一种高温微观可视化物理模拟夹持模型及其使用方法与流程

本发明涉及一种模拟地下高温流体流动的一种高温微观可视化物理模拟夹持模型及其使用方法，属于油气田开发技术领域。

背景技术：

为了研究岩石孔隙中流体之间的接触关系以及外来流体驱替油藏中原油的机理，微观驱油物理模拟技术已成为人们研究微观驱油机理的重要手段，其中微观驱油时需要将微观天然岩心或模拟岩心的可视化物理模型接入驱替流程中，这就需要一个连接装置，也就是模型夹持器的功用。

由于地下油藏处于高温、高压状态，要想更准确的模拟地下油藏，反映地下油藏的开采状况，需要模拟油层的温度和压力。因此在模拟实验研究过程中，尽可能对微观驱替模拟模型进行加热和加压。对于这方面的研究，目前国内外都取得了一定的成果，目前针对微观驱替模型夹持器进行加热的方式大都是水浴/油浴加热、空气加热、电加热等。但对于水浴/油浴而言，因管道与模型之间存在一定的空间，导致采用这种方式进行加热效果并不理想，出现耗时长，升温慢等问题；而采用对腔体加热的方式对玻璃片进行加热和加压，为保证加热效果，腔体都需要有一定的空间，导致腔体高度增加，进而托高玻璃片，缩短了显微镜和玻璃片的距离，影响放大倍数，进而影响观察精度。对于电加热，目前主要采用陶瓷电加热棒的方式，因陶瓷电热棒是以柱状形式插入微观模型，对于横放的玻璃片并不能起到较好的加热作用。

因此，制作一种能解决上述加热问题的夹持模型，能更好的模拟油层温度，对于提高夹持模型对地层的仿真度有很大的意义。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明采取将云母加热板做成圆环片植入模型中，在夹持器内加热可视化刻蚀玻片模型，从而可用于解决目前水浴/油浴或腔体加热方式升温慢、操作不方便、易漏失、密封性差、误差大等问题。

本发明涉及石油天然气流动实验装置，可以利用普通玻璃微观实验进行600℃以下的各种微观实验，完成在高温条件下的驱替研究工作。

本发明的技术方案如下：

一种高温微观可视化物理模拟夹持模型，包括观察座、可视化夹持座、底座密封用硅胶片、岩心玻璃片、观察玻璃片、观察盖密封用硅胶片、螺栓；所述可视化夹持座和观察座对齐，通过螺栓连接，观察座和可视化夹持座之间形成的空腔，从下到上依次叠加放置底座密封用硅胶片、岩心玻璃片、观察玻璃片、观察盖密封用硅胶片。

进一步的，所述观察座由观察盖、1#导热片、1#云母片组成；所述观察盖为正方形结构，四边设有四个螺纹孔；观察盖中部下侧设有一段正方形凸台，凸台中心设有贯穿圆孔，凸台一角内侧设有线孔；所述1#云母片为内部设有圆孔的正方形结构，外边尺寸与凸台相同，圆孔尺寸与观察盖的直筒段圆孔相同，1#云母片一角连接有电导线；1#导热片为内部设有圆孔的正方形结构，外边尺寸与凸台相同，圆孔尺寸与观察盖的直筒段圆孔相同；1#云母片安放在凸台下侧，并使电导线穿过线孔；

所述可视化夹持座由底座、2#云母片，2#导热片组成；所述底座为正方形结构，四边设有四个螺纹孔；底座中部设有一段正方形沉孔，正方形沉孔中心设有贯穿圆孔；所述底座侧面两侧分别设有对称的2个入口管道和出口管道，入口管道和出口管道均连接至正方形沉孔侧面中部；沉孔一角内侧设有线孔；所述2#云母片为内部设有圆孔的正方形结构，外边尺寸与正方形沉孔内边相同，圆孔尺寸与底座的圆环相同，2#云母片一角连接有电导线；2#导热片为内部设有圆孔的正方形结构，外边尺寸与正方形沉孔内边相同，圆孔尺寸与底座的圆环相同；2#云母片安放在正方形沉孔中，并使电导线穿过线孔；

所示观察盖的凸台，与底座的沉孔四边尺寸配合，凸台高度小于沉孔深度，观察盖的凸台能放入底座的沉孔并形成空腔。

进一步的，所述1#云母片和观察盖密封用硅胶片之间设有1#导热片，1#导热片焊接打磨到观察盖的凸台上，将1#云母片压紧固定；所述2#云母片和底座密封用硅胶片之间设有2#导热片，2#导热片焊接打磨到底座的沉孔中，将2#云母片压紧固定。

进一步的，所述观察盖上的圆孔为上部锥形段，下部直筒段。

进一步的，所述的云母片具有良好的绝缘性能和耐高温性能，通过电线连接外部设有的的温度调节器，外部设有调节温度的开关，控制对云母片加热保持对加持模型的恒温加热。

进一步的，所述岩心玻璃片上表面刻有流道，中部设有岩心薄片放置处，岩心薄片的厚度能让显微镜进行观察，岩心玻璃片上表面与观察玻璃片下表面贴合。

进一步的，所述入口管道和出口管道均连接岩心玻璃片和观察玻璃片之间的微观通道。

进一步的，所述2个入口管道之间和2个出口管道之间均设有导流槽，导流槽位于正方形沉孔内壁壁面上。

进一步的，所述2个入口管道之间和2个出口管道设有配套的丝堵和快速接头。

进一步的，所述观察盖密封用硅胶片为王字形硅胶薄片，底座密封用硅胶片为工字形硅胶薄片。如此设计，可以使其在完成密封的情况下，不会影响螺栓连接。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明能够在高温条件下进行可视化实验，能便捷有效的根据实际油藏温度选择驱油可视化微观模型的试验温度。

2、本实验模型根据实际油藏条件，控制温度，安全性能优越，操作简便，便于在可视化条件下观察驱油过程，获得其作用机理，既验证了对驱油机理的各种设想，又对人们研究各种提高石油采收率的方法和技术进行了指导，对微观实验在石油行业中的广泛应用和推广具有重要意义。

3、本实验模型将云母加热板和可视化微观模型加持器相结合，可以更为简便地模拟地下原油流动特征；

4、当实验温度低于析蜡点，室内模拟实验中特别是高粘稠油更容易发生结蜡从而堵塞流通通道，而采用本发明的双面云母片加热，可实时调整实验温度保证其与地层真实温度相一致，最终使得实验条件与油藏环境更匹配。

附图说明

图1为本发明的分解视图；

图2为本发明的侧视图；

图3为底座结构示意图；

图4为底座结构示意图左视图；

图5为底座结构示意图主视图的剖视图；

图6为底座结构示意图俯视图；

图7为1#云母片结构示意图；

图8为1#导热片结构示意图；

图9为底座密封用硅胶片；

图10为底座垫片在底座上的安装示意图；

图11为观察盖结构示意图；

图12为观察盖另一角度结构示意图；

图13为观察盖结构示意图主视图；

图14为观察盖密封用硅胶片；

图15为观察玻璃片的中间部分放大图；

图16为岩心薄片微观示意图；

图17为本发明在实验中的摆放状态。

图中，1、可视化夹持座；11、底座；12、2#云母片；13、2#导热片；14入口管道；14-1、1#入口管道；14-2、2#入口管道；15、出口管道；16、导流槽；2、底座密封用硅胶片；3、岩心玻璃片；4、观察玻璃片；5、观察盖密封用硅胶片；6、观察座；61、观察盖；62、1#云母片；63、1#导热片7、电导线；8、螺栓；9、显微镜；10、光源。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施对本发明进行详细描述。

如图1～图14所示，一种高温微观可视化物理模拟夹持模型，一种高温微观可视化物理模拟夹持模型，包括观察座6、可视化夹持座1、底座密封用硅胶片2、岩心玻璃片3、观察玻璃片4、观察盖密封用硅胶片5、螺栓8。

如图11～图13所示，所述观察座6由观察盖61、1#导热片62、1#云母片组成63；所述观察盖61为正方形结构，四边设有四个螺纹孔；观察盖61中部下侧设有一段正方形凸台，凸台中心设有贯穿圆孔，圆孔为上部锥形段，下部直筒段。凸台一角内侧设有线孔；所述1#云母片62为内部设有圆孔的正方形结构，外边尺寸与凸台相同，圆孔尺寸与观察盖61的直筒段圆孔相同，1#云母片62一角连接有电导线7；1#导热片63为内部设有圆孔的正方形结构，外边尺寸与凸台相同，圆孔尺寸与观察盖61的直筒段圆孔相同；1#云母片62安放在凸台下侧，并使电导线7穿过线孔。

如图3～图8所示，所述可视化夹持座1由底座11、2#云母片12，2#导热片13组成；所述底座11为正方形结构，四边设有四个螺纹孔；底座11中部设有一段正方形沉孔，正方形沉孔中心设有贯穿圆孔；所述底座11侧面两侧分别设有对称的2个入口管道14和出口管道15，入口管道14和出口管道15均连接至正方形沉孔侧面中部；沉孔一角内侧设有线孔；所述2#云母片为内部设有圆孔的正方形结构，外边尺寸与正方形沉孔内边相同，圆孔尺寸与底座1的圆环相同，2#云母片12一角连接有电导线；2#导热片13为内部设有圆孔的正方形结构，外边尺寸与正方形沉孔内边相同，圆孔尺寸与底座1的圆环相同；2#云母片12安放在正方形沉孔中，并使电导线7穿过线孔。所述1#云母片12和观察盖密封用硅胶片5之间设有1#导热片13，1#导热片63焊接打磨到观察盖6的圆环和正方形凸台上，将1#云母片62压紧固定；所述2#云母片12和底座密封用硅胶片之间设有2#导热片，2#导热片焊接打磨到底座1的正方形沉孔中，将2#云母片12压紧固定。所述的云母片具有良好的绝缘性能和耐高温性能，通过电导线7连接外端温度调节器外部，外部设有调节温度的开关，控制对云母片加热保持对夹持模型的恒温加热。

如图1和图2所示，所示观察盖61的凸台，与底座的沉孔四边尺寸配合，凸台高度小于沉孔深度，所述可视化夹持座1和观察座6对齐，观察盖61的凸台能放入底座11的沉孔并形成空腔，并通过螺栓连接，从下到上依次叠加放置底座密封用硅胶片2、岩心玻璃片3、观察玻璃片4、观察盖密封用硅胶片5。所述观察盖密封用硅胶片5为王字形硅胶薄片，底座密封用硅胶片4为工字形硅胶薄片，可以使其在完成密封的情况下，不会影响螺栓连接，两个硅胶片确保整个空腔内部与外界为密封状态。

所述岩心玻璃片3上表面刻有流道，中部设有岩心薄片放置处，岩心薄片的厚度能让显微镜进行观察，岩心玻璃片3上表面与观察玻璃片4下表面贴合。

如图4所示，所述2个入口管道14之间和2个出口管道15外端设有螺纹段，螺纹段设有配套的丝堵和快速接头。如图5所示，2个入口管道之间和2个出口管道之间均设有导流槽16，导流槽16位于正方形沉孔内壁壁面上。如图2所示，所述入口管道14和出口管道15均连接岩心玻璃片3和观察玻璃片4之间的微观通道。

如图17所示，高温微观可视化物理模拟夹持模型在实验过程中，需要将其翻面，观察座6位于下方，可视化夹持座1位于上方，此时光源10发出的光线从下往上照射，观察座6的圆孔锥形段可以起到聚光的作用，使用显微镜9从可视化夹持座1的圆孔上方观察微观通道中的实验情况。

采用云母片作为加热元件，是利用云母片良好的绝缘性能和其耐高温性能，具有加热均匀，更能贴近被加热物体，保证加热的快速和可控性。以云母片为骨架和绝缘层，辅以镀锌板或不锈钢板等材料作支持保护，可做成板状、片状、圆柱状、圆锥状、筒状、圆圈状等各种形状的加热器件；且云母片具有加工简单，工作可靠，使用方便，升温迅速，热效率高，耗电量小，使用寿命长，制作不受型号和规格大小的限制等优点。

本发明所提供的一种高温微观可视化物理模拟夹持模型，其具体组装和进行实验的步骤如下：

1)将可视化夹持座1和观察座6内部零件分别组装好，裁剪底座密封用硅胶片2为工字形，其中部宽度略大于正方形沉孔，如图14所示，并将其放入已经安装好的可视化夹持座1中，此时底座密封用硅胶片2边缘部分会冒出，剪去其与2#导热片接触部分上部超过2mm的部分，使其完全适应沉孔，且不堵塞入口管道14和出口管道15；

2)用拭镜纸擦拭干净后，将岩心薄片放入岩心玻璃片4中，将观察玻璃片5与岩心玻璃片4凹槽面紧密贴合，使微观通道位于两块玻璃片之间，并驱赶排空其中的气体，形成组合玻片；

3)将贴合的组合玻片按照岩心玻璃片4在下的方向放入可视化夹持座1并压紧；

4)如图10所示，将观察盖密封用胶垫片5放入可视化夹持座1上表面，注意不要挡住螺纹孔，合上观察座6，将凸台压入到沉孔中，由于观察盖密封用胶垫片5也被压入并变形，因此，拧紧观察座6和可视化夹持座1四周的螺栓8，在拧紧过程中需注意平稳合紧，避免压碎组合玻片，同时使光晕形状规则并居于组合玻片中心；

5)拧紧夹持模型两端的丝堵，观察夹持模型的入口管道14与出口管道15是否通畅，若发生堵塞，用针或者其他工具将其疏通后再拧紧；

6)夹持模型左右两侧的入口管道24和出口管道25，每侧各连接一个丝堵和一个快速接头；

7)连接空气压缩机，将夹持模型放入水盆中，打开压缩机，连接快速接头，观察出口管道15的快速接头是否有连续气泡冒出，若没有，检查入口管道14和出口管道15是否气密性良好；若有连续气泡冒出，用手堵住出口管道15的快速接头，观察组合玻片是否发生气窜现象，若有气窜，说明夹持模型没有拧紧，需要重新拧紧；

8)将夹持模型取出，立即擦干，再关闭压缩机开关，避免倒吸。

如图5所示，是模型内部导流槽16，导流槽16的两个接口分别连接1#入口管道14-1、2#入口管道14-2。

夹持模型内部的组合玻片虽然与两个胶垫片贴合紧密，但不可避免的仍留有间隙，如不排空则会严重影响实验准确性，间隙中留有空气则会出现贾敏效应，如残存液态流体则会在驱替另一流体时出现两种流体混入的现象。所以在饱和水、饱和油、水驱油等过程中都需用到导流槽16的排空功能，以饱和水过程为例，首先，连接驱替流程，再同时打开的入口管道14的1#入口管道14-1、2#入口管道14-2，1#入口管道14-1接有快速接头，接入驱替流程；用丝堵封住对面的两个出口管道15；由于出口管道15被封，不能和1#入口管道14-1形成压差，饱和水会沿着导流槽16从2#入口管道14-2流出，待2#入口管道14-1流出1～2滴水时，用丝堵封堵住2#入口管道14-2，然后重新打开两个出口管道15。连接2个出口管道15的导流槽16，其工作原理与前述内容相同。

本发明通过将云母加热板和可视化微观模型加持器相结合，可以更有效的模拟地下温度条件下流体的流动，为获得更直观的多层砂岩油藏水驱油渗流特征和机理，提供可靠的保障，在真实岩心样本的实验中，由于在真实岩心的流道中，原油更容易发生结蜡造成流道堵塞，因此采用云母片双面加热，能更好的实现防止结蜡的功能，为进一步结合实际油藏地质特征，开展不同注水/注气方式、注入速度的驱油实验，研究在不同方式和条件下外来流体驱油过程中的原油运动分布特征和状态，提供更加大范围的观测空间和允许模拟的尺寸。指导人们进一步研究适合目标油藏提高石油采收率的方法和技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明并不局限于上述方式，在不脱离本发明原理的前提下，还能进一步改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。