[发明专利]一种泡沫驱油微纳化工芯片装置及方法

说明书

本发明涉及一种泡沫驱油微纳化工芯片装置及方法，包括流体注射装置、泡沫驱油微纳化工芯片及其夹持装置、显微观测装置；流体注射装置用于注入泡沫液、二氧化碳气相样品、驱油实验油相样品；夹持装置用于夹持装载泡沫驱油微纳化工芯片；显微观测装置用于观测记录泡沫的制造过程和泡沫驱油过程。本发明能够精确控制泡沫气液比，调控泡沫质量，制造出稳定泡沫；直接观测泡沫驱油过程中泡沫的流变行为、运移规律、驱油效果。本发明实现了泡沫制造和泡沫驱油一体化连续操作，实验准确性高，重复性好，操作简单用时短，可用于驱油效果评价、快速筛选起泡剂、油气渗流规律探究等工作，为研究泡沫调驱技术提供理论指导和基础数据支持。

技术领域

本发明涉及一种泡沫驱油微纳化工芯片装置及方法，属于油气田开发技术领域。

背景技术

二氧化碳泡沫驱是一种能够同时提高驱替效率和波及效率的提高采收率技术。二氧化碳泡沫体系由起泡剂和CO₂组成，泡沫起泡剂一般为表面活性物质，具有乳化作用，能够改善油藏环境润湿性，降低油气界面张力；泡沫所含CO₂气体易溶于原油，能使原油体积膨胀，粘度降低，流动性改善，从而有利于动用残余油提高驱替效率。泡沫流体在大孔隙介质中表现为高黏度，在孔隙窄口渗流过程中易形成Jamin效应，能够抑制黏性指进，防止气窜、重力分异等现象产生，选择性封堵中高渗区域，从而有效增大低渗区域的波及体积进而提高波及效率。

实验室常用岩心驱油实验评价泡沫驱油效果，而现有岩心泡沫驱油实验研究更多聚焦于泡沫的配方与性能评价，关于泡沫驱油机理和调驱规律的研究存在欠缺。岩心驱油实验存在以下固有不足，其一，该方法只能通过收集流出的原油计量最终采收率结果进行驱油效果评价，无从了解在多孔介质中泡沫流体驱油的封堵机理、流动规律和调驱规律；其二，该方法也无法观测发泡过程和驱油过程中泡沫的形变、破裂、聚并和流动行为，无法准确计量驱油泡沫的泡沫质量，难以实现对驱油过程中的泡沫状态进行精确描述。

微流控技术又称“芯片上的实验室”技术，能够将传统实验操作步骤集成转化到微流控芯片物理模型上加以实现，具有原位可视化、样品耗量少、实验用时短、本质安全等技术优点。现有基于微流控技术进行泡沫驱油的实验鲜有报道，而已有的利用微观物理模型的驱油实验存在两大问题：一是直接注入气体和起泡剂液体，实际驱油过程为表面活性剂驱油或表面活性剂段塞驱油，而非真正的泡沫驱油；二是泡沫制造与泡沫驱油实验在不同的微模型中分开进行，泡沫在多个设备器件间运移易发生破裂和聚并，难以形成泡沫质量稳定的泡沫，即无法实现对泡沫流体的有效控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种泡沫驱油微纳化工芯片装置及方法。本发明能够精确控制泡沫气液比，调控泡沫质量，制造出稳定泡沫；直接观测泡沫驱油过程中泡沫的流变行为、运移规律、驱油效果。本发明实现了泡沫制造和泡沫驱油一体化连续操作，实验准确性高，重复性好，操作简单用时短，可用于驱油效果评价、快速筛选起泡剂、油气渗流规律探究等工作，为研究泡沫调驱技术提供理论指导和基础数据支持。

本发明的技术方案为：

一种泡沫驱油微纳化工芯片装置，包括流体注射装置、泡沫驱油微纳化工芯片及其夹持装置、显微观测装置；

所述流体注射装置用于注入泡沫液、二氧化碳气相样品、驱油实验油相样品，精确调控注入流体的流量或气相样品的注入压力；

所述夹持装置用于夹持装载泡沫驱油微纳化工芯片；

所述显微观测装置用于观测记录泡沫的制造过程和泡沫驱油过程。

根据本发明优选的，所述泡沫驱油微纳化工芯片包括通过阳极键合制得的单晶硅基底和石英玻璃盖片，单晶硅基底刻蚀有微米通道和外接流体的通孔，微米通道上集成有依次连通的流体流通区域，包括气液段塞制造部、发泡部、稳定泡沫部、排空通道及多孔介质区域；