一种适用于可视化驱油实验的微流控芯片装置及实验方法与流程

本发明涉及微观驱油实验，尤其涉及一种适用于可视化驱油实验的微流控芯片装置及实验方法。

背景技术：

1、在石油开采领域，尤其是三次采油技术研究中，深入理解驱油体系在多孔介质内的渗流规律及微观剩余油动用机理至关重要。目前，室内岩心驱油实验是研究驱油效果的主流方法，其通过将天然岩心或人造树脂浇筑岩心置于夹持器中进行驱替，依靠采集采出液的含水量、含油量及压力变化，宏观评价驱油体系的效率,然而该方法存在显著缺陷，难以满足现代精细油藏开发的研究需求。

2、现有技术的主要问题：

3、1.传统岩心实验仅能通过宏观参数间接推断驱油效果，无法实时观测孔道内微观剩余油的启动、运移及滞留状态。

4、2.天然岩心受储层物性差异影响，孔隙半径、喉道尺寸及孔喉组合方式存在显著个体差异；人造树脂岩心虽可部分模拟孔隙结构，但受浇筑工艺限制，仍难以精确控制孔喉参数，实验条件的不一致性导致平行实验结果不可比，无法准确量化孔隙结构对驱油效果的影响，制约了驱油机理的规律性认识。

5、3.驱替过程中，复合体系中的聚合物、表面活性剂、盐等组分会因剪切破碎、岩石吸附及矿物携带作用，导致岩心内部孔隙结构发生不可逆改变。实验后岩心报废，单次使用成本高且无法复现相同孔隙条件，尤其在需要多轮次对比实验时，资源浪费问题更为突出。

6、4.传统岩心夹持器的注采方向固定，难以克服重力对流体渗流的影响，且注液流量、压力控制精度有限，无法模拟实际油藏中低渗透层的低速渗流状态，导致实验结果与真实油藏条件存在偏差。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、本发明提供一种适用于可视化驱油实验的微流控芯片装置及实验方法，以克服传统岩心驱油实验中无法实时可视化观测孔道内微观剩余油启动运移过程、孔隙结构特征不一致导致实验重复性差以及岩心无法重复使用的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述目的，本发明一方面提供一种适用于可视化驱油实验的微流控芯片装置，包括：微流控芯片、芯片夹具、驱替系统、图像采集系统以及图像分析系统；

5、所述微流控芯片内部设有孔隙结构，所述孔隙结构包括：均质孔隙结构和非均质孔隙结构；

6、所述芯片夹具用于固定所述微流控芯片，所述芯片夹具具有至少四个注采接口，所述注采接口可切换注入方向，所述芯片夹具中设有密封结构，所述密封结构用于对微流控芯片进行可拆卸固定；

7、所述驱替系统包括：微流量控制泵、中间容器、恒温箱和六通阀，所述微流量控制泵用于精确控制流体流量，所述中间容器用于储存不同的驱油流体，所述恒温箱用于控制实验温度，所述六通阀用于切换注入的流体；所述驱替系统通过注采接口与微流控芯片连接；

8、所述图像采集系统包括：显微镜和高速摄像机，所述高速摄像机用于实时拍摄所述微流控芯片内流体的渗流图像；

9、所述图像采集系统对微流控芯片内的流体渗流情况进行实时记录；

10、所述图像分析系统用于对采集到的渗流图像进行处理和分析，计算采收率并分析剩余油的分布和运移规律；

11、所述图像分析系统分别与图像采集系统和驱替系统连接，图像分析系统接收采集到的图像并进行处理分析，分析结果反馈给驱替系统用于调整驱替参数。

12、优选地，所述微流控芯片的材质为透光率≥90%的超白玻璃。

13、优选地，所述孔隙结构由需要实验的真实岩心孔隙结构图像进行数字化建模得到。

14、优选地，所述芯片夹具包括：主体结构、盖板与若干个堵头；

15、所述主体结构由亚克力材质制成，所述主体结构中心设有与微流控芯片尺寸相匹配的凹槽，所述盖板与主体结构尺寸相匹配，所述盖板用于对微流控芯片定位；

16、所述主体结构与盖板通过若干个固定螺丝连接，所述注采接口贯通主体结构的外壁与凹槽，所述堵头数量与注采接口数量相匹配，所述堵头用于封闭注采接口。

17、优选地，所述微流量控制泵的流量控制范围为0.00001-25ml/min，压力范围为10-20000psi；

18、所述微流量控制泵通过注入管线连接芯片夹具。

19、优选地，所述显微镜配备的变倍体支持0.8x至5.6x的放大范围，变焦比为7，显微镜光源为倒置光源，结合倒置光源设计，总放大率可达4.0x至366x，所述高速摄像机每秒可拍摄1张图像，最多可拍摄999张图像。

20、另一方面，本发明还提供适用于可视化驱油实验的微流控芯片装置实验方法，包括以下步骤：

21、微流控芯片孔隙结构设计步骤：

22、步骤s11，采集真实岩心的孔隙结构图像并进行黑白化处理；

23、步骤s12，对黑白化处理后的图像进行孔道分割和编辑，生成数字化孔隙模型；

24、步骤s13，根据实验需求调整所述数字化孔隙模型的孔隙度和渗透率分布及孔隙结构特征参数，输出cad设计文件；

25、步骤s14，根据所述cad设计文件，采用高精度cnc技术制作微流控芯片；

26、微流控芯片及装置的使用步骤：

27、步骤s21，将步骤s14制作的微流控芯片安装在芯片夹具中，并通过盖板进行固定；

28、步骤s22，连接驱替系统与芯片夹具，通过驱替系统向微流控芯片中注入模拟油，使所述微流控芯片饱和油；

29、步骤s23，启动驱替系统，通过六通阀切换注入不同的驱油流体，同时通过图像采集系统实时拍摄所述微流控芯片内流体的渗流图像；

30、步骤s24，利用图像分析系统对采集到的渗流图像进行处理和分析，计算采收率并分析剩余油的分布和运移规律；

31、步骤s25，实验结束后，对微流控芯片和芯片夹具进行彻底清洗以便重复使用。

32、优选地，所述步骤s12中孔道分割和编辑包括：消除多余孔道、补充缺陷孔道，保证孔道连通性和孔喉分布合理性。

33、优选地，所述步骤s25中清洗包括：用热水清洗微流控芯片和芯片夹具，然后进行抽真空处理排出孔道内滞留液体，再进行注气吹扫去除表面水渍，最后在恒温箱中烘干。

34、优选地，所述在步骤s22中注入模拟油时，需要将模拟油加热以降低其粘度；

35、所述在步骤s23中切换注入不同的驱油流体时，需要先排净注入管线内的原有流体。

36、（三）有益效果

37、本发明提供一种适用于可视化驱油实验的微流控芯片装置及实验方法，可以实现通过基于真实岩心孔隙结构图像的数字化建模技术，完整保留原始岩心的孔隙连通性、孔喉分布及渗透率非均质性特征，确保模型孔隙结构既贴近于实际油藏，又具备实验所需的物理完整性；

38、通过数字化孔隙模型支持渗透率和孔隙度分布与孔隙结构特征参数的动态调整，能够模拟从低渗致密油藏到高渗砂岩油藏的全范围储层类型。这种灵活性使研究者可针对特定油藏特征设计实验方案，突破传统物理模型使用的局限；

39、通过高速摄像机连续记录流体渗流过程，结合显微镜放大，可清晰捕捉孔隙尺度的流体界面演化、黏性指进形成及剩余油滞留现象，为微观驱油机理研究提供直接证据；

40、驱替系统通过六通阀切换注入流体，结合微流量控制泵可实现段塞驱、交替驱等复杂注入模式，图像分析系统将剩余油分布数据实时反馈至驱替系统，自动调整注入流量、压力等参数，从而达到为油气田开发提供微观尺度研究平台的目的。