一种高温高压条件下的微观可视化夹持器及使用方法

摘要

本发明提供了一种高温高压条件下的微观可视化夹持器及使用方法，涉及试验用夹持器技术领域，可以用于高温高压条件下的微观驱替试验。该夹持器包括上压盘、上玻璃柱、上盖、夹持机构、驱替通道、模型压板、下压盘、下玻璃柱和加热套，上盖压设在夹持机构的上方，上压盘压设固定在上盖的上方，上玻璃柱固定在上压盘和上盖之间；驱替通道设置在夹持结构内并连接试验模型，模型压板压设在试验模型上；下压板压设在夹持机构的下方，下压盘和夹持机构之间设置有下玻璃柱，加热套套设在夹持机构上。利用该夹持器进行试验可以直接观测渗流特征，方便微观驱油机理和采收率等研究，还可以置于显微镜下观测，精确的表征注入介质的分布状态。

说明书

技术领域

本发明涉及试验用夹持器技术领域，尤其是一种高温高压条件下的微观可视化夹持器及使用方法。

背景技术

现有技术中二维微观可视类驱替实验一般只能在常温差压的条件下进行，其主要是受限于试验模型的制作，以及玻璃刻蚀技术。其中试验模型一般是刻蚀孔喉结构的玻璃片和另一相同尺寸的玻璃片使用树脂胶粘结，并粘结上不锈钢管线作为出入口，但是其接口的位置容易破损导致驱替介质泄露，所以难以进行高温高压试验。随着玻璃模型的制作水平有了显著的提高，首先，孔喉的制作可以用激光为主要手段进行刻蚀，成品率极高；其次，玻璃模型的底片和盖片通过分子键来结合，试验模型的制作可以避免使用胶水。模型的出入口也是直接在盖片上激光雕刻圆形通孔，通过孔喉两端的流道实现了贯穿，整个模型没有其他零件配合、胶水，刻蚀模型整体的性能和一块完整的玻璃一样，可以耐受高温高压。为了实现高温高压条件下的微观驱替试验，还需要对现有的试验装置尤其是夹持器做进一步的改进。

发明内容

为了实现高温高压条件下的微观驱替试验，直接观测渗流特征，方便微观驱油机理和采收率等研究，还可以置于显微镜下观测，精确的表征注入介质的分布状态，本发明提供了一种高温高压条件下的微观可视化夹持器及使用方法，具体技术方案如下。

一种高温高压条件下的微观可视化夹持器，包括上压盘、上玻璃柱、上盖、夹持机构、驱替通道、模型压板、下压盘、下玻璃柱和加热套；所述上盖压设在夹持机构的上方，上压盘压设固定在上盖的上方，上玻璃柱固定在上压盘和上盖之间；所述驱替通道设置在夹持结构内并连接试验模型，模型压板压设在试验模型上，模型压板安装在夹持机构的试验腔体内；所述下压板压设在夹持机构的下方，下压盘和夹持机构之间设置有下玻璃柱，加热套套设在夹持机构上；所述上压盘、上盖、夹持机构以及下压盘上同轴开设有可视窗口。

优选的是，可视窗口的上下两侧分别设置有上玻璃柱和下玻璃柱，所述上玻璃柱和下玻璃柱均使用蓝宝石玻璃材料制作而成。

优选的是，驱替通道的出口和入口均设置在夹持机构上，入口连接的驱替通道和夹持机构腔体连接处设置台阶孔，台阶孔内安装有密封圈。

优选的是，上玻璃柱和上盖之间设置有密封圈，下玻璃柱与夹持机构之间也设置有密封圈，上盖和夹持机构之间也设置有密封圈。

优选的是，加热套外侧还安装有防护罩，夹持机构上设置有测温孔；夹持机构下方还设置有支架支撑。

一种高温高压条件下的微观可视化夹持器的使用方法，使用上述的高温高压条件下微观可视化夹持器进行试验，步骤包括：

A.准备试验工具，安装夹持器和下压盘以及下玻璃柱；

B.夹持器和支架安装后放置在试验台上；

C.安放试验模型并与驱替通道连接，并将模型压板压设固定在试验模型上；

D.依次安装上盖、上玻璃柱和上压盘，并将加热套安装在夹持器的外侧，再设置防护罩；

E.连接夹持器上的环压入口和手压泵，持续加压至环压为0.2MPa；

F.安装温度传感器，控制加热套加热至目标温度，环压稳定后继续加压至目标压力；

G.连接驱替通道的入口和出口，进行驱替试验；

H.试验过程中通过显微镜观测试验模型内的驱替过程；

I.试验结束停止加热，温度达到室温后卸载环压。

进一步优选的是，试验工具包括手压泵、压力表、不锈钢管线、放空阀、螺钉、试验模型和电子显微镜。

进一步优选的是，驱替试验包括油、水在微观孔喉中的渗流试验，以及注入介质的渗流特征试验。

进一步优选的是，显微镜观测试验模型内的驱替过程时，在下玻璃柱一侧设置有沿可视窗口方向入射光源。

本发明提供的一种高温高压条件下的微观可视化夹持器及使用方法，有益效果包括：该夹持器结构可以用于模拟高温高压的环境，并且温度和压力的控制灵活，监测方便；其中夹持器结构玻璃柱的设置以及可视窗口的设置，从而方便显微镜观测，实验模型和夹持器紧密配合方便密封。使用该夹持器进行试验的方法能够直接观测渗流特征，方便微观驱油机理和采收率等研究，还可以置于显微镜下观测，精确的表征注入介质的分布状态。

附图说明

图1是高温高压条件下的微观可视化夹持器结构示意图；

图2是夹持器结构示意图；

图3是夹持器结构侧视图；

图4是夹持器结构俯视图；

图5是夹持器结构和实验模型的连接示意图；

图6是上压盘结构示意图；

图7是下压盘的结构示意图；

图8是渗流试验原理结构示意图；

图中：1-上压盘，2-上玻璃柱，3-上盖，4-夹持机构，5-环压通道出口，6-支架，7-下压盘，8-环压通道入口，9-加热套，10-下玻璃柱，11-模型压板，12-试验模型，14-环压入口，15-螺纹孔，16-O型圈，17-密封圈。

具体实施方式

结合图1至图8所示，对本发明提供的一种高温高压条件下的微观可视化夹持器及使用方法具体实施方式进行说明。

一种高温高压条件下的微观可视化夹持器具体的结构包括上压盘1、上玻璃柱2、上盖3、夹持机构4、驱替通道、模型压板11、下压盘7、下玻璃柱10和加热套9。夹持器结构玻璃柱的设置以及可视窗口的设置方便了显微镜观测，实验模型通过和夹持器紧密配合从而能够保证密封并在高温条件下进行渗流试验；另外通过各个部件的紧密配合，从而方便进行高温高压条件下的渗流试验。

其中上盖3压设在夹持机构的上方，上压盘1压设固定在上盖的上方，上玻璃柱2固定在上压盘和上盖之间，其中上压盖、加持机构4、下压盘7和上压盘1之间的连接可以使用螺栓连接。另外驱替通道设置在夹持结构内并连接试验模型，模型压板压设在试验模型上，模型压板安装在夹持机构的试验腔体内；加持机构4上还设置有环压通道从而方便高压的加载。下压板压设在夹持机构的下方，下压盘7和夹持机构之间设置有下玻璃柱，加热套套设在夹持机构上。上压盘、上盖、夹持机构以及下压盘上同轴开设有可视窗口，由于设置了可视窗口，所以能够提供光源方便观测渗流试验过程。

可视窗口的上下两侧分别设置有上玻璃柱和下玻璃柱，上玻璃柱2和下玻璃柱10均使用蓝宝石玻璃材料制作而成，从而可以实现高温条件下的观测；上玻璃柱选择大直径的蓝宝石玻璃柱，观测范围大，透光量足，提高观测效果；下玻璃柱使用可承受高压的蓝宝石玻璃柱，可以实现上部光源或者底部光源的射入，使可视模型上下两端没有阴影，有利于于显微镜的微观观测。驱替通道的出口和入口均设置在夹持机构上，入口连接的驱替通道和夹持机构腔体连接处设置台阶孔，台阶孔内安装有密封圈17，密封圈使用氟橡胶材料制作而成；从而保证试验模型和加持机构之间的紧密配合，尤其是在高温条件下进行试验时两者的配合紧密。上玻璃柱和上盖之间设置有密封圈，下玻璃柱与夹持机构之间也设置有密封圈，上盖和夹持机构之间也设置有密封圈。加热套9外侧还安装有防护罩，夹持机构上设置有测温孔，从而方便观测控制试验过程的温度，夹持机构下方还设置有支架支撑，从而方便结构的安放。

一种高温高压条件下的微观可视化夹持器的使用方法，使用上述的高温高压条件下微观可视化夹持器进行试验，步骤包括：

A.准备试验工具，安装夹持器和下压盘以及下玻璃柱。其中试验工具包括手压泵、压力表、不锈钢管线、放空阀、螺钉、试验模型和电子显微镜。具体时60MPa量程的手压泵一台，串联机械60MPa的机械压力表，不锈钢管线，带放空阀，不锈钢螺钉，Peek内六角螺钉和内六角扳手。

B.夹持器和支架安装后放置在试验台上。具体时先将夹持机构的底部朝上放置在试验台上，将夹持机构底部的O型圈槽放入氟橡胶圈，然后将蓝宝石玻璃柱的端面压在O型圈上面，把下压盘压设在蓝宝石玻璃柱上，用不锈钢螺钉固定连接下压盘；然后用螺钉固定支架和夹持机构通过螺钉固定连接，然后放置在试验台上。

C.安放试验模型并与驱替通道连接，并将模型压板压设固定在试验模型上。其中试验模型设置有渗流出口和渗流入口，出入口也是直接在盖片上激光雕刻圆形通孔，通过孔喉两端的流道实现了贯穿，通过刻蚀模型整体的得到完整的玻璃从而可以耐受高温高压。

D.依次安装上盖、上玻璃柱和上压盘，并将加热套安装在夹持器的外侧，再设置防护罩。具体是将上盖平放在试验台上，底部的O型圈槽放入氟胶O型圈，然后将蓝宝石玻璃柱的端面压在O型圈上面，把上压盘压住蓝宝石玻璃柱，用不锈钢螺钉将上压盘和上盖连接在一起。

E.连接夹持器上的环压入口和手压泵，持续加压至环压为0.2MPa。具体是用不锈钢管线连接手压泵和夹持器结构的环压入口，旋转手摇泵将蒸馏水打入夹持器，直到水从环压出口流出，之后用放空死堵拧紧，观察压力表，将压力先加到0.2MPa。

F.安装温度传感器，控制加热套加热至目标温度，环压稳定后继续加压至目标压力。

G.连接驱替通道的入口和出口，进行驱替试验。驱替试验包括油、水在微观孔喉中的渗流试验，以及注入介质的渗流特征试验。通过该方法可以提供可视窗口便于显微镜的观测，并且可视模型的出入口的快速对接，可以根据试验需要开展各类渗流实验。可进行微观模拟过程中动态图像的量化分析，了解油、水在微观孔喉中的渗流特征，开展不同注入介质渗流特征、微观驱油机理、采收率等方面的研究。实验过程中可以拍摄大量数字图像，精确表征油、水、注入介质的分布形态、存在状态、运动轨迹等。

H.试验过程中通过显微镜观测试验模型内的驱替过程。显微镜观测试验模型内的驱替过程时，可以在下玻璃柱一侧设置有沿可视窗口方向入射光源。

I.试验结束停止加热，温度达到室温后卸载环压。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。