1.一种黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置,其特征在于:这种黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置包括微视场粒子图像测速系统(1)、二维网状微观仿真模型(2)、荧光显微镜(3)、微量计量泵(6)、采集器(12)、数据图形工作站(11),荧光显微镜(3)侧身接口相连于CCD相机(4),与油/水容器(7)相接的盐水容器(8)、聚合物溶液容器(9)、合成油容器(10)并联连接于微量计量泵(6)和二维网状微观仿真模型(2)的入口(17)之间,二维网状微观仿真模型(2)设置有入口压力传感器(5)和出口压力传感器(16),二维网状微观仿真模型(2)设置在荧光显微镜(3)的载物台(13)上,微视场粒子图像测速系统(1)的导光臂(14)处于二维网状微观仿真模型(2)的正上方;微视场粒子图像测速系统(1)、荧光显微镜(3)、入口压力传感器(5)、出口压力传感器(16)均连接数据图形工作站(11);
二维网状微观仿真模型包括模型主体和承压盖玻片,承压盖玻片为透明的,承压盖玻片盖在模型主体上,模型主体为有机玻璃刻蚀成的二维网状体,模型主体的一端设置有入口(17),入口(17)与模型主体内的入口汇流腔(18)连通,入口汇流腔(18)与多个入口流道(19)相通;模型主体形成一系列定边长的方形网格(20)以模拟“孔隙”、一系列随机宽度的孔道(21)以模拟“喉道”,其中任意一个方形网格(20)均和相邻的孔道(21)相连通构成二维网状系列流道,且任意一个方形网格(20)和任意一个孔道(21)均与入口流道(19)呈45°角设计,起始端的方形网格(20)与相应的入口流道(19)相连通,末端的方形网格(20)与相应的出口流道(22)相连通,出口流道(22)与入口流道(19)一一对应,各个出口流道(22)均与出口汇流腔(23)相通,出口汇流腔(23)连接出口(24)。
2.根据权利要求1所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置,其特征在于:所述的模型主体平面宽度以等间距布置刻蚀出喉道半径1.5倍数量的流道进行设计,平面长度为平面宽度的3~4倍;“孔隙”和“喉道”构成的二维网状系列流道的深度在98-102µm之间。
3.根据权利要求2所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置,其特征在于:所述的微视场粒子图像测速系统(1)的导光臂(14)为万向调节式导光臂,微视场粒子图像测速系统(1)在150µm×150µm区域内拍摄成像; CCD相机(4)的拍摄方向垂直于微视场粒子图像测速系统(1)形成的脉冲片光源,荧光显微镜(3)与CCD相机(4)的组合系统构成显微成像单元。
4.一种权利要求3所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法,其特征在于:这种黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法包括:(一)基于常规手段获取二维网状微观仿真模型的几何参数:横截面积 、特征长度 ;
孔渗参数:绝对渗透率 、孔隙度 ;
(二)聚合物溶液在多孔介质中剪切流特征参数关联:通过反演幂律流体渗流达西方程对剪切流特征参数进行关联,其中流量或流速与剪切速率的关联式为:
压力梯度与表观黏度的关联式为:
-1 3 2
上式中: 为表观剪切速率,s ; 为流量,m /s; 为模型横截面积,m ; 为模型绝对渗透率,m2; 为模型孔隙度,%; 为常数,从聚合物溶液的流变图得到,取值在1~15之间,取为定值2; 为表观黏度,Pa.s; 为压力梯度,Pa/m;
反映流体非线性特性及其粘滞耗散关系的雷诺数分布则按下式确定:
式中, 为流动雷诺数; 为流速,m/s, 为流动特征长度,m;为运动黏度,m2/s;
由此完成对聚合物溶液在多孔介质中剪切流特征参数的关联;
(三)多孔介质低雷诺数单相渗流:将示踪粒子加入所制备一定分子量、一定浓度的聚合物溶液中,通过微量计量泵(6)调整较宽的流量或流速范围,从低流量或流速到高流量或流速在外置非接触式测量单元的二维网状微观仿真模型(2)上进行聚合物溶液的单相微观渗流,在每种流量或流速下,利用与微视场粒子图像测速系统(1)的显微成像单元实现对微视场的拍摄成像,在取得不同放大倍数下微视场流动脉线的同时,通过对比各流量或流速下微视场的流动脉线分布,直观再现各雷诺数下聚合物溶液在不同时间和空间尺度上的“混乱”和“扰动”效应,识别孔隙介质中弹性湍流的存在及其与雷诺数的对应关系,定性描述弹性湍流的特性;通过数据图形工作站(11)对图像矩阵进行自相关或互相关运算,获取伴随聚合物溶液运动的示踪粒子速度,定量反映弹性湍流流场特性;
同时,利用二维网状微观仿真模型(2)入口压力传感器(5)、出口压力传感器(16),在各流量或流速单相渗流中采集压力,建立压力梯度关于流量或流速的函数关系,基于步骤(二),建立雷诺数 与表观黏度 之间的关系,或建立表观剪切速率 与表观黏度之间的关系,结合所获微视场流动脉线分布特征及示踪粒子速度波动幅度与表观黏度 发生变化之间的对应性,建立湍流形成时机与多孔介质中聚合物溶液“表观增稠”行为出现的联系;
(四)重复步骤(三),测定另一分子量、浓度聚合物溶液单相在多孔介质中的弹性湍流特性;
(五)重复步骤(三),测定参比物纯黏性黄原胶的流动脉线和流场速度,对比单相渗流中与相同零剪切黏度黏弹性聚合物在不同时间、空间尺度上“混乱”与“扰动”效应上的差别,完成低雷诺数下聚合物溶液在多孔介质中的单相渗流。
5.根据权利要求4所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法,其特征在于:所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法还包括:步骤(六)多孔介质低雷诺数两相渗流:对二维网状微观仿真模型(2)饱和油,制备一定分子量、一定浓度的聚合物溶液,利用微量计量泵(6)以步骤(三)单相渗流中宽流量或流速范围下所识别弹性湍流对应雷诺数下的窄流量或流速范围,从相对低流量或流速到相对高流量或流速在外置非接触式测量单元的二维网状微观仿真模型(2)上进行聚合物溶液-油的两相微观渗流,获取微视场的流动脉线图像,通过两相渗流中多孔介质微视场内油珠颜色及形态的反馈来识别油相存在时聚合物溶液的流动稳定性,证实湍流流态的产生,建立流态转变与雷诺数的对应关系,进一步描述弹性湍流流场特性;
(七)重复步骤(六),测定另一分子量、浓度聚合物溶液与油两相在多孔介质中的弹性湍流特性;
(八)重复步骤(六),进行参比物纯黏性黄原胶与油两相微观渗流,对比在不同时间和空间尺度上的“混乱”和“扰动”效应差别,完成低雷诺数下聚合物溶液在多孔介质中的两相渗流。
6.根据权利要求5所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法,其特征在于:所述的多孔介质低雷诺数单相渗流中,通过甲醇和盐水交替来对微观仿真模型进行预冲洗而避免流动过程产生起泡;向聚合物溶液中加入的示踪粒子为平均粒径1µm的聚苯乙烯粒子。
7.根据权利要求6所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法,其特征在于:所述的多孔介质低雷诺数单相渗流中,微量计量泵流量或流速的调整范围在5µL/min~80µL/min,并按3~5µL/min的流量或流速增加间隔。
8.根据权利要求7所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法,其特征在于:所述的多孔介质低雷诺数两相渗流中,通过甲醇和盐水交替来对微观仿真模型进行预冲洗而避免流动过程产生起泡,还通过硅油和盐水混合对微观仿真模型进行润湿性预处理,以形成斑状润湿,构建与油藏孔隙介质更具近似的表面特性。
9.根据权利要求8所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法,其特征在于:所述的多孔介质低雷诺数两相渗流中,二维网状微观仿真模型(2)孔隙中饱和油相介质为浅色的中、低粘合成油,并利用油溶红egn对其进行染色。
10.根据权利要求9所述的黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法,其特征在于:所述的多孔介质低雷诺数单相及两相渗流中,制备聚合物溶液为黏弹性HPAM和用于参比的、具有相同零剪切黏度的纯黏性黄原胶,所有聚合物溶液在注入前都进行充分的助溶和多级过滤预处理。