[發明專利]一種測量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310674277.8
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103674721A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 姚傳進;雷光倫;程明明
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 李貴蘭

1.一種測量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置，其特征在于：包括微量泵、閥門、中間容器、過濾器、壓力傳感器、第一毛細管連接器、第二毛細管連接器、等徑毛細管、產液收集器、計算機、三維視頻顯微鏡、熱水循環加熱器和恒溫循環水浴，所述微量泵通過管線和閥門依次與中間容器、過濾器、壓力傳感器、第一毛細管連接器、第二毛細管連接器和產液收集器相連；所述第一毛細管連接器和第二毛細管連接器之間連接有等徑毛細管，連接處用聚酰亞胺密封樹脂進行密封；所述壓力傳感器通過第一數據線與計算機相連；所述三維視頻顯微鏡置于第一毛細管連接器和第二毛細管連接器和等徑毛細管的上方，所述三維視頻顯微鏡通過第二數據線與計算機相連；所述熱水循環加熱器置于第一毛細管連接器、第二毛細管連接器和等徑毛細管的下面，所述熱水循環加熱器上設置有進水管和出水管與恒溫循環水浴相連。

2.根據權利要求1所述的一種測量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置，其特征在于：所述微量泵流速的可調范圍為0.001～1200mL/h；所述中間容器用于存放待測樣品；所述第一毛細管連接器和第二毛細管連接器的長度為10.0mm，外徑為2.00±0.50mm，內徑為0.250±0.050mm；所述等徑毛細管的長度為5.0mm，外徑為0.250±0.010mm，內徑為0.025±0.003mm；所述壓力傳感器的測量精度為0.001kPa，采集頻率為5次/s；所述三維視頻顯微鏡內配套設置有圖像采集分析軟件用以錄像和對長度進行測量，錄像速度上限為360幀/s，長度測量精度為0.001μm；所述恒溫循環水浴能控制第一毛細管連接器、第二毛細管連接器和等徑毛細管中流體的溫度。

3.根據權利要求1所述的一種測量孔喉尺度彈性微球彈性模量的裝置，其特征在于：利用上述裝置測量孔喉尺度彈性微球彈性模量的方法包括以下步驟：

(1)利用三維視頻顯微鏡的長度測量功能測量等徑毛細管的內徑d；

(2)用礦化度為C_s的NaCl溶液配制質量濃度為c的孔喉尺度彈性微球懸浮液，并置于中間容器中；

(3)設定恒溫循環水浴溫度t和平流泵流速v，驅替中間容器中的孔喉尺度彈性微球懸浮液，經過濾器、壓力傳感器進入毛細管連接器和等徑毛細管中；

(4)利用三維視頻顯微鏡的錄像功能記錄單個孔喉尺度彈性微球流經毛細管連接器和等徑毛細管過程中的微觀動態圖像；

(5)與步驟(4)同時，利用壓力傳感器記錄步驟(4)所述的單個孔喉尺度彈性微球流經毛細管連接器和等徑毛細管過程中，毛細管連接器兩端的最大壓力降ΔP；

(6)利用三維視頻顯微鏡的長度測量功能測量步驟(4)所述的單個孔喉尺度彈性微球的原始直徑D；

(7)當孔喉尺度彈性微球的直徑D大于等徑毛細管的內徑d時，孔喉尺度彈性微球在等徑毛細管的入口處堵塞，產生附加流動阻力，當注入壓力升高到一定值時，孔喉尺度彈性微球發生彈性變形，逐漸進入等徑毛細管中；當孔喉尺度彈性微球完全進入等徑毛細管中時，孔喉尺度彈性微球的彈性變形率達到最大值，此時的附加流動阻力也達到最大值；根據胡克定律，ΔP_m表示為：

ΔP_m＝E·ε??(1)

式中：ΔP_m為孔喉尺度彈性微球完全進入等徑毛細管中時所產生的附加流動阻力，kPa；E為孔喉尺度彈性微球的彈性模量，kPa；ε為孔喉尺度彈性微球的最大彈性變形率，無因次；

孔喉尺度彈性微球的最大彈性變形率用孔喉尺度彈性微球的最大截面形變率來描述，即：

ϵ=ΔSS=πD24-πd24πD24=1-d2D2,(D>d)---(2)]]>

式中：ΔS為孔喉尺度彈性微球的最大截面變化量，μm²；S為孔喉尺度彈性微球的原始截面積，μm²；D為孔喉尺度彈性微球的原始直徑，μm；d為等徑毛細管的內徑，μm；

在較低的流速條件下，將孔喉尺度彈性微球在等徑毛細管中的流動看作層流，則單個孔喉尺度彈性微球流經毛細管連接器和等徑毛細管過程中，毛細管連接器兩端的最大壓力降ΔP可表示為：

ΔP=ΔP_l+ΔP_m??(3)

式中：ΔP_l為毛細管連接器和等徑毛細管中液體粘性流動引起的沿程壓力降，Pa；

記對某一特定的流速，毛細管連接器和等徑毛細管中液體粘性流動引起的沿程壓力降近似看作常數，即ΔP_l=C，則公式(1)可變換為：

Y=EX+C??(4)

根據實際測得的d、D、ΔP數據，繪制Y～X的關系曲線，其形成直線的斜率即為溫度t和礦化度C_s條件下孔喉尺度彈性微球的彈性模量E，直線的截距為流速v條件下毛細管連接器和等徑毛細管中液體粘性流動引起的沿程壓力降ΔP_l。