[发明专利]一种多功能微流控芯片及其制作方法

说明书

本发明提供一种多功能微流控芯片及其制作方法，包括上芯片基底、下芯片基底、模拟注入模块和模拟非均质多孔介质模块，模拟注入模块和模拟非均质多孔介质模块对称设置在上芯片基底和下芯片基底的上表面，上芯片基底和下芯片基底对接后形成多功能微流控芯片。该芯片能够模拟两倍渗透率级差的非均质多孔介质及微尺度下驱油体系的注入、运移和驱油等一体化实验。

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，更具体地说涉及一种多功能微流控芯片及其制作方法。

背景技术

物理模拟驱替实验是一种直接有效的评价驱油体系提高采收率效果的实验方法，实验室研究通常采用天然和人造岩芯进行实验，由于岩芯内部孔喉分布未知，驱油过程不可视，难以表征驱油体系的作用机理。微流控芯片可以轻松构建微米尺度下的复杂流道，实现模拟对象从多孔介质转变到更微小的孔喉结构，从微尺度角度研究驱油体系的作用机理，一定程度上弥补传统物模实验的不足。

目前，国内外针对地层多孔介质孔喉分布模拟的微流控芯片较多，但是现有的芯片所选用的材质多为易加工的有机聚合物，少数采用玻璃材质芯片的刻蚀孔道尺寸较大，这与地层多孔介质物性或孔喉尺寸大小的相似性存在一定差距；现有的芯片设计未考虑多孔介质的渗透率分布以及如何将驱油体系注入、运移和在多孔介质中驱油一体化实验。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，现有的芯片所选用的材质与地层多孔介质物性或孔喉尺寸大小的相似性存在一定差距，提供了一种多功能微流控芯片及其制作方法，该芯片能够模拟两倍渗透率级差的非均质多孔介质及微尺度下驱油体系的注入、运移和驱油等一体化实验。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种多功能微流控芯片，包括上芯片基底、下芯片基底、模拟注入模块和模拟非均质多孔介质模块，所述模拟注入模块和所述模拟非均质多孔介质模块对称设置在所述上芯片基底和所述下芯片基底的上表面，所述上芯片基底和所述下芯片基底对接后形成多功能微流控芯片；

所述模拟注入模块包括第一模拟流体注入口、第二模拟流体注入口、模拟T型流道和模拟弯型流道，所述模拟T型流道的入口端分别形成有所述第一模拟流体注入口和所述第二模拟流体注入口，所述模拟T型流道的出口端与所述模拟弯型流道的入口端相连通，所述模拟弯型流道的出口端通过管路与所述模拟非均质多孔介质模块相连通，在所述管路上设置有模拟测压口；

所述模拟非均质多孔介质模块包括模拟非均质多孔介质注入端、模拟低渗区、模拟高渗区、非均质多孔介质产出端和模拟流体产出口，所述管路的出口端与所述模拟非均质多孔介质注入端相连通，所述模拟非均质多孔介质注入端和所述非均质多孔介质产出端分别设置在模拟区的沿流体流动方向的首尾两端，垂直于流体流动方向的所述模拟区上分别设置所述模拟低渗区和所述模拟高渗区，所述非均质多孔介质产出端的出口与所述模拟流体产出口相连通。

所述模拟低渗区包括低渗横向微通道和低渗纵向微通道，所述低渗横向微通道和所述低渗纵向微通道之间垂直设置，在所述低渗横向微通道和所述低渗纵向微通道相交处形成一低渗圆切角，所述低渗圆切角的半径为80μm。

所述模拟高渗区包括高渗横向微通道和高渗纵向微通道，所述高渗横向微通道和所述高渗纵向微通道之间垂直设置，在所述高渗横向微通道和所述高渗纵向微通道相交处形成一高渗圆切角，所述高渗圆切角的半径为150μm。

一种多功能微流控芯片的制作方法，芯片基底选择玻璃，按照下述步骤进行：

步骤1，根据第一模拟流体注入口、第二模拟流体注入口、模拟T型流道、模拟弯型流道、模拟测压口、模拟非均质多孔介质注入端、模拟低渗区、模拟高渗区、非均质多孔介质产出端和1/4圆切角的结构和尺寸设计掩模，即先在芯片基底上镀一层铬，铬上再涂一层光刻胶，然后利用激光和刻蚀工艺在铬上形成所需要的微孔道图形；