本发明专利技术公开了一种乳状液粒径调控装置及粒径预测方法。所述装置包括：油相与连续相注入装置、微流控芯片和图像采集装置。所述油相与连续相注入装置用于提供油相与连续相所需的流动条件。所述图像采集装置包括高速摄像机与显微镜，用于实现实时观测乳状液液滴的生成并进行实时图像采集。所述微流控芯片主要包括三个端口以及激光刻蚀通道。所述三个端口分别为连续相注入端口、油相注入端口以及采出端口，分别用于连续相与油相的注入以及两相流体的采出。所述激光刻蚀通道分别为两条连续相通道、一条油相通道、一条中间通道以及一条下游通道，分别用于两相流体的流动以及乳状液液滴的收集。所述乳状液粒径预测方法包括乳状液生成实验方法和乳状液直径公式拟合方法，分别用于生成大小均匀的乳状液液滴以及回归可预测不同条件下乳状液液滴直径的计算公式。本发明专利技术可有效计算出不同条件下生成的乳状液液滴的直径，为乳状液渗流实验的提供有效的制备手段。段。段。
【技术实现步骤摘要】
一种乳状液粒径调控装置及粒径预测方法
[0001]本专利技术涉及一种乳状液粒径调控装置及粒径预测方法，属于油气田开发工程领域。
技术介绍
[0002]在油田开发的过程中，向油层中注入含有聚合物与表面活性剂的二元体系能够有效地提高原油采收率。二元体系中的表面活性剂可以将油层中的原油乳化为大量的水包油乳状液液滴，而聚合物则可以通过提高二元体系的粘度来增大波及效率。由表面活性剂的乳化作用而形成的水包油乳状液在多孔介质岩石中的运移规律较为复杂，其流动形式多样。同时，二元体系的粘度将影响乳状液液滴的产生。因此二元体系条件下乳状液的有效且可控的生成对于研究乳状液在多孔介质中的流动具有十分重要的作用。
[0003]目前常用的乳状液制备方法多使用机械搅拌法，即将油相与含有聚合物以及表面活性剂的溶液混合后，通过搅拌机的高速搅拌形成水包油乳状液。此种方式形成的乳状液液滴尺寸往往分布不均，导致无法精确研究乳状液粒径大小对其在多孔介质中的流动的影响。由于水包油乳状液较强的聚集作用使得此种方式产生的水包油乳状液无法有效地注入进实验用的多孔介质材料中。同时，机械搅拌法不能精确的对比二元体系的粘度对乳状液液滴的粒径的影响。此外，对于乳状液的粒径控制缺乏能够进行定量计算的经验公式。
[0004]因此，为了能够高效制备粒径均匀的水包油乳状液液滴，需要制造一种操作便捷的水包油乳状液液滴生成装置以及调控方法，进而提高乳状液在多孔介质中的流动实验的精确性，同时还可以对比不同粘度的二元对乳状液液滴的粒径的影响。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为:
[0006](1)传统的机械搅拌法所生成的水包油乳状液粒径差异较大，且难以注入进多孔介质材料，严重影响乳状液多孔介质流动实验；
[0007](2)无法精确的对比二元体系的粘度对乳状液液滴的粒径的影响
[0008](3)缺少可以便捷计算生成的乳状液液滴尺寸的经验公式。
[0009]解决以上问题及缺陷的难度为:设计可以有效控制生成乳状液液滴尺寸的微观可视化芯片，同时提供一种适用于该芯片的实验方法以及液滴尺寸计算公式。
[0010]解决以上问题及缺陷的意义为:提高了乳状液的生成效率以及准确度，能够为二元体系条件下乳状液多孔介质流动实验提供前期实验基础。
技术实现思路
[0011]针对现有实验装置以及方法的局限性，为有效生成二元体系条件下粒径尺寸可控的水包油乳状液，本专利技术提供了一种乳状液粒径调控装置。同时本专利技术还提供了一种基于上述装置的粒径预测方法。
[0012]所述调控装置包括：油相与连续相注入装置、微流控芯片和图像采集装置；
[0013]所述油相与连续相注入装置包括两台微量注射泵，两个微量注射器以及若干塑料
软管；
[0014]所述图像采集装置包括一台计算机，一台高分辨率显微镜以及一台连接高分辨率显微镜的高速摄像机；
[0015]所述微流控芯片由聚甲基丙烯酸甲酯制成，其上包含的微通道经激光刻蚀而成，可放置于显微镜的载物台上，其尺寸为12cm
×
5cm
×
1.5cm，包括：
[0016]连续相注入端口、油相注入端口、采出端口与激光刻蚀通道；
[0017]其中，连续相注入端口与油相注入端口通过塑料软管分别与两个微量注射器相连；
[0018]其中，采出端口与塑料软管的一端相连，然后将塑料软管另一端置于废液瓶中，用于收集废液；
[0019]所述微流控芯片的激光刻蚀通道包括：两条连续相通道，一条油相通道，一条中间通道以及一条下游通道；
[0020]其中，两条连续相通道，油相通道以及中间通道的宽度与深度均为100μm；
[0021]下游通道的宽度与深度均为500μm；
[0022]两条连续相通道的总长度均为4.8cm，油相通道的长度为1cm，中间通道的长度为200μm，下游通道的长度为6.5cm；
[0023]一种基于上述装置的粒径预测方法，包括：乳状液生成实验方法和乳状液直径公式拟合方法；
[0024]其中，乳状液生成实验方法如下：
[0025]步骤1选取一个充满连续相的微量注射器，将其置于微量注射泵上，随后通过微量注射泵将连续相从连续相注入端口注入到微通道内使所有通道被连续相饱和，随后停止注入连续相。
[0026]步骤2选取另一个微量注射器并将其充满油相，置于微量注射泵上，随后通过微量注射泵选择一个较低的流量将油相从油相注入端口注入到微通道内。当流动的油相到达连续相通道与油相通道的十字交汇处时，通过微量注射泵选择一个较低的流量将连续相从连续相注入端口注入到微通道内。
[0027]步骤3保持油相的流量恒定，逐渐增加连续相的流量。连续相的流量每次增加后，使用高速摄像机捕捉油相与连续相产生于两相通道十字交汇处的流动形态。当两相通道十字交汇处能够出现大小均匀的乳状液液滴时，记录油相与连续相的流量比。连续相的流量增加到一定程度时，停止增加连续相流量。
[0028]步骤4逐渐增加油相的流量，每当油相的流量增加后，将连续相的流量调整为步骤2中的初始流量并按照步骤3进行操作。
[0029]步骤5当油相的流量增加到一定程度后，停止实验。统计不同油相与连续相的流量比条件下于十字交汇处产生的乳状液液滴的直径。
[0030]其中，在连续相粘度不变的条件下，改变油相的粘度并重复所述实验方法，可得到不同油相粘度条件下的乳状液液滴直径。
[0031]其中，所述乳状液直径相关公式拟合方法包括：
[0032]步骤1首先计算中间通道的水力直径H
D
，其计算公式如公式(1)所示。
[0033][0034]其中，w为中间通道的宽度，h为中间通道的深度。
[0035]步骤2将通过实验所得的乳状液液滴直径进行归一化处理，计算出液滴直径D与水力直径H
D
的比值，即乳状液液滴无因次直径
[0036]步骤3根据公式(2)得到无因次直径与所对应的两相流量比以及两相粘度比之间的关系。其中，a，b，c，d均为通过回归方程得到的系数。ν
c
为连续相流速，γ为连续相与油相之间的界面张力。Q
d
与Q
c
分别为油相流量与连续相流量。μ
o
与μ
c
分别为油相流量与连续相流量。
[0037][0038]有益效果
[0039]本专利技术提供了一种乳状液粒径调控装置及粒径预测方法。
[0040]具备以下有益效果：
[0041](1)较常规水包油乳状液生成方式相比，利用本专利技术开展的实验易操作且成本低，所制备出的水包油乳状液大小均匀；
[0042](2)通过实验结果拟合得到的乳状液直径计算公式可有效预测出不同条件下生成的乳状液液滴的直径。
附图说明
[0043]图1为本专利技术所述基于微流控实验的乳状液粒径调控装置结构示意图；
本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种乳状液粒径调控装置，包括：油相与连续相注入装置、微流控芯片和图像采集装置；所述油相与连续相注入装置包括两个微量注射器：微量注射器(1)与微量注射器(3)。两台微量注射泵：微量注射泵(2)与微量注射泵(4)。微量注射器(1)与微量注射器(3)分别固定于微量注射泵(2)与微量注射泵(4)上。微量注射器(1)与微量注射器(3)分别与塑料软管(10)相连；所述图像采集装置包括一台高分辨率显微镜(5)，一台高速摄像机(6)和一台计算机(7)；所述微流控芯片(9)包含一个连续相注入端口(11)，一个油相注入端口(12)，一个采出端口(13)以及激光刻蚀通道；其中，所述微流控芯片的激光刻蚀通道包括：连续相通道(14)，连续相通道(15)，油相通道(16)，中间通道(17)，下游通道(18)；微流控芯片(9)置于高分辨率显微镜(5)下方；微量注射器(1)与微量注射器(3)分别通过塑料软管(10)与油相注入端口(12)以及连续相注入端口(11)相连接；采出端口(13)通过塑料软管(10)与废液瓶(8)相连接；高速摄像机(6)安装于高分辨率显微镜(5)，同时高分辨率显微镜(5)与计算机(7)相连接用以记录并拍摄实验过程。2.一种乳状液粒径预测方法，包括：乳状液生成实验方法和乳状液直径公式拟合方法。3.根据权利要求2所述乳状液生成实验方法如下：(1)选取一个充满连续相的微量注射器，将其置于微量注射泵上，随后通过微量注射泵将连续相从连续相注入端口注入到微通道内使所有通道被连续相饱和，随后停止注入连续相。(2)选取另一个微量注射器并将其充满油相，置于微量注射泵上，随后通过微量注射泵选择一个较低的流...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦贝，王惠宇，侯健，刘永盛，杜庆军，周康，刘永革，郭知心，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。