[發明專利]一種微米毛細管氣液動態相界面測試系統

有效

• 申請號: 201810875914.0
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109100485B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 雷達;林緬;江文濱;曹高輝;徐志朋;李曹雄;姬莉莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 11390 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡劍輝<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明提供了一種微米毛細管氣液動態相界面測試系統，本發明利用動態測試裝置通過圖像處理算法來確定相界面的移動速度，進而利用該速度通過電機來調整移動座的速度，使微流動芯片隨相界面運動方向一直做相應移動，從而使相界面相應保持在攝像單元的觀察視野中，為實現低毛管數、低邦德數狀態下的動態接觸角測量提供了測量基礎，極大提高了數據處理的效率及測量精度。

技術領域

本發明涉及石油強化開采領域，特別是涉及用于測量微米毛細管中氣液動態驅替過程中能夠通過控制微流動芯片的移動速度和方向來使相界面自動位于觀察視野范圍內的微米毛細管氣液動態相界面測試系統。

背景技術

單個微米尺度的毛細管中的兩相驅替機理是自然環境多孔介質內的兩相驅替的基礎，多孔介質中的兩相驅替發生在眾多的工業或自然過程中，比如致密油藏的水驅氣、溶解氣驅、水驅油等過程，獲取上述工業條件下的動態接觸角信息對于評估整個多孔介質內兩相驅替過程至關重要。

現有技術中已有很多實驗實現了在直徑為毫米級的毛細管中測量動態接觸角的方案。其中為了觀察到接觸角，需要采用高倍數的顯微鏡獲得放大的圖像，也就意味著觀察的視野小。然而動態的驅替過程意味著相界面會移動一定的距離，因此高倍數的顯微鏡無法觀察到相界面的運動過程。

如果采用低倍數的顯微鏡進行觀察，可以觀察到相界面位置的變化，卻無法觀察到相界面，也就無法直接測量接觸角。

綜上所述，需要一種既可觀察到相界面的運動過程，又可以精確觀察到相相界面細節的動態測試系統。

發明內容

本發明的目的是要提供一種能夠方便觀察至微米毛細管內氣液動態相界面的測試系統。

特別地，本發明提供一種微米毛細管氣液動態相界面測試系統，包括：

微流動芯片，用于供測試液體通過，設置有微米毛細管通道；

壓力控制管路，包括通過管路與所述微流動芯片連接的注射泵，在管路上安裝有檢測壓力的壓力傳感器；

移動平臺，包括作為支撐的基座，和安裝在基座上的絲杠，通過螺紋套在絲杠上沿直線移動的移動座，驅動絲杠轉動的電機，所述微流動芯片安裝在移動座上；

攝像單元，設置在所述微流動芯片的上方，用于獲取測試液體的相界面圖像并輸出；

控制系統，根據所述壓力傳感器的信息控制所述注射泵的注射過程，同時控制所述電機使所述微流動芯片的水平移動速度與所述微流動芯片內的測試液體移動速度相同且方向相反，控制所述電機的步驟如下：

設所述移動座的速度為v，根據：

n＝f/k

其中，n為電機的轉速，f為控制系統發出的脈沖信號頻率，k為轉頻比；則：

v＝L_pn

L_p為已知絲杠的螺距；根據實時顯微圖像判斷得到相界面的運動方向及速度后，通過得到的移動座速度v反推出電機轉速后即可控制所述微流動芯片同步相反移動，以使測試液體形成的相界面始終保持在所述攝像單元的視野范圍內。

在本發明的一個實施方式中，還包括反推相界面的位移和速度的過程，過程如下：設所述移動座從0時刻到t時刻的位移為s，根據位移公式：

控制從時刻0開始，每隔Δt的時間間隔記錄移動座的速度v_i，i＝1,2,3…m，到時刻t時總共記錄了m個速度數據，則該式可以離散成：