一种高温高压可视化微观油藏芯片夹持器及其使用方法

摘要

本发明涉及一种高温高压可视化微观油藏芯片夹持器及其使用方法，其特征在于：其包括夹持器主体；夹持器主体包括环形底座、环形顶盖、设置在底座下部的蓝宝石透镜、用于固定蓝宝石透镜的压板、设置在顶盖上部的另一蓝宝石透镜、用于固定另一蓝宝石透镜的另一压板以及设置在底座上的微流控芯片；底座与顶盖螺栓连接，微流控芯片通过底座与顶盖之间的挤压力固定；顶盖、第二蓝宝石透镜及微流控芯片所围空间为上密封腔体，且上密封腔体与上腔体连接头相连，上腔体连接头与外部连通；底座、第一蓝宝石透镜及微流控芯片所围空间为下密封腔体，下密封腔体与下腔体连接头相连，下腔体连接头与外部连通。本发明可以广泛应用于微尺度效应研究领域。

说明书

技术领域

本发明涉及油气开发过程中的微尺度效应研究领域，特别是关于一种高温高压可视化微观油藏芯片夹持器及其使用方法。

背景技术

我国油田开发开采过程中，主要以水驱油为开采方式，如何对驱油效果以及所用的各种化学试剂效果进行评价是目前要解决的问题。现有技术中研究驱油过程中存在多尺度的问题，在油田生产时，研究的范围以千米和米为尺度。在实验室中进行宏观物理模拟实验时，一般以米为尺度，采用的大多是厚度较厚的岩心且只能通过测量岩心的数据得出部分结论，对于在实验中注入的流体对岩心的实际作用状态却无法观察到，特别是由于岩心厚度较厚无法观察到岩心内部流体作用情况。而在微观油藏芯片驱替实验中，则是以微米为研究尺度，研究油水气在多孔介质中的微观流动情况。

随着油藏工程研究的深入，油田矿场尺度、岩心尺度的研究已经不能满足研究人员的要求，研究的热点逐渐变为岩心内部孔隙尺度的流体运移。微观油藏芯片作为孔隙尺度研究的一种重要工具受到越来越多学者的关注。通过借鉴微流体分析领域中的芯片制作技术，油藏工程研究人员们成功进行了微观油藏芯片的制作与表征。但在进行微观油藏芯片驱替实验中沿用了微流体分析领域研究人员的做法，只进行常温常压下的流体驱替。而对于埋深普遍在几千米以上的实际油藏，流体运移的外部环境普遍是高温高压的条件。温度和压力作为影响流体粘度和相态的关键因素，是在实验中必须进行模拟的外部环境。

目前，在石油领域中利用微观油藏芯片研究油藏工程问题尚处于起步阶段，芯片夹具以鲁尔接头为主，主要追求接头处的密封性，但难以模拟实际油藏高温高压的环境。而石油工程领域中使用的常规夹持器以岩心夹持器为主，难以达到微观油藏芯片驱替实验对夹持器可视化和小体积的要求，这都严重限制了微观油藏芯片在石油工程领域中的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种高温高压可视化微观油藏芯片夹持器及其使用方法，能够实现微观油藏芯片在高温高压环境下的研究。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种高温高压可视化微观油藏芯片夹持器，其特征在于：其包括夹持器主体；所述夹持器主体包括一环形底座、与所述底座相匹配的环形顶盖、设置在所述底座下部的第一蓝宝石透镜、设置在所述底座下部用于固定所述第一蓝宝石透镜的第一压板、设置在所述顶盖上部的第二蓝宝石透镜、设置在所述顶盖上部用于固定所述第二蓝宝石透镜的第二压板以及设置在所述底座上部的微流控芯片；所述底座与所述顶盖通过螺栓固定连接，所述微流控芯片通过所述底座与所述顶盖之间的挤压力实现固定和密封；所述顶盖、第二蓝宝石透镜及微流控芯片所围成的封闭空间作为上密封腔体，且所述上密封腔体通过所述顶盖一侧设置的内部通道与所述上腔体连接头相连，所述上腔体连接头另一端与外部连通；所述底座、第一蓝宝石透镜及微流控芯片所围成的封闭空间作为下密封腔体，所述下密封腔体通过所述底座一侧设置的内部通道与所述下腔体连接头相连，所述下腔体连接头另一端与外部连通。

所述夹持器主体外部嵌套有上、下保温罩层。

所述底座四周间隔设置有四个安装孔，各所述安装孔内均设置有一加热棒，且各所述加热棒的输出导线通过所述底座周边设置的布线凹槽并联引出。

所述顶盖四周间隔设置有第一～第四油液注入通道，各所述油液注入通道的一端分别与所述微流控芯片相连，另一端分别与一延长接头相连，且各所述延长接头均通过密封螺纹与位于所述顶盖侧面的各所述油液注入通道的出口相连。

所述微流控芯片为正方形板状结构，所述微流控芯片表面的每一直角处均设置有一用于与所述顶盖的各所述油液注入通道相连的注入孔，且各所述注入孔均与所述微流控芯片的内部孔道相连。

所述微流控芯片的尺寸为5cm×5cm×4mm。

所述微流控芯片采用3D打印技术制作，其内部孔道根据实际要求设定。

所述底座与顶盖之间设置有用于密封的密封胶垫。

一种高温高压可视化微观油藏芯片夹持器的使用方法，包括以下步骤：1)将第一蓝宝石透镜安装于底座下部，并用第一压板固定；将第二蓝宝石透镜安装于顶盖上部，并用第二压板固定；2)根据实验要求将3D打印好的微流控芯片安装于底座内；3)将密封胶垫放置在顶盖与底座之间，并将顶盖与底座通过螺栓连接好，且保证上、下密封腔体的气密性；4)安装上、下保温罩层，并对底座内的各加热棒进行供电，以保证所述高温高压可视化微观油藏芯片夹持器处于恒温的环境下；5)根据实验要求确定油液注入方式，并在通过顶盖上各延长接头的出口向微流控芯片内注入油液的同时，通过上、下腔体连接头向上、下密封腔体内注入预设压力的空气，以确保微流控芯片内外压力的平衡；6)将高温高压可视化微观油藏芯片夹持器置于显微镜下观测微流控芯片内油液的流动情况。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于底座内设置有加热棒，用于对夹持器本体进行加热，且最高加热温度可达150摄氏度左右，满足了对微观驱替模拟芯片研究时的高温要求。2、本发明由于底座、顶盖以及微流控芯片之间形成上、下密封腔体，通过上、下腔体连接头即可向夹持座本体内注入预设压力的空气，确保微流控芯片内外压力平衡，同时有效避免芯片内部注入油液压力过高造成芯片的爆裂，满足了对微观驱替模拟芯片研究时的高压要求。3、本发明由于在夹持座本体外设置有保温罩层，用于对夹持座本体进行保温，同时减少热量损失，便于快速升温，进一步保证了进行相应研究时的高温要求。4、本发明由于微流控芯片采用3D打印技术制作，其内部孔道可以根据实验要求进行任意设定，使得本发明具有广泛的适用性。5、本发明由于夹持座本体尺寸较小，为Φ8cm×2cm，便于在显微镜下进行观测。6、本发明由于顶盖上设置有四个油液出入口，油液注入方案更加丰富，能够满足不同实验要求，使用范围广。本发明结构简单，操作方便，可以广泛应用于对微观油藏芯片的研究中。

附图说明

图1是本发明高温高压可视化微观油藏芯片夹持器的结构示意图；

图2是本发明高温高压可视化微观油藏芯片夹持器主体的结构示意图；

图3是本发明高温高压可视化微观油藏芯片夹持器主体剖视图；

图4是本发明微流控芯片结构图；

图5(a)～图5(d)分别是本发明高温高压可视化微观油藏芯片夹持器油液四种注入方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

如图1～图3所示，本发明提供的一种高温高压可视化微观油藏芯片夹持器，其包括夹持器主体1和嵌套在夹持器主体1外部的上、下保温罩层2、3。夹持器主体1包括一环形底座11、与底座11相匹配的环形顶盖12、设置在底座11下部的第一蓝宝石透镜13、设置在底座11下部用于固定第一蓝宝石透镜13的第一压板14、设置在顶盖12上部的第二蓝宝石透镜15、设置在顶盖12上部用于固定第二蓝宝石透镜15的第二压板16以及设置在底座11上部的微流控芯片17。底座11与顶盖12通过螺栓固定连接，微流控芯片17通过底座11与顶盖12之间的挤压力实现固定和密封。顶盖12、第二蓝宝石透镜15及微流控芯片17所围成的封闭空间作为上密封腔体，且该上密封腔体通过顶盖12一侧设置的内部通道与上腔体连接头18相连，上腔体连接头18另一端与外部连通。底座11、第一蓝宝石透镜13及微流控芯片17所围成的封闭空间作为下密封腔体，且该下密封腔体通过底座11一侧设置的内部通道与下腔体连接头19相连，下腔体连接头19另一端与外部连通。

底座11四周间隔设置有四个安装孔111，各安装孔111内均设置有一加热棒112，且各加热棒112的输出导线通过底座11周边设置的布线凹槽113并联引出。

顶盖12四周间隔设置有第一～第四油液注入通道121，各油液注入通道121的一端分别与微流控芯片17相连，各油液注入通道121的另一端分别与一延长接头122相连，且各延长接头122均通过密封螺纹与位于顶盖12侧面的各油液注入通道121的出口相连。

如图4所示，微流控芯片17为正方形板状结构，微流控芯片17表面的每一直角处均设置有一用于与顶盖12的各油液注入通道121相连的注入孔171，且各注入孔171均与微流控芯片17的内部孔道相连。

上述实施例中，底座11与顶盖12之间设置有用于密封的密封胶垫4。

上述实施例中，夹持器主体1的尺寸为Φ8cm×2cm。

上述各实施例中，微流控芯片17的尺寸为5cm(长)×5cm(宽)×4mm(厚)。

上述各实施例中，微流控芯片17采用3D打印技术制作，其内部孔道根据实际要求设定。

基于上述高温高压可视化微观油藏芯片夹持器，本发明还提供一种高温高压可视化微观油藏芯片夹持器的使用方法，包括以下步骤：

1)将第一蓝宝石透镜13安装于底座11下部，并用第一压板14固定；将第二蓝宝石透镜15安装于顶盖12上部，并用第二压板16固定。

2)根据实验要求将3D打印好的微流控芯片17安装于底座11内。

3)将密封胶垫4放置在顶盖12与底座11之间，并将顶盖12与底座11通过螺栓连接好，且保证上、下密封腔体的气密性。

4)安装上、下保温罩层2、3，并对底座11内的各加热棒112进行供电，以保证高温高压可视化微观油藏芯片夹持器处于恒温的环境下。

5)根据实验要求确定油液注入方式，并在通过顶盖12上各延长接头的出口向微流控芯片17内注入油液的同时，通过上、下腔体连接头18、19向上、下密封腔体内注入预设压力的空气，以确保微流控芯片17内外压力的平衡。

如图5所示，为叙述方便，本发明将顶盖12上四个延长接头122的出口记为C1、C2、C3、C4口，进而得到本发明可以采用的油液注入方式有四种，即：(Ⅰ)C1、C2、C4口进，C3口出；(Ⅱ)C1、C2口进，C3、C4口出；(Ⅲ)C1、C3口进，C2、C4口出；(Ⅳ)C1口进，C2、C3、C4口出。

6)将高温高压可视化微观油藏芯片夹持器置于显微镜下观测微流控芯片17内油液的流动情况。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。