一种观测粘性指进现象动态变化的装置及使用方法

1.本发明涉及油田开发及采收领域，具体涉及一种观测粘性指进现象动态变化的装置及使用方法。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.粘性指进现象是当粘性较低的流体驱替粘性较高的流体时，低粘性流体会以手指状的形式渗透到高粘性流体中，从而使两种流体的界面逐渐变得不稳定，该现象大多发生在多孔介质的流动中。
4.该现象多应用于油田开发中，粘性指进不稳定性是一种不希望出现的现象，因此尽可能避免或减轻这种现象的发生在技术上是十分重要的。在实际应用中，向流体中加入适当聚合物或者热水驱油以及蒸汽驱油的方式可以减轻粘性指进不稳定性，提高原油的采收率。
5.目前现有的实验装置大多为一体式，结构复杂，装置占用空间大且不宜移动位置；而实际的油田开发中，在不同的地形条件下，多孔介质的孔隙度及渗透率不尽相同，实验过程较为单一，可操作性较差，无法进行控制变量实验，导致实验装置的实验结果无法全面的观察粘性指进现象及发展规律。另外，现有的实验装置无法实现对两相非等温流体流动时粘性指进现象的模拟，无法避免由于指进现象不稳定造成的模拟结果不准确的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种观测粘性指进现象动态变化的装置及使用方法，能够模拟任意温度下的流体驱替另一种任意温度下的流体以及非等温边界过程中不同时刻下发生的粘性指进现象，能够避免或减轻粘性指进不稳定性现象的发生。
7.本发明的技术方案如下：
8.在本发明的第一方面，提供了一种观测粘性指进现象动态变化的装置，包括由透明板材组成的驱替主通道，所述驱替主通道的入口处设置可调节活塞和测压器，所述驱替主通道的出口处设置储液盒；所述驱替主通道通过中间板分隔为第一空间和第二空间，所述第一空间和第二空间通过管道分别与第一流体储液容器和第二流体储液器相连；所述驱替主通道的底部还设置有控温板；所述可调节活塞推动第一空间内的第一流体驱替第二空间的第二流体以观察粘性指进现象的变化规律。
9.在本发明的一些实施方式中，所述驱替主通道为多个透明板材围成的长方体结构，多个透明板材之间通过可拆卸的方式进行安装。
10.在本发明的一些实施方式中，所述可调节活塞包括安装在驱替通道入口处的透明板材和设置在透明板材上的转盘，所述转盘旋转带动透明板材移动。
11.在本发明的一些实施方式中，所述驱替主通道的上表面设置两个透明板材，两个透明板材之间相隔一定的距离，用以插入中间板；每个透明板材上还设置圆孔，圆孔通过管道分别与第一流体储液容器和第二流体储液容器相连。
12.在本发明的一些实施方式中，所述管道上设置有单向节流阀，所述第一流体储液容器和第二流体储液容器上均设置有温度计和刻度。
13.在本发明的一些实施方式中，所述驱替主通道的外部上方中间位置设置有高速摄像机。
14.在本发明的一些实施方式中，所述透明板材采用透明亚克力板或透明有机玻璃。
15.在本发明的一些实施方式中，所述控温板的内部设置有多个加热棒，加热棒与控温台相连，控温台上设置旋钮开关，通过旋钮开关调节加热棒的温度。
16.在本发明的一些实施方式中，所述储液盒的底部与量筒相连通。
17.在本发明的第二方面，提供了一种观测粘性指进现象动态变化的装置的使用方法，包括以下步骤：
18.组装透明板材构成完整的驱替主通道，并将中间板插入驱替主通道中；
19.将驱替主通道内的第一空间和第二空间与第一流体储液容器和第二流体储液容器相连；
20.将两种粘度不同的流体分别混合不同色的颜料后倒入两个储液容器后，打开阀门，将流体缓慢注入驱替主通道内；
21.拔出薄亚克力板中间板，同时启动高速摄像机；
22.缓慢推动流体入口处的可调节活塞，注意观察测压器处的压力变化情况，同时拆除流体出口处的透明亚克力板，使被驱替流体流入储液盒；
23.驱替完成后，通过量筒读取被驱替流体的排出量，通过高速摄像机录制及拍摄的视频图像进行后续观测并整理实时的粘性指进现象变化规律。
24.本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
25.(1)本发明提供的观测粘性指进现象动态变化的装置，通过采用透明板材组成驱替主通道，能够实时监测两相流体的驱替情况，对驱替过程进行全面把控，且整个装置通过可拆卸的方式进行组装，使得组装与拆卸简易方便，灵活性高，可操作性强，并可以通过改变多种单一变量来对比粘性指进现象的变化规律，为实际应用提供强有力的技术支撑。
26.(2)本发明提供的观测粘性指进现象动态变化的装置，通过设置的中间板在驱替前阻挡两相流体，其尺寸非常薄，以便于拔出后两相流体的快速接触，一定程度上减轻了空气阻力对驱替过程的影响，可以比较真实的模拟出粘性指进现象，提高了观测装置的准确性。
27.(3)本发明提供的观测粘性指进现象动态变化的装置，通过设置的控温板及测温计等部件，可用于模拟两相非等温流体流动时粘性指进现象的动态变化过程和在非等温边界作用时两相流体驱替时发生的粘性指进现象的动态变化过程，保证了粘性指进过程中的稳定性，提高了模拟结果的准确性。且本发明可采用控制变量法进行重复性试验，通过对比研究不同条件下粘性指进现象的变化过程及发展规律。
附图说明
28.图1为本发明的观测粘性指进现象动态变化的装置驱替开始前的结构示意图；
29.图2为本发明的观测粘性指进现象动态变化的装置驱替开始后的结构示意图；
30.图3为本发明的透明板材组装的结构示意图；
31.图4(a)-图4(c)为本发明的中间板及安装的结构示意图；
32.图5为采用本发明的粘性指进现象观测图。
33.图中：1、可调节活塞；2、下部透明板材；3、侧面透明板材；4、测压器；5、第一上部透明板材；6、第二上部透明板材；7、中间板；8、管道；9、单向节流阀；10、储液容器；11、温度计；12、高速摄像机；13、流体出口透明板材；14、储液盒；15、量筒；16、流体入口透明板材；17、温控板；18、加热棒；19、旋钮式开关。
具体实施方式
34.下面结合附图来说明本发明。
35.实施例1
36.本发明的一种典型的实施方式中，提出一种观测粘性指进现象动态变化的装置，如图1和图2所示，包括由透明板材组成的驱替主通道，所述驱替主通道的入口处设置可调节活塞1和测压器4，所述驱替主通道的出口处设置储液盒14；所述驱替主通道通过中间板7分隔为第一空间和第二空间，所述第一空间和第二空间通过管道分别与第一流体储液容器和第二流体储液器相连；所述驱替主通道的底部还设置有控温板17；所述可调节活塞1推动第一空间内的第一流体驱替第二空间内的第二流体以观察粘性指进现象的变化规律。
37.具体的，驱替主通道为多个透明板材围成的长方体结构，多个透明板材包括下部透明板材2、第一上部透明板材5、第二上部透明板材6、流体出口透明板材13、流体入口透明板材16和两个侧面透明板材3，多个透明板材通过可拆卸的方式进行组装，如图3所示，具体可以通过凹槽和凸起相互配合的方式进行安装，以便于装置的组装及拆卸并保证了整个驱替装置的稳定性。
38.进一步地，可调节活塞包括安装在驱替通道入口处的流体入口透明板材16和设置在透明板材上的转盘，所述转盘旋转带动流体入口透明板材16移动，进而推动第一空间内的流体移动。通过旋转活塞处的转盘可以控制活塞推动的速度，以便于控制推动流体流动的初始速度。同时，测压器4用于检测活塞推动时实时的注入压力变化情况，以便于控制活塞推动速度，保证驱替过程的实时压差稳定。
39.在本实施例中，所述驱替主通道的上表面设置两个透明板材，包括第一上部透明板材5和第二上部透明板材6，两个透明板材之间相隔一定的距离，用以插入中间板7；每个透明板材上还设置圆孔，圆孔通过管道8与储液容器10相连，所述储液容器包括第一流体储液容器和第二流体储液容器，分别用以储存两相流体。
40.在本实施例中，中间板7的结构如图4(a)-图4(c)所示，中间板为可抽出式薄亚克力板，用于分隔两相流体。中间板的厚度非常薄，其厚度限制在2mm以内，以便于拔出后两相流体的快速接触，一定程度上减轻了空气阻力对驱替过程的影响，提高了观测装置的准确性。同时，上部设有圆孔，以便于薄板的插入及拔出。
41.进一步地，所述管道8上设置有单向节流阀9，所述第一流体储液容器和第二流体
储液容器上均设置有温度计11和刻度。管道8可以采用不锈钢材质，可以有效防止流体对管线的腐蚀，提高使用寿命。单向节流阀9可以控制流体进入驱替装置的速度，用于控制流量。温度计11可以实时监测第一流体储液容器和第二流体储液容器内流体的温度，用于观测两相流体非等温流动时粘性指进现象的变化规律。
42.所述驱替主通道的外部上方中间位置设置有高速摄像机12，自中间板7取走后，每秒拍摄一次图像，便于后续整理粘性指进现象的完整变化过程。
43.在本实施例中，所述透明板材可以采用透明亚克力板或透明有机玻璃。
44.在本实施例中，所述控温板17的内部设置有多个加热棒18，加热棒18与控温台相连，控温台上设置旋钮开关19，通过旋钮开关可以调节加热棒的温度，温度调控范围在20-60度之间，以便于加热下部透明亚克力板2，用于对比非等温边界对粘性指进现象的影响，操作过程安全简单，结果准确性高。
45.在本实施例中，所述储液盒14的底部与量筒15相连通，被驱替流体通过储液盒14下部的圆形开口直接流入量筒内部，减少了流体运输的损耗，此外，量筒刻度精度为0.1ml，提高了流体排出量读取的准确性。
46.实施例2
47.本发明的一种典型的实施方式中，提出一种观测粘性指进现象动态变化的装置的使用方法，包括以下步骤：
48.组装透明板材构成完整的驱替主通道，并将中间板插入驱替主通道中；
49.将驱替主通道内的第一空间和第二空间与第一流体储液容器和第二流体储液容器相连；
50.将两种粘度不同的流体分别混合不同色的颜料后倒入两个储液容器后，打开阀门，将流体缓慢注入驱替主通道内；
51.拔出薄亚克力板中间板，同时启动高速摄像机；
52.缓慢推动流体入口处的可调节活塞，注意观察测压器处的压力变化情况，同时拆除流体出口处的透明亚克力板，使被驱替流体流入储液盒；
53.驱替完成后，通过量筒读取被驱替流体的排出量，通过高速摄像机录制及拍摄的视频图像进行后续观测并整理实时的粘性指进现象变化规律。
54.具体的，完成装置全部组装后，将驱替流体与被驱替流体分别充分混合不同的有色颜料后缓慢倒入两个储液容器10，打开单向节流阀9，使流体通过不锈钢管线道8缓慢注满分隔开的第一空间和第二空间内，拔出中间板7以及流体出口透明板材后，启动高速摄像机12，缓慢推动流体入口处的可调节活塞1，需注意观测压力变化。驱替完成后，通过量筒15读取被驱替流体的排出量，通过高速摄像机12录制及拍摄的视频图像可以后续观测并整理实时的粘性指进现象变化规律，如图5所示，是采用本发明的装置得到的粘性指进现象观测图。
55.进一步地，模拟非等温流动时粘性指进现象动态变化情况的方法是：将两种不同温度流体，混合不同色的颜料后，分别注入两个储液容器内，使两个注液容器内的流体进入驱替主通道时，两相流体温度不同形成流体间的温度差，从而产生温度梯度；通过温度计读取并记录温度后开始驱替，观测粘性指进现象的实时变化情况。
56.或者，通过控温台整体调节每个加热棒的温度，从而使上部透明板和下部透明板
的温度不同，进而使驱替主通道内的每种流体的上下边界具有温度差形成的温度梯度；记录加热棒温度后开始驱替，观测粘性指进现象的实时变化情况。
57.通过注入不同温度的流体和加热下部透明板两种方式产生非等温流动时的温度梯度，流体之间的热交换会降低浓度前沿的粘度对比，因此流场中温度梯度存在相比于等温过程会减弱粘性指进不稳定性，提高了模拟非等温流动时粘性指进现象动态变化的稳定性和模拟结果的准确性。
58.以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种观测粘性指进现象动态变化的装置，其特征在于，包括由透明板材组成的驱替主通道，所述驱替主通道的入口处设置可调节活塞和测压器，所述驱替主通道的出口处设置储液盒；所述驱替主通道通过中间板分隔为第一空间和第二空间，所述第一空间和第二空间通过管道分别与第一流体储液容器和第二流体储液器相连；所述驱替主通道的底部还设置有控温板；所述可调节活塞推动第一空间内的第一流体驱替第二空间内的第二流体以观察粘性指进现象的变化规律。2.如权利要求1所述的观测粘性指进现象动态变化的装置，其特征在于，所述驱替主通道为多个透明板材围成的长方体结构，多个透明板材之间通过可拆卸的方式进行安装。3.如权利要求2所述的观测粘性指进现象动态变化的装置，其特征在于，所述可调节活塞包括安装在驱替通道入口处的透明板材和设置在透明板材上的转盘，所述转盘旋转带动透明板材移动。4.如权利要求2所述的观测粘性指进现象动态变化的装置，其特征在于，所述驱替主通道的上表面设置两个透明板材，两个透明板材之间相隔一定的距离，用以插入中间板；每个透明板材上还设置圆孔，圆孔通过管道分别与第一流体储液容器和第二流体储液容器相连。5.如权利要求1所述的观测粘性指进现象动态变化的装置，其特征在于，所述管道上设置有单向节流阀，所述第一流体储液容器和第二流体储液容器上均设置有温度计和刻度。6.如权利要求1所述的观测粘性指进现象动态变化的装置，其特征在于，所述驱替主通道的外部上方中间位置设置有高速摄像机。7.如权利要求1所述的观测粘性指进现象动态变化的装置，其特征在于，所述透明板材采用透明亚克力板或透明有机玻璃。8.如权利要求1所述的观测粘性指进现象动态变化的装置，其特征在于，所述控温板的内部设置有多个加热棒，加热棒与控温台相连，控温台上设置旋钮开关，通过旋钮开关调节加热棒的温度。9.如权利要求1所述的观测粘性指进现象动态变化的装置，其特征在于，所述储液盒的底部与量筒相连通。10.一种权利要求1-9任一项所述的观测粘性指进现象动态变化的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：组装透明板材构成完整的驱替主通道，并将中间板插入驱替主通道中；将驱替主通道内的第一空间和第二空间与第一流体储液容器和第二流体储液容器相连；将两种粘度不同的流体分别混合不同色的颜料后倒入两个储液容器后，打开阀门，将流体缓慢注入驱替主通道内；拔出薄亚克力板中间板，同时启动高速摄像机；缓慢推动流体入口处的可调节活塞，注意观察测压器处的压力变化情况，同时拆除流体出口处的透明亚克力板，使被驱替流体流入储液盒；驱替完成后，通过量筒读取被驱替流体的排出量，通过高速摄像机录制及拍摄的视频图像进行后续观测并整理实时的粘性指进现象变化规律。

技术总结
本发明公开了一种观测粘性指进现象动态变化的装置及使用方法，包括由透明板材组成的驱替主通道，所述驱替主通道的入口处设置可调节活塞和测压器，所述驱替主通道的出口处设置储液盒；所述驱替主通道通过中间板分隔为第一空间和第二空间，所述第一空间和第二空间通过管道分别与第一流体储液容器和第二流体储液器相连；所述驱替主通道的底部还设置有控温板；所述可调节活塞推动第一空间内的第一流体驱替第二流体以观察粘性指进现象的变化规律；本发明能够实时监测两相流体的驱替情况，且整个装置的组装与拆卸简易方便，灵活性高，可操作性强，并可以通过改变多种单一变量来对比粘性指进现象的变化规律，为实际应用提供强有力的技术支撑。的技术支撑。的技术支撑。


技术研发人员：赵茉莉 赵丹 徐恺 符益铭 秦晓雨
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/11