[发明专利]一种微米毛细管通道中气液相界面的接触角测量方法

说明书

本发明提供了一种微米毛细管通道中气液相界面的接触角测量方法，本发明利用动态测试装置实现了对微米尺度的毛细管导内的气液两相流动过程的压力或流速的控制，首次实现了在低毛管数、低邦德数状态下的动态接触角测量。第一次采用了基于图像处理方法的接触角、相界面速度的测量，极大提高了数据处理的效率及测量精度。本发明还提出了多种控制两相流动过程压力控制、电动平台速度控制的算法，提高了实际操作时的灵活性以便满足各种工况的需求。

技术领域

本发明涉及石油强化开采领域，特别是涉及一种利用具备微米毛细管通道的动态测量装置获取气液动态驱替相界面接触角的方法。

背景技术

单个微米尺度的毛细管中的两相驱替机理是自然环境多孔介质内的两相驱替的基础，多孔介质中的两相驱替发生在众多的工业或自然过程中，比如致密油藏的水驱气、溶解气驱、水驱油等过程，上述的工业过程的特点是粘性力微弱(毛管数的范围10^-10<Ca<10^-5)，重力微弱(邦德数Bo小于10^-4)。影响驱替过程的关键因素为毛管力，而计算毛管力的关键参数是两相界面与管道壁面的接触角。毛管力的计算按照Young-Laplace公式计算，如下式所示，

γ是界面张力，接触角θ的实际范围为0～180°，当θ<90°时P_c为正值，当θ>90°时，P_c为负值，因此毛管力有可能是阻碍驱替的阻力也可能是推进驱替的动力。不仅如此，接触角评估的错误将会使毛管力计算存在严重的误差，从而导致驱替过程的评估失误。因此，获取上述工业条件下的动态接触角信息对于评估整个多孔介质内两相驱替过程至关重要。

现已较完善的测量相界面运动状态下(动态)接触角的技术，比如平板浸没法、毛细管液升法。平板浸没法是将一块待测固体平板，以一定速度、以平板垂直于液面的姿态进入或抽离液面，这个过程采用高速摄像机拍摄液面与平板接触点处相界面的接触角，在通过图像测量接触角的大小；或者采用测力计测量平板在这个运动过程中的受力，测算出界面张力反推出接触角。

毛细管液升法，是将一根已知半径的毛细管入口垂直伸入湿润相液体的液面下，通过高速摄像机拍摄湿润相液面上升的高度及对应的时间，通过Washburn公式推算出接触角。

但是采用上述两种方案都不能够测量毛管数10^-10<Ca<10^-5及邦德数Bo<10^-4工况下的动态接触角。

此外，为了观察到接触角，需要采用高倍数的显微镜获得放大的图像，也就意味着观察的视野小。然而动态的驱替过程意味着相界面会移动一定的距离，因此高倍数的显微镜无法观察到相界面的运动过程。如果采用低倍数的显微镜进行观察，可以观察到相界面位置的变化，却无法观察到相界面，也就无法直接测量接触角。

综上所述，现需要一种既可观察清晰观察到相界面的动态测试平台，又可以精确计算出相界面接触角的方法。

发明内容

本发明的目的是要提供一种微米毛细管通道中气液相界面的接触角测量方法。

特别地，本发明提供一种微米毛细管通道中气液相界面的接触角测量方法，包括如下步骤：

步骤100，将测量选定的微流动芯片安装在动态测量装置移动平台的移动座上并连接注射泵，调节并安装摄像单元，同时使各设备与控制系统连接；

步骤200，先将测试液体注入微流动芯片上的微米毛细管通道中，测量出当前测试液体的压力，由控制系统控制抽取泵的注入压力满足预定的测试压力；