多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置的製作方法
2024-02-21 05:51:15
專利名稱：多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多孔介質多相流曲線測定及流型觀測的實驗裝置，特別是多功能的多孔介質多相流相對滲透率與飽和度曲線測定及流型觀測的實驗裝置，屬於地下水探測技術領域。
背景技術：
多孔介質是指含有大量孔隙的固體。也就是說，是指固體材料中含有孔隙、微裂縫等各種類型毛細管體系的介質。多孔介質多相流是指以多孔介質為固相，其它相可以是氣相或者液相的流動過程，例如，對於非飽和多孔介質滲流過程，通常是多孔介質為固相，水為液相，空氣為氣相的多孔介質多相滲流過程。相對滲透率是指在兩種不可混溶流體同時通過多孔介質的流動過程中，一相流體在其某一飽和度下的滲透率與多孔介質固有的絕對滲透率的比值。多孔介質多相流相對滲透率與飽和度曲線(以下簡稱相對滲透率曲線)是指某一流體在不同飽和度下與該流體的相對滲透率關係。相對滲透率曲線是多相滲流的一個重要特性，是油田開發、地下水汙染冶理中的重要關係曲線。在多孔介質多相流的流動過程中，其流型表現形式通常與多孔介質、流體自身特性有關，因此其表現形式是多種多樣的。 如何在實驗室內有效控制與流型表現形式相關的特性以及觀測是十分重要的問題，解決該問題可以更客觀地了解多孔介質多相流動的機理。目前，國內外在多孔介質多相流相對滲透率與飽和度曲線關係研究領域，開展了較多機理方面研究，部分實驗研究只針對特定介質。因此，開發一種多功能的多孔介質多相流相對滲透率與飽和度曲線測定及流型觀測的實驗裝置具有重大的現實意義。
發明內容
本發明目的是針對現有技術不足，提供一種設計新穎，結構簡單，功能多，數位化測定多孔介質多相流相對滲透率與飽和度曲線及流型觀測的一種多功能實驗裝置。本發明的技術方案是
一種多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，包括圖像採集系統、流速控制系統以及多功能人工平面多孔介質模型，其中
圖像採集系統，用於採集多功能人工平面多孔介質模型的流型並存儲； 流速控制系統，用於控制供給多功能人工平面多孔介質模型中液相和/或氣相的注入速率比；
多功能人工平面多孔介質模型，用於向圖像採集系統提供流型採集狀態，並通過導流管與流速控制系統相連。所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，所述多功能人工平面多孔介質模型，包括兩層有機玻璃板以及壓設於該兩層有機玻璃板之間的缺口鋼製框架，所述鋼製框架的中間呈缺口設置，且鋼製框架的中間缺口與前述兩層有機玻璃板圍接而成的腔體內密封充填多孔介質；所述腔體分別開設與導流管連接的流體進口和流體出口。
所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，所述兩層有機玻璃板外側設置鋼製框架，通過緊固裝置將鋼製框架、有機玻璃板以及中間缺口鋼製框架三者固定連接。所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，所述緊固裝置為螺栓或者螺釘。所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，缺口鋼製框架厚度廣2cm，進口和出口半徑為0. 5cm。所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，圖像採集系統包括CCD照相機、計算機、監視器、照明燈，C⑶照相機與計算機、監視器相連，照明燈被安置在多功能人工平面多孔介質模型上方和下方。所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，流速控制系統包括通過液相和/或氣相儲備箱將不同液體或者氣體分別供給多功能人工平面多孔介質模型的蠕動泵， 蠕動泵與多功能人工平面多孔介質模型之間分別設置閥門。所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，多功能人工平面多孔介質模型的進口和出口端分別設置一號測壓管和二號測壓管，二號測壓管的一端與多功能人工平面多孔介質模型的出口端之間設置閥門，二號測壓管另一端與收集器相連。所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，所述儲備箱(9，10)中分別儲備油和水，所述油和/或水中添加顏色指示劑。本發明的有益效果是在流速控制系統啟動後，計算機內部計時系統同時啟動，圖像採集系統開啟準備採集狀態，實現了較好的數位化信息採集和圖像採集；多功能人工平面多孔介質模型兩層有機玻璃板的設計，以保證圖像採集系統觀測流型及觀測方便；本實驗裝置流速控制系統中使用的是恆流量泵，通過設定蠕動泵轉速可以保證恆定的流量注入多功能人工平面多孔介質模型；本發明進一步的技術方案是有一種有機溶劑蘇丹紅3號將油染成紅色，以便區別水和油的流型；本發明進一步的技術方案是多功能人工平面多孔介質模型組合形式多樣，可填充多種多孔介質，例如，多孔介質可以是原狀土、砂，可以是人工的，也可是自然相對規則的介質。
圖1為本發明多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置的結構示意圖； 圖2為本發明實驗裝置中多功能人工平面多孔介質模型的側視圖3為本發明實驗裝置中多功能人工平面多孔介質模型的俯視圖。圖中1，多功能人工平面多孔介質模型；2，C⑶照相機；3，計算機；4，監視器；5， 收集器；6,照明燈；7，8，蠕動泵；9，儲油箱；10,儲水箱；11，12，13，16，閥門；14，一號測壓管；15，二號測壓管；17，緊固裝置；18，鋼製框架；19，有機玻璃板；20，缺口鋼製框架。
具體實施例方式現結合附圖對本發明技術方案進一步闡述。圖1本發明由多功能人工平面多孔介質模型1、(XD照相機2、計算機3、監視器4、 收集器5、兩臺同型號泵頭的蠕動泵7、8。儲油箱9、儲水箱10分別通過兩臺蠕動泵為多功能人工平面多孔介質模型提供油、水。在兩臺蠕動泵與多功能人工平面多孔介質模型之間，分別設有閥門11，12，13、16。為測定多功能人工平面多孔介質模型的水頭，分別在多功能人工平面多孔介質模型的進口和出口安裝測壓管14、15，以對應地測出多功能人工平面多孔介質模型的進口壓力和出口壓力。圖2是多功能人工平面多孔介質模型側視圖。多功能人工平面多孔介質模型，包括三層鋼製框架18、兩層有機玻璃板19，鋼製框架的中間層為缺口鋼製框架20，有機玻璃板19分別設置在缺口鋼製框架20兩側框架間隙內，鋼製框架與有機玻璃接觸處設有密封裝置，最頂層與最底層鋼製框架通過緊固裝置17相連，中間缺口鋼製框架兩側分別設置與導流管連接的進口和出口。所述緊固裝置17為螺栓或者螺釘。圖3是多功能人工平面多孔介質模型俯視圖。在18處，為多功能人工平面多孔介質模型鋼製框架。三層鋼製框架和兩層有機玻璃板通過緊固裝置17固定，測壓管分別由 14、15處的三通管相聯，在測壓管15後面設置閥門16。實施時，先將多功能人工平面多孔介質模型1填入介質並密封，然後同時開啟兩臺蠕動泵7、8，打開閥門11，12，13，油和水分別由儲備箱9、10提供給兩臺蠕動泵7、8，油和水進經導流管進入多功能人工平面多孔介質模型1，再開啟閥門16，通過CXD照相機2及監視器4觀測流型，水頭壓力由多功能人工平面多孔介質模型兩側的測壓管14、15測定。為保證採集圖像質量，通過照明燈6照射多功能人工平面多孔介質模型。以多功能人工平面多孔介質模型的多孔介質被水飽和為例，水和被有機溶劑蘇丹紅3號染成紅色的油，分別由流速控制系統中的兩臺蠕動泵同時提供給多功能人工平面多孔介質模型。實施初期，由蠕動泵分別控制油和水的注入速率，保證一定的注入速率比值， 油的注入速率由小到大，同時，水的注入速率相應地由大到小改變。由於油和水的注入速率的不同，在多功能人工平面多孔介質模型中所佔比例也不同，即飽和度不同。在不同油和水注入速率比條件下，多功能人工平面多孔介質模型兩側的測壓管水頭穩定時，圖像採集系統採集圖像並存儲在計算機中。不同注入速率比的條件下，相對滲透率可由推廣的達西定律得出，多功能人工平面多孔介質模型中水的飽和度可由流速控制系統中蠕動泵供給量及液體收集器收集量相減得出，據此完成相對滲透率與飽和度曲線的測定及流型的觀測。
權利要求
1.一種多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，其特徵在於包括圖像採集系統、流速控制系統以及多功能人工平面多孔介質模型，其中圖像採集系統，用於採集多功能人工平面多孔介質模型(1)的流型並存儲；流速控制系統，用於控制供給多功能人工平面多孔介質模型(1)中液相和/或氣相的注入速率比；多功能人工平面多孔介質模型(1 )，用於向圖像採集系統提供流型採集狀態，並通過導流管與流速控制系統相連。
2.根據權利要求1所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，其特徵在於 所述多功能人工平面多孔介質模型，包括兩層有機玻璃板(19)以及壓設於該兩層有機玻璃板之間的缺口鋼製框架(20)，所述鋼製框架的中間呈缺口設置，且鋼製框架的中間缺口與前述兩層有機玻璃板圍接而成的腔體內密封充填多孔介質；所述腔體分別開設與導流管連接的流體進口和流體出口。
3.根據權利要求2所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，其特徵在於 所述兩層有機玻璃板(19)外側設置鋼製框架(18)，通過緊固裝置(17)將鋼製框架(18)、有機玻璃板(19)以及中間缺口鋼製框架(20)三者固定連接。
4.根據權利要求2所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，其特徵在於 所述緊固裝置(17)為螺栓或者螺釘。
5.根據權利要求3所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，其特徵在於 缺口鋼製框架厚度廣2cm，進口和出口半徑為0. 5cm。
6.根據權利要求3所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，其特徵在於 圖像採集系統包括CXD照相機(2)、計算機(3)、監視器(4)、照明燈(6)，CXD照相機與計算機、監視器相連，照明燈被安置在多功能人工平面多孔介質模型(1)上方和下方。
7.根據權利要求3所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，其特徵在於 流速控制系統包括通過液相和/或氣相儲備箱(9，10)將不同液體或者氣體分別供給多功能人工平面多孔介質模型(1)的蠕動泵(7，8)，蠕動泵與多功能人工平面多孔介質模型之間分別設置閥門(11，13)。
8.根據權利要求3所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，其特徵在於 多功能人工平面多孔介質模型(1)的進口和出口端分別設置一號測壓管(14)和二號測壓管(15)，二號測壓管(15)的一端與多功能人工平面多孔介質模型的出口端之間設置閥門 (16)，二號測壓管(15)另一端與收集器(5)相連。
9.根據權利要求7所述多孔介質多相流曲線測定及流型觀測實驗裝置，其特徵在於 所述儲備箱(9，10)中分別儲備油和水，所述油和/或水中添加顏色指示劑。
全文摘要
本發明是一種多功能(介質可變)多相流相對滲透率與飽和度曲線測定及流型觀測實驗裝置。主要包話圖像採集系統、流速控制系統及人工平面多孔介質模型。圖像採集系統由CCD照相機、計算機、監視器、照明燈組成；計時系統置於計算機內；流速控制系統由兩臺同型號蠕動泵、液體收集器、若干閥門及相應控制程序組成。人工平面多孔介質模型由三層鋼製框架、兩層有機玻璃板組成。兩層有機玻璃板與鋼製框架接觸處設有密封橡膠圈，最頂層與最底層剛制框架由螺栓相連並固定。中間一層鋼製框架左、右端進、出口處設有濾網。本發明的優點和效果在於設計新穎，結構簡單，功能多，主要解決以往實驗裝置在測定多孔介質相對滲透率與飽和度曲線時，無法觀測流型、難以實現數位化的問題。
文檔編號G01N15/08GK102410978SQ201110357949
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者周志芳, 李兆峰, 竇智, 蔡金龍, 談葉飛 申請人:河海大學