[发明专利]一种基于稳态法测节理网络气-水相对渗透率的可视化装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于稳态法测节理网络气‑水相对渗透率的可视化装置及方法，属于多孔介质内多相流体流动领域，包括可视化高压釜、显微镜和高速摄像机；可视化高压釜内设有微观系统，其内的微流控芯片设置有节理网络重构区，节理网络重构区内形成节理网络结构，以模拟样品真实的某一面节理网络，本发明基于最新实验室芯片技术可视化研究微尺度下气液两相流态变化，不再像以往直接使用煤、岩芯进行测试，利用数字图像技术提取出其内部节理结构刻蚀到芯片上，进而测试节理网络中两相的流动变化。该装置满足多尺度微观两相流动过程中多物理参数的采集功能，为理解煤岩微尺度流动特征提供可靠的实验数据并建立煤(岩)‑气‑液相互作用的唯象关系。

技术领域

本发明涉及一种基于稳态法测节理网络气-水相对渗透率的可视化装置及方法，属于多孔介质内多相流体流动技术领域。

背景技术

非常规气是赋存在其储层中的优质清洁能源，储层中一般存在不同发育程度的节理和裂隙，构成了复杂的节理网络。气体开采时这些节理网络会成为气、水运移的主要通道。一般用气、水相对渗透率去表征两相流体在其中的运移能力，实验室常采用稳态法、非稳态法测量煤(岩)芯相对渗透率，详情见GB/T28912-2012。然而两种方法的假设前提条件较为苛刻：非稳态法中(i)由于煤样具有很强的非均质性，不满足试件均质的假设条件，流体容易过早突破；(ii)实验开始后出口产水量极少，breakthrough后很快产出大量水，目前的技术手段测尾端见水后短时间流量变化误差较大，(iii)实验数据后期处理需要用积分进行复杂的运算。在稳态法中(i)由于实验条件的限制，实验开始后夹持器不能实时旋转保证气、水按照比例同时注入，(ii)该方法属于“黑箱实验”，很难判定试件内每个测点都达到稳定状态。(iii)耗时长，实验周期多达数周。总而言之受模型假设和计算方法影响相对渗透率实验室测量结果离散性大，不具有普遍适用性。

因此传统的实验方法很难同时达到上述标准，即便满足假设条件，在实验测试时也存在各种问题：如稳态法测试中稳定条件难以达到判定流动的稳定状态。非稳态法测试中，实验开始后产水量极少，然后很快产出，难以精确测量产水量，数据处理误差也较大，且实验具有很强的偶然性，相同的试件在不同的条件下能测出不同的相对渗透率。相比之下稳态法侧相对渗透率更为准确，但是操作难度系数大。

微通道内的气液两相流动特征与宏观大尺度通道内情况有很大的差别，微通道内微尺度效应导致的界面现象(如表面张力，润湿性等)影响显著，进而导致两相流动特性及流体间的转换准则发生变化。两相流在煤岩微尺度中的实际流动情况目前仍然没有直接的实验数据进行验证，流动特征仍基于数值模拟。针对煤岩孔隙结构的特征，考虑不同节理网络下液-气两相流体的相互作用对于分析煤层气、页岩气开采，地热开发等起着至关重要的作用。

发明内容

为高效率准确的测试上述煤岩体复杂微观结构的相对渗透率，改变以往宏观尺度的“黑箱”实验方法，本发明提出了一种基于稳态法测节理网络气-水相对渗透率的可视化装置及方法，旨在解决目前只能利用“统计”的手段测试煤(岩)芯内气-水两相流动特征的问题，本发明可通过对节理内部流动的可视化来表征两相在微通道内的相互作用，进而表征面节理的气-水相对渗透率。

本发明采用以下技术方案：

一种基于稳态法测节理网络气-水相对渗透率的可视化装置，包括可视化高压釜、显微镜和高速摄像机；

所述可视化高压釜内放置有微观系统，所述微观系统包括微流控芯片和芯片夹持器，微流控芯片内刻蚀有节理网络重构区，以模拟样品真实的某一面节理网络，所述可视化高压釜为微流控芯片提供可控的高压环境，以保证内部压力符合设定压力值，所述可视化高压釜上方设置有透明的承压玻璃；

所述节理网络重构区的入口端分别连接液相入口孔和气相入口孔，液相入口孔和气相入口孔汇合区域为入口观察段，通过入口观察段连接在节理网络重构区的入口端，入口观察段用于观察两相的混合情况；所述节理网络重构区的出口端通过一微通道连接有出口孔，该微通道为出口观察段；