[发明专利]一种纳米通道内可压缩流体的相态测试装置及其测试方法

说明书

本发明提供一种纳米通道内可压缩流体的相态测试装置及其测试方法，第一六通阀分别连接实验气体气瓶、第一压力传感器、第二六通阀以及中间容器；中间容器另一端连接高精度流量泵；第二六通阀分别连接高温高压仓、第二压力传感器、氮气气瓶以及真空泵；高温高压仓设有进液管线、出液管线以及围压流体注入口；进液管线一端与微流体芯片的入口端相连，另一端与通过第一压力传感器与第一六通阀连接；出液管线与第二六通阀连接；数字化采集系统分别与第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器以及成像系统连接。本发明解决了压力表无法准确测量纳米通道中可压缩流体的压力这一难题，可以直接测试纳米通道中流体的相态变化时温度压力。

技术领域

本发明属于纳米孔隙流体相态实验技术领域，具体涉及一种纳米通道内可压缩流体的相态测试装置及其测试方法。

背景技术

全球常规油气由于多年的开采，可采储量逐渐减减少。因此，致密油气藏资源越来越受到人们的重视。中国的致密油气藏资源量巨大，发展潜力远大于常规天然气。研究表明，我国的致密油气和页岩气可采资源总量约为20-35×10¹²m³。致密油气藏虽然储量巨大，分布广泛，但是发育大量的纳米级孔隙，孔径大多集中在5-750nm，20-40％的孔径小于10nm。在致密油气藏的开发过程中，明确流体的相态行为至关重要。常用的做法是将流体放入PVT筒中进行PVT实验。然而，在致密储层如此小的孔道半径下，很多常规大孔隙中的相态理论并不符合纳米级孔隙。在纳米孔隙中，流体与岩石的相互作用十分强烈，这可能导致流体相态的显著偏差。目前，大多数关于纳米孔隙流体相态的研究是基于热动力学，流体力学和分子模拟学等。然而，能够进行纳米尺度的相态实验系统非常少。这在很大程度上是由于创建具有代表性的纳米几何结构和精确探测内部流体相态的挑战。微流体装置是研究微观流体流动的一种重要装置，它使在微观尺度上流体的流动可视化成为可能。应用纳米级别微流体芯片是研究纳米尺度流体相态的一种方法。利用刻蚀纳米孔的芯片进行纳米孔流体相态实验研究，可以观察测试到纳米中孔流体相态与宏观尺度流体相态的差异。最近，纳米级别微流体芯片已被用于研究烃类流体混合物的相态变化。但是，由于纳米通道与压力传感器和管线相比，体积十分微小，气体又有很强的可压缩性。因此，在使用压力传感器检测纳米通道中气相的压力时，只能测得管线内气体与纳米通道气体完全混合平衡后的压力。这将花费特别长的试验时间仍无法准确测定纳米孔隙中气相的压力。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种一种纳米通道内可压缩流体的相态测试装置及其测试方法，利用微流体芯片，观察和测量纳米通道中流体相态。采用本方法可以直接观测到纳米通道中流体的相态变化，测试纳米通道中流体在不同温度条件下的泡点压力或者不同压力条件下的泡点温度。

一种纳米通道内可压缩流体的相态测试装置，包括：微流体芯片、高温高压仓、成像系统、数字化采集系统、高精度流量泵、真空泵、高压气瓶以及管线系统；

所述的数字化采集系统包括第一压力传感器、第二压力传感器和温度传感器；所述的高压气瓶包括实验气体气瓶和氮气气瓶；所述的管线系统包括第一六通阀、第二六通阀以及若干条管线；

所述的第一六通阀不同的接口上分别连接实验气体气瓶、第一压力传感器、第二六通阀以及中间容器；所述的中间容器另一端连接高精度流量泵；

所述的第二六通阀不同接口上分别连接高温高压仓、第二压力传感器、氮气气瓶以及真空泵；

所述的高温高压仓设有进液管线、出液管线以及围压流体注入口；所述的进液管线一端与微流体芯片的入口端相连，另一端与通过第一压力传感器与第一六通阀连接；所述的出液管线与第二六通阀连接；

所述的成像系统置于高温高压仓视窗外侧；

所述的数字化采集系统分别与第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器以及成像系统连接。