專利名稱：多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)裝置，特別是多功能的多孔介質(zhì)多相流相對(duì)滲透率與飽和度曲線測(cè)定及流型觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)裝置，屬于地下水探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多孔介質(zhì)是指含有大量孔隙的固體。也就是說(shuō)，是指固體材料中含有孔隙、微裂縫等各種類型毛細(xì)管體系的介質(zhì)。多孔介質(zhì)多相流是指以多孔介質(zhì)為固相，其它相可以是氣相或者液相的流動(dòng)過(guò)程，例如，對(duì)于非飽和多孔介質(zhì)滲流過(guò)程，通常是多孔介質(zhì)為固相，水為液相，空氣為氣相的多孔介質(zhì)多相滲流過(guò)程。相對(duì)滲透率是指在兩種不可混溶流體同時(shí)通過(guò)多孔介質(zhì)的流動(dòng)過(guò)程中，一相流體在其某一飽和度下的滲透率與多孔介質(zhì)固有的絕對(duì)滲透率的比值。多孔介質(zhì)多相流相對(duì)滲透率與飽和度曲線(以下簡(jiǎn)稱相對(duì)滲透率曲線)是指某一流體在不同飽和度下與該流體的相對(duì)滲透率關(guān)系。相對(duì)滲透率曲線是多相滲流的一個(gè)重要特性，是油田開(kāi)發(fā)、地下水污染冶理中的重要關(guān)系曲線。在多孔介質(zhì)多相流的流動(dòng)過(guò)程中，其流型表現(xiàn)形式通常與多孔介質(zhì)、流體自身特性有關(guān)，因此其表現(xiàn)形式是多種多樣的。 如何在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有效控制與流型表現(xiàn)形式相關(guān)的特性以及觀測(cè)是十分重要的問(wèn)題，解決該問(wèn)題可以更客觀地了解多孔介質(zhì)多相流動(dòng)的機(jī)理。目前，國(guó)內(nèi)外在多孔介質(zhì)多相流相對(duì)滲透率與飽和度曲線關(guān)系研究領(lǐng)域，開(kāi)展了較多機(jī)理方面研究，部分實(shí)驗(yàn)研究只針對(duì)特定介質(zhì)。因此，開(kāi)發(fā)一種多功能的多孔介質(zhì)多相流相對(duì)滲透率與飽和度曲線測(cè)定及流型觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)裝置具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能多，數(shù)字化測(cè)定多孔介質(zhì)多相流相對(duì)滲透率與飽和度曲線及流型觀測(cè)的一種多功能實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，包括圖像采集系統(tǒng)、流速控制系統(tǒng)以及多功能人工平面多孔介質(zhì)模型，其中
圖像采集系統(tǒng)，用于采集多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的流型并存儲(chǔ)； 流速控制系統(tǒng)，用于控制供給多功能人工平面多孔介質(zhì)模型中液相和/或氣相的注入速率比；
多功能人工平面多孔介質(zhì)模型，用于向圖像采集系統(tǒng)提供流型采集狀態(tài)，并通過(guò)導(dǎo)流管與流速控制系統(tǒng)相連。所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，所述多功能人工平面多孔介質(zhì)模型，包括兩層有機(jī)玻璃板以及壓設(shè)于該兩層有機(jī)玻璃板之間的缺口鋼制框架，所述鋼制框架的中間呈缺口設(shè)置，且鋼制框架的中間缺口與前述兩層有機(jī)玻璃板圍接而成的腔體內(nèi)密封充填多孔介質(zhì)；所述腔體分別開(kāi)設(shè)與導(dǎo)流管連接的流體進(jìn)口和流體出口。
所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，所述兩層有機(jī)玻璃板外側(cè)設(shè)置鋼制框架，通過(guò)緊固裝置將鋼制框架、有機(jī)玻璃板以及中間缺口鋼制框架三者固定連接。所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，所述緊固裝置為螺栓或者螺釘。所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，缺口鋼制框架厚度廣2cm，進(jìn)口和出口半徑為0. 5cm。所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，圖像采集系統(tǒng)包括CCD照相機(jī)、計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器、照明燈，C⑶照相機(jī)與計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器相連，照明燈被安置在多功能人工平面多孔介質(zhì)模型上方和下方。所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，流速控制系統(tǒng)包括通過(guò)液相和/或氣相儲(chǔ)備箱將不同液體或者氣體分別供給多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的蠕動(dòng)泵， 蠕動(dòng)泵與多功能人工平面多孔介質(zhì)模型之間分別設(shè)置閥門。所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的進(jìn)口和出口端分別設(shè)置一號(hào)測(cè)壓管和二號(hào)測(cè)壓管，二號(hào)測(cè)壓管的一端與多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的出口端之間設(shè)置閥門，二號(hào)測(cè)壓管另一端與收集器相連。所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，所述儲(chǔ)備箱(9，10)中分別儲(chǔ)備油和水，所述油和/或水中添加顏色指示劑。本發(fā)明的有益效果是在流速控制系統(tǒng)啟動(dòng)后，計(jì)算機(jī)內(nèi)部計(jì)時(shí)系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)，圖像采集系統(tǒng)開(kāi)啟準(zhǔn)備采集狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了較好的數(shù)字化信息采集和圖像采集；多功能人工平面多孔介質(zhì)模型兩層有機(jī)玻璃板的設(shè)計(jì)，以保證圖像采集系統(tǒng)觀測(cè)流型及觀測(cè)方便；本實(shí)驗(yàn)裝置流速控制系統(tǒng)中使用的是恒流量泵，通過(guò)設(shè)定蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速可以保證恒定的流量注入多功能人工平面多孔介質(zhì)模型；本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是有一種有機(jī)溶劑蘇丹紅3號(hào)將油染成紅色，以便區(qū)別水和油的流型；本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是多功能人工平面多孔介質(zhì)模型組合形式多樣，可填充多種多孔介質(zhì)，例如，多孔介質(zhì)可以是原狀土、砂，可以是人工的，也可是自然相對(duì)規(guī)則的介質(zhì)。


圖1為本發(fā)明多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置中多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的側(cè)視圖3為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置中多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的俯視圖。圖中1，多功能人工平面多孔介質(zhì)模型；2，C⑶照相機(jī)；3，計(jì)算機(jī)；4，監(jiān)視器；5， 收集器；6,照明燈；7，8，蠕動(dòng)泵；9，儲(chǔ)油箱；10,儲(chǔ)水箱；11，12，13，16，閥門；14，一號(hào)測(cè)壓管；15，二號(hào)測(cè)壓管；17，緊固裝置；18，鋼制框架；19，有機(jī)玻璃板；20，缺口鋼制框架。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步闡述。圖1本發(fā)明由多功能人工平面多孔介質(zhì)模型1、(XD照相機(jī)2、計(jì)算機(jī)3、監(jiān)視器4、 收集器5、兩臺(tái)同型號(hào)泵頭的蠕動(dòng)泵7、8。儲(chǔ)油箱9、儲(chǔ)水箱10分別通過(guò)兩臺(tái)蠕動(dòng)泵為多功能人工平面多孔介質(zhì)模型提供油、水。在兩臺(tái)蠕動(dòng)泵與多功能人工平面多孔介質(zhì)模型之間，分別設(shè)有閥門11，12，13、16。為測(cè)定多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的水頭，分別在多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的進(jìn)口和出口安裝測(cè)壓管14、15，以對(duì)應(yīng)地測(cè)出多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的進(jìn)口壓力和出口壓力。圖2是多功能人工平面多孔介質(zhì)模型側(cè)視圖。多功能人工平面多孔介質(zhì)模型，包括三層鋼制框架18、兩層有機(jī)玻璃板19，鋼制框架的中間層為缺口鋼制框架20，有機(jī)玻璃板19分別設(shè)置在缺口鋼制框架20兩側(cè)框架間隙內(nèi)，鋼制框架與有機(jī)玻璃接觸處設(shè)有密封裝置，最頂層與最底層鋼制框架通過(guò)緊固裝置17相連，中間缺口鋼制框架兩側(cè)分別設(shè)置與導(dǎo)流管連接的進(jìn)口和出口。所述緊固裝置17為螺栓或者螺釘。圖3是多功能人工平面多孔介質(zhì)模型俯視圖。在18處，為多功能人工平面多孔介質(zhì)模型鋼制框架。三層鋼制框架和兩層有機(jī)玻璃板通過(guò)緊固裝置17固定，測(cè)壓管分別由 14、15處的三通管相聯(lián)，在測(cè)壓管15后面設(shè)置閥門16。實(shí)施時(shí)，先將多功能人工平面多孔介質(zhì)模型1填入介質(zhì)并密封，然后同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)蠕動(dòng)泵7、8，打開(kāi)閥門11，12，13，油和水分別由儲(chǔ)備箱9、10提供給兩臺(tái)蠕動(dòng)泵7、8，油和水進(jìn)經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入多功能人工平面多孔介質(zhì)模型1，再開(kāi)啟閥門16，通過(guò)CXD照相機(jī)2及監(jiān)視器4觀測(cè)流型，水頭壓力由多功能人工平面多孔介質(zhì)模型兩側(cè)的測(cè)壓管14、15測(cè)定。為保證采集圖像質(zhì)量，通過(guò)照明燈6照射多功能人工平面多孔介質(zhì)模型。以多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的多孔介質(zhì)被水飽和為例，水和被有機(jī)溶劑蘇丹紅3號(hào)染成紅色的油，分別由流速控制系統(tǒng)中的兩臺(tái)蠕動(dòng)泵同時(shí)提供給多功能人工平面多孔介質(zhì)模型。實(shí)施初期，由蠕動(dòng)泵分別控制油和水的注入速率，保證一定的注入速率比值， 油的注入速率由小到大，同時(shí)，水的注入速率相應(yīng)地由大到小改變。由于油和水的注入速率的不同，在多功能人工平面多孔介質(zhì)模型中所占比例也不同，即飽和度不同。在不同油和水注入速率比條件下，多功能人工平面多孔介質(zhì)模型兩側(cè)的測(cè)壓管水頭穩(wěn)定時(shí)，圖像采集系統(tǒng)采集圖像并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。不同注入速率比的條件下，相對(duì)滲透率可由推廣的達(dá)西定律得出，多功能人工平面多孔介質(zhì)模型中水的飽和度可由流速控制系統(tǒng)中蠕動(dòng)泵供給量及液體收集器收集量相減得出，據(jù)此完成相對(duì)滲透率與飽和度曲線的測(cè)定及流型的觀測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括圖像采集系統(tǒng)、流速控制系統(tǒng)以及多功能人工平面多孔介質(zhì)模型，其中圖像采集系統(tǒng)，用于采集多功能人工平面多孔介質(zhì)模型(1)的流型并存儲(chǔ)；流速控制系統(tǒng)，用于控制供給多功能人工平面多孔介質(zhì)模型(1)中液相和/或氣相的注入速率比；多功能人工平面多孔介質(zhì)模型(1 )，用于向圖像采集系統(tǒng)提供流型采集狀態(tài)，并通過(guò)導(dǎo)流管與流速控制系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 所述多功能人工平面多孔介質(zhì)模型，包括兩層有機(jī)玻璃板(19)以及壓設(shè)于該兩層有機(jī)玻璃板之間的缺口鋼制框架(20)，所述鋼制框架的中間呈缺口設(shè)置，且鋼制框架的中間缺口與前述兩層有機(jī)玻璃板圍接而成的腔體內(nèi)密封充填多孔介質(zhì)；所述腔體分別開(kāi)設(shè)與導(dǎo)流管連接的流體進(jìn)口和流體出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 所述兩層有機(jī)玻璃板(19)外側(cè)設(shè)置鋼制框架(18)，通過(guò)緊固裝置(17)將鋼制框架(18)、有機(jī)玻璃板(19)以及中間缺口鋼制框架(20)三者固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 所述緊固裝置(17)為螺栓或者螺釘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 缺口鋼制框架厚度廣2cm，進(jìn)口和出口半徑為0. 5cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 圖像采集系統(tǒng)包括CXD照相機(jī)(2)、計(jì)算機(jī)(3)、監(jiān)視器(4)、照明燈(6)，CXD照相機(jī)與計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器相連，照明燈被安置在多功能人工平面多孔介質(zhì)模型(1)上方和下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 流速控制系統(tǒng)包括通過(guò)液相和/或氣相儲(chǔ)備箱(9，10)將不同液體或者氣體分別供給多功能人工平面多孔介質(zhì)模型(1)的蠕動(dòng)泵(7，8)，蠕動(dòng)泵與多功能人工平面多孔介質(zhì)模型之間分別設(shè)置閥門(11，13)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 多功能人工平面多孔介質(zhì)模型(1)的進(jìn)口和出口端分別設(shè)置一號(hào)測(cè)壓管(14)和二號(hào)測(cè)壓管(15)，二號(hào)測(cè)壓管(15)的一端與多功能人工平面多孔介質(zhì)模型的出口端之間設(shè)置閥門 (16)，二號(hào)測(cè)壓管(15)另一端與收集器(5)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述多孔介質(zhì)多相流曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于 所述儲(chǔ)備箱(9，10)中分別儲(chǔ)備油和水，所述油和/或水中添加顏色指示劑。
全文摘要
本發(fā)明是一種多功能(介質(zhì)可變)多相流相對(duì)滲透率與飽和度曲線測(cè)定及流型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。主要包話圖像采集系統(tǒng)、流速控制系統(tǒng)及人工平面多孔介質(zhì)模型。圖像采集系統(tǒng)由CCD照相機(jī)、計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器、照明燈組成；計(jì)時(shí)系統(tǒng)置于計(jì)算機(jī)內(nèi)；流速控制系統(tǒng)由兩臺(tái)同型號(hào)蠕動(dòng)泵、液體收集器、若干閥門及相應(yīng)控制程序組成。人工平面多孔介質(zhì)模型由三層鋼制框架、兩層有機(jī)玻璃板組成。兩層有機(jī)玻璃板與鋼制框架接觸處設(shè)有密封橡膠圈，最頂層與最底層剛制框架由螺栓相連并固定。中間一層鋼制框架左、右端進(jìn)、出口處設(shè)有濾網(wǎng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能多，主要解決以往實(shí)驗(yàn)裝置在測(cè)定多孔介質(zhì)相對(duì)滲透率與飽和度曲線時(shí)，無(wú)法觀測(cè)流型、難以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N15/08GK102410978SQ201110357949
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者周志芳, 李兆峰, 竇智, 蔡金龍, 談葉飛 申請(qǐng)人:河海大學(xué)