀通道。

進一步的，所述2個入口管道之間和2個出口管道之間均設有導流槽，導流槽位於正方形沉孔內壁壁面上。

進一步的，所述2個入口管道之間和2個出口管道設有配套的絲堵和快速接頭。

進一步的，所述觀察蓋密封用矽膠片為王字形矽膠薄片，底座密封用矽膠片為工字形矽膠薄片。如此設計，可以使其在完成密封的情況下，不會影響螺栓連接。

本實用新型具有以下有益效果：

1、本實用新型能夠在高溫條件下進行可視化實驗，能便捷有效的根據實際油藏溫度選擇驅油可視化微觀模型的試驗溫度。

2、本實驗模型根據實際油藏條件，控制溫度，安全性能優越，操作簡便，便於在可視化條件下觀察驅油過程，獲得其作用機理，既驗證了對驅油機理的各種設想，又對人們研究各種提高石油採收率的方法和技術進行了指導，對微觀實驗在石油行業中的廣泛應用和推廣具有重要意義。

3、本實驗模型將雲母加熱板和可視化微觀模型加持器相結合，可以更為簡便地模擬地下原油流動特徵；

4、當實驗溫度低於析蠟點，室內模擬實驗中特別是高粘稠油更容易發生結蠟從而堵塞流通通道，而採用本發明的雙面雲母片加熱，可實時調整實驗溫度保證其與地層真實溫度相一致，最終使得實驗條件與油藏環境更匹配。

附圖說明

圖1為本實用新型的分解視圖；

圖2為本實用新型的側視圖；

圖3為底座結構示意圖；

圖4為底座結構示意圖左視圖；

圖5為底座結構示意圖主視圖的剖視圖；

圖6為底座結構示意圖俯視圖；

圖7為1#雲母片結構示意圖；

圖8為1#導熱片結構示意圖；

圖9為底座密封用矽膠片；

圖10為底座墊片在底座上的安裝示意圖；

圖11為觀察蓋結構示意圖；

圖12為觀察蓋另一角度結構示意圖；

圖13為觀察蓋結構示意圖主視圖；

圖14為觀察蓋密封用矽膠片；

圖15為觀察玻璃片的中間部分放大圖；

圖16為巖心薄片微觀示意圖；

圖17為本實用新型在實驗中的擺放狀態。

圖中，1、可視化夾持座；11、底座；12、2#雲母片；13、2#導熱片；14入口管道；14-1、1#入口管道；14-2、2#入口管道；15、出口管道；16、導流槽；2、底座密封用矽膠片；3、巖心玻璃片；4、觀察玻璃片；5、觀察蓋密封用矽膠片；6、觀察座；61、觀察蓋；62、1#雲母片；63、1#導熱片7、電導線；8、螺栓；9、顯微鏡；10、光源。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和具體實施對本實用新型進行詳細描述。

如圖1～圖14所示，一種高溫微觀可視化物理模擬夾持模型，一種高溫微觀可視化物理模擬夾持模型，包括觀察座6、可視化夾持座1、底座密封用矽膠片2、巖心玻璃片3、觀察玻璃片4、觀察蓋密封用矽膠片5、螺栓8。

如圖11～圖13所示，所述觀察座6由觀察蓋61、1#導熱片62、1#雲母片組成63；所述觀察蓋61為正方形結構，四邊設有四個螺紋孔；觀察蓋61中部下側設有一段正方形凸臺，凸臺中心設有貫穿圓孔，圓孔為上部錐形段，下部直筒段。凸臺一角內側設有線孔；所述1#雲母片62為內部設有圓孔的正方形結構，外邊尺寸與凸臺相同，圓孔尺寸與觀察蓋61的直筒段圓孔相同，1#雲母片62一角連接有電導線7；1#導熱片63為內部設有圓孔的正方形結構，外邊尺寸與凸臺相同，圓孔尺寸與觀察蓋61的直筒段圓孔相同；1#雲母片62安放在凸臺下側，並使電導線7穿過線孔。

如圖3～圖8所示，所述可視化夾持座1由底座11、2#雲母片12，2#導熱片13組成；所述底座11為正方形結構，四邊設有四個螺紋孔；底座11中部設有一段正方形沉孔，正方形沉孔中心設有貫穿圓孔；所述底座11側面兩側分別設有對稱的2個入口管道14和出口管道15，入口管道14和出口管道15均連接至正方形沉孔側面中部；沉孔一角內側設有線孔；所述2#雲母片為內部設有圓孔的正方形結構，外邊尺寸與正方形沉孔內邊相同，圓孔尺寸與底座1的圓環相同，2#雲母片12一角連接有電導線；2#導熱片13為內部設有圓孔的正方形結構，外邊尺寸與正方形沉孔內邊相同，圓孔尺寸與底座1的圓環相同；2#雲母片12安放在正方形沉孔中，並使電導線7穿過線孔。所述1#雲母片12和觀察蓋密封用矽膠片5之間設有1#導熱片13，1#導熱片63焊接打磨到觀察蓋6的圓環和正方形凸臺上，將1#雲母片62壓緊固定；所述2#雲母片12和底座密封用矽膠片之間設有2#導熱片，2#導熱片焊接打磨到底座1的正方形沉孔中，將2#雲母片12壓緊固定。所述的雲母片具有良好的絕緣性能和耐高溫性能，通過電導線7連接外端溫度調節器外部，外部設有調節溫度的開關，控制對雲母片加熱保持對夾持模型的恆溫加熱。

如圖1和圖2所示，所示觀察蓋61的凸臺，與底座的沉孔四邊尺寸配合，凸臺高度小於沉孔深度，所述可視化夾持座1和觀察座6對齊，觀察蓋61的凸臺能放入底座11的沉孔並形成空腔，並通過螺栓連接，從下到上依次疊加放置底座密封用矽膠片2、巖心玻璃片3、觀察玻璃片4、觀察蓋密封用矽膠片5。所述觀察蓋密封用矽膠片5為王字形矽膠薄片，底座密封用矽膠片4為工字形矽膠薄片，可以使其在完成密封的情況下，不會影響螺栓連接，兩個矽膠片確保整個空腔內部與外界為密封狀態。

所述巖心玻璃片3上表面刻有流道，中部設有巖心薄片放置處，巖心薄片的厚度能讓顯微鏡進行觀察，巖心玻璃片3上表面與觀察玻璃片4下表面貼合。

如圖4所示，所述2個入口管道14之間和2個出口管道15外端設有螺紋段，螺紋段設有配套的絲堵和快速接頭。如圖5所示，2個入口管道之間和2個出口管道之間均設有導流槽16，導流槽16位於正方形沉孔內壁壁面上。如圖2所示，所述入口管道14和出口管道15均連接巖心玻璃片3和觀察玻璃片4之間的微觀通道。

如圖17所示，高溫微觀可視化物理模擬夾持模型在實驗過程中，需要將其翻面，觀察座6位於下方，可視化夾持座1位於上方，此時光源10發出的光線從下往上照射，觀察座6的圓孔錐形段可以起到聚光的作用，使用顯微鏡9從可視化夾持座1的圓孔上方觀察微觀通道中的實驗情況。

採用雲母片作為加熱元件，是利用雲母片良好的絕緣性能和其耐高溫性能，具有加熱均勻，更能貼近被加熱物體，保證加熱的快速和可控性。以雲母片為骨架和絕緣層，輔以鍍鋅板或不鏽鋼板等材料作支持保護，可做成板狀、片狀、圓柱狀、圓錐狀、筒狀、圓圈狀等各種形狀的加熱器件；且雲母片具有加工簡單，工作可靠，使用方便，升溫迅速，熱效率高，耗電量小，使用壽命長，製作不受型號和規格大小的限制等優點。

本實用新型所提供的一種高溫微觀可視化物理模擬夾持模型，其具體組裝和進行實驗的步驟如下：

1)將可視化夾持座1和觀察座6內部零件分別組裝好，裁剪底座密封用矽膠片2為工字形，其中部寬度略大於正方形沉孔，如圖14所示，並將其放入已經安裝好的可視化夾持座1中，此時底座密封用矽膠片2邊緣部分會冒出，剪去其與2#導熱片接觸部分上部超過2mm的部分，使其完全適應沉孔，且不堵塞入口管道14和出口管道15；

2)用拭鏡紙擦拭乾淨後，將巖心薄片放入巖心玻璃片4中，將觀察玻璃片5與巖心玻璃片4凹槽面緊密貼合，使微觀通道位於兩塊玻璃片之間，並驅趕排空其中的氣體，形成組合玻片；

3)將貼合的組合玻片按照巖心玻璃片4在下的方向放入可視化夾持座1並壓緊；

4)如圖10所示，將觀察蓋密封用膠墊片5放入可視化夾持座1上表面，注意不要擋住螺紋孔，合上觀察座6，將凸臺壓入到沉孔中，由於觀察蓋密封用膠墊片5也被壓入並變形，因此，擰緊觀察座6和可視化夾持座1四周的螺栓8，在擰緊過程中需注意平穩合緊，避免壓碎組合玻片，同時使光暈形狀規則並居於組合玻片中心；

5)擰緊夾持模型兩端的絲堵，觀察夾持模型的入口管道14與出口管道15是否通暢，若發生堵塞，用針或者其他工具將其疏通後再擰緊；

6)夾持模型左右兩側的入口管道24和出口管道25，每側各連接一個絲堵和一個快速接頭；

7)連接空氣壓縮機，將夾持模型放入水盆中，打開壓縮機，連接快速接頭，觀察出口管道15的快速接頭是否有連續氣泡冒出，若沒有，檢查入口管道14和出口管道15是否氣密性良好；若有連續氣泡冒出，用手堵住出口管道15的快速接頭，觀察組合玻片是否發生氣竄現象，若有氣竄，說明夾持模型沒有擰緊，需要重新擰緊；

8)將夾持模型取出，立即擦乾，再關閉壓縮機開關，避免倒吸。

如圖5所示，是模型內部導流槽16，導流槽16的兩個接口分別連接1#入口管道14-1、2#入口管道14-2。

夾持模型內部的組合玻片雖然與兩個膠墊片貼合緊密，但不可避免的仍留有間隙，如不排空則會嚴重影響實驗準確性，間隙中留有空氣則會出現賈敏效應，如殘存液態流體則會在驅替另一流體時出現兩種流體混入的現象。所以在飽和水、飽和油、水驅油等過程中都需用到導流槽16的排空功能，以飽和水過程為例，首先，連接驅替流程，再同時打開的入口管道14的1#入口管道14-1、2#入口管道14-2，1#入口管道14-1接有快速接頭，接入驅替流程；用絲堵封住對面的兩個出口管道15；由於出口管道15被封，不能和1#入口管道14-1形成壓差，飽和水會沿著導流槽16從2#入口管道14-2流出，待2#入口管道14-1流出1～2滴水時，用絲堵封堵住2#入口管道14-2，然後重新打開兩個出口管道15。連接2個出口管道15的導流槽16，其工作原理與前述內容相同。

本實用新型通過將雲母加熱板和可視化微觀模型加持器相結合，可以更有效的模擬地下溫度條件下流體的流動，為獲得更直觀的多層砂巖油藏水驅油滲流特徵和機理，提供可靠的保障，在真實巖心樣本的實驗中，由於在真實巖心的流道中，原油更容易發生結蠟造成流道堵塞，因此採用雲母片雙面加熱，能更好的實現防止結蠟的功能，為進一步結合實際油藏地質特徵，開展不同注水/注氣方式、注入速度的驅油實驗，研究在不同方式和條件下外來流體驅油過程中的原油運動分布特徵和狀態，提供更加大範圍的觀測空間和允許模擬的尺寸。指導人們進一步研究適合目標油藏提高石油採收率的方法和技術。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，本實用新型並不局限於上述方式，在不脫離本實用新型原理的前提下，還能進一步改進，這些改進也應視為本實用新型的保護範圍。