一种单泵控制的多相多流体注入系统技术方案

本发明专利技术属于动力工程及工程热物理中的多相流技术领域，提供了一种单泵控制多相流体注入的简易微观可视化系统。系统由注入驱动、微观可视化、数据采集组成，单泵控制多相流体注入方法利用类抽真空产生压差将流体吸入中间活塞容器，这种方法也可以推广到其他需要注入流体的实验系统中，不仅在常温常压下可以实施，在高温高压下也可以进行操作。本发明专利技术的系统除了能够实现微观尺度上多孔介质中多相流动驱替的可视化研究外，系统注入驱动部分只需要一台柱塞泵便可以实现多种流体的注入，同时不需要拆卸实验系统便可实现不同流体的吸入和注入，便于对实验系统进行清洗和干燥。不仅实验设计简单，操作方便，而且中间容器数量和实验造价均大大下降。

A Single Pump Controlled Multiphase and Multifluent Injection System

The invention belongs to the technical field of multiphase flow in power engineering and engineering thermophysics, and provides a simple microscopic visualization system for controlling multiphase fluid injection by a single pump. The system is composed of injection drive, micro-visualization and data acquisition. The single pump controlled multi-phase fluid injection method uses pressure difference generated by vacuum-like pumping to suck fluid into the piston container. This method can also be extended to other experimental systems requiring injection of fluid. It can be implemented not only at room temperature and pressure, but also at high temperature and pressure. In addition to the visualization of multi-phase flow displacement in micro-scale porous media, the injection driving part of the system needs only one plunger pump to realize the injection of multiple fluids, and the different fluids can be absorbed and injected without disassembling the experimental system, so as to facilitate the cleaning and drying of the experimental system. Not only is the experimental design simple and the operation convenient, but also the number of intermediate containers and the experimental cost are greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种单泵控制的多相多流体注入系统
本专利技术属于一级学科动力工程及工程热物理中的多相流
，涉及到单泵控制的多相多流体注入系统。
技术介绍
多孔介质中流体流动特性描述是科学和工程学科广泛关注的重点课题，能源、水利、化工、冶金等工业部门，以及气象、生物、航天等领域都有多相流动的问题。比如能源和环保中CO2地质封存、提高石油采收率，农业中水浸入土壤以及地热系统等。多孔介质中多相流研究对于理解地层中渗流问题是至关重要的，比如CO2地质封存能力，泄露风险以及封存效率等。尽管人们在上述相关领域已经开展了大量的研究并得出许多有意义的结果，但迄今并没有从根本上掌握多相流及其传递过程的基本规律及其数理描述方法，对上述基础科学问题开展研究非常必要。通过前期专利调研发现，目前已存在不少相关成熟专利，比如公开号为CN206205866U的中国专利，“一种微观可视化驱替模拟系统”，以及公开号为CN106437637A的中国专利，“高温高压二氧化碳驱稠油可视化微观实验装置及方法”。这些专利详细地介绍了在微观尺度上多相驱替原理，但在多相流体注入驱动部分并没有进行详细描述，或者该部分存在实验设计过于繁琐、仪器操作过于复杂、系统造价过于昂贵等缺点。此外，目前这些专利在流体注入部分只能针对特定研究对象，如若更换流体，比如对实验系统进行清洗或干燥时，则需要对系统进行拆卸，存在不便。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对实验室多孔介质中多相流体的研究，提供一种简单实用、便于操作的单泵控制的多相多流体注入方法。本专利技术的技术方案：一种单泵控制的多相多流体注入系统，主要由柱塞泵4、中间活塞容器3、阀门1、液体盛放容器2和管路组成；所述的柱塞泵4通过管路与液体盛放容器三2-3相连通，其管路上设有进水端阀门一1-1；对柱塞泵4进行驱替操作(run)，将柱塞泵4内空气全部排到液体盛放容器三2-3中，过程结束，实施回流操作(refill)，将液体盛放容器三2-3中的水吸入柱塞泵4中，吸入过程中保证管路入口低于最高水面，当柱塞泵4内充满水时关闭阀门一1-1；所述的柱塞泵4通过另一管路与中间活塞容器3的下端接口连通，其管路上设有阀门二1-2；根据需求确定中间活塞容器3的数量，各中间活塞容器3间并联，中间活塞容器3竖直放置，每个中间活塞容器3与柱塞泵之间分别通过独立阀门控制；中间活塞容器3上端接口利用三通或四通进行分支，作为注入口或连接口，每一条支路上设有独立的阀门。在所有实验开始之前，确保中间活塞容器3中的活塞位于最下端，打开柱塞泵4与所有中间活塞容器3之间、中间活塞容器3和注入流体之间的阀门，操作柱塞泵4将所有中间活塞容器3中注入水，此时中间活塞容器3中的气体将从流体注入的管路中排出，即此时中间活塞容器3中活塞均处于最上端；保持阀门二1-2打开，其他所有阀门关闭；根据需求，打开使用的中间活塞容器3和流体注入管路对应的阀门，对柱塞泵4实施refill操作，根据真空原理，流体将被吸入到中间活塞容器3中，该过程中务必保持流体界面高于吸入管路入口处；根据需要吸入一定体积的流体，结束之后关闭中间活塞容器3和注入流体之间的阀门，实施run操作，打开通向实验研究部分的阀门，将流体注入到研究系统中即可；下次注入其他流体之前，需要关闭通向微模型通道的阀门，打开中间活塞容器3和注入流体之间的阀门，进行柱塞泵4驱动操作，将多余的流体排出，保证每次吸入流体时中间活塞容器3的活塞位于最上端。本专利技术的效果和益处在于系统只需要一台柱塞泵便可以实现多种流体的注入，同时不需要拆卸实验系统便可实现不同流体的吸入和注入，便于对实验系统进行清洗和干燥。不仅实验设计简单，操作方便，而且中间容器数量和实验造价均大大下降。附图说明图1是本专利技术的一种单泵控制的多相多流体注入系统示意图。图2是单泵控制多相流体注入的简易微观可视化示意图。图3是常温常压下CO2驱替盐水的微观可视化实验系统图。图中：1阀门；2液体盛放容器；3中间活塞容器；4柱塞泵；5CO2气瓶；6显微镜；7微模型通道；8CCD相机；9压差传感器；10计算机；11N2气瓶。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。图3是常温常压下CO2驱替盐水的微观可视化实验系统图，以此为例详细阐述本专利技术的具体实施方式。因为所做实验为驱替实验，所以选择两个中间活塞容器，一个防腐蚀性中间活塞容器3-1用来盛放CO2，另外一个普通中间活塞容器3-2盛放其他流体。实验开始之前关闭所有阀门，将中间活塞容器中的活塞放置到最下端，2-2容器中放满足够的水，打开阀门1-1，操作ISCO柱塞泵，实施run操作，将泵内空气排出，结束时实施refill操作吸入容器2-2中足够的水，关闭阀门1-1，打开阀门1-2、1-3、1-4、1-6、1-7，实施run操作，将活塞容器中的空气排出，直到活塞位于最上端。关闭阀门1-4、1-6、1-7，打开阀门1-5，ISCO柱塞泵进行refill操作，将CO2气体吸入到CO2中间活塞容器中作为驱替相备用。关闭阀门1-3和1-5，打开阀门1-4和1-6，将2-1容器中放入超纯水，ISCO柱塞泵进行refill操作，保证管路开口低于最高液面，普通中间活塞容器中吸入一定体积的超纯水，关闭阀门1-6，打开阀门1-7、1-8、1-9，ISCO柱塞泵进行run操作，以一定流速将超纯水注入到微通道模型中，2-3容器接受排出流体，直到活塞处于最上端结束第一轮清洗，关闭阀门1-7、1-8、1-9。打开阀门1-6，容器2-1中放入基础溶液，重复以上步骤，进行第二轮清洗，结束之后关闭阀门1-7、1-8、1-9，打开阀门1-11，ISCO柱塞泵进行refill操作吸入N2，关闭阀门1-11，打开阀门1-7、1-8、1-9进行N2干燥。每一次进行液体注入都要以普通中间活塞容器活塞位于最上端结束。之后便可以在容器2-1中根据需求盛放不同浓度的盐水，重复以上步骤，将微模型通道进行盐水饱和。此时关闭阀门1-4、1-6、1-7、，打开阀门1-3、1-10，ISCO泵进行run操作，将CO2注入到微模型通道中进行盐水驱替，容器2-4接受排出流体。实验结束之后，重复以上洗清步骤即可，整个过程中不需要拆卸实验系统，只要更换流体盛放容器中的液体即可实现多种流体的注入。这种单泵控制多相流体注入的简易微观可视化系统在高温高压，各种流体情况下都适用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单泵控制的多相多流体注入系统，其特征在于，所述的单泵控制的多相多流体注入系统主要由柱塞泵(4)、中间活塞容器(3)、阀门(1)、液体盛放容器(2)和管路组成；所述的柱塞泵(4)通过管路与液体盛放容器三(2‑3)相连通，其管路上设有进水端阀门一(1‑1)；对柱塞泵(4)进行驱替操作run，将柱塞泵(4)内空气全部排到液体盛放容器三(2‑3)中，过程结束，实施回流操作refill，将液体盛放容器三(2‑3)中的水吸入柱塞泵(4)中，吸入过程中保证管路入口低于最高水面，当柱塞泵(4)内充满水时关闭阀门一(1‑1)；所述的柱塞泵(4)通过另一管路与中间活塞容器(3)的下端接口连通，其管路上设有阀门二(1‑2)；根据需求确定中间活塞容器(3)的数量，各中间活塞容器(3)间并联，中间活塞容器(3)竖直放置，每个中间活塞容器(3)与柱塞泵之间分别通过独立阀门控制；中间活塞容器(3)上端接口利用三通或四通进行分支，作为注入口或连接口，每一条支路上设有独立的阀门；在所有实验开始之前，确保中间活塞容器(3)中的活塞位于最下端，打开柱塞泵(4)与所有中间活塞容器(3)之间、中间活塞容器(3)和注入流体之间的阀门，操作柱塞泵(4)将所有中间活塞容器(3)中注入水，此时中间活塞容器(3)中的气体将从流体注入的管路中排出，即此时中间活塞容器(3)中活塞均处于最上端；保持阀门二(1‑2)打开，其他所有阀门关闭；根据需求，打开使用的中间活塞容器(3)和流体注入管路对应的阀门，对柱塞泵(4)实施refill操作，根据真空原理，流体将被吸入到中间活塞容器(3)中，该过程中务必保持流体界面高于吸入管路入口处；根据需要吸入一定体积的流体，结束之后关闭中间活塞容器(3)和注入流体之间的阀门，实施run操作，打开通向实验研究部分的阀门，将流体注入到研究系统中即可；下次注入其他流体之前，需要关闭通向微模型通道的阀门，打开中间活塞容器(3)和注入流体之间的阀门，进行柱塞泵(4)驱动操作，将多余的流体排出，保证每次吸入流体时中间活塞容器(3)的活塞位于最上端。...

【技术特征摘要】
1.一种单泵控制的多相多流体注入系统，其特征在于，所述的单泵控制的多相多流体注入系统主要由柱塞泵(4)、中间活塞容器(3)、阀门(1)、液体盛放容器(2)和管路组成；所述的柱塞泵(4)通过管路与液体盛放容器三(2-3)相连通，其管路上设有进水端阀门一(1-1)；对柱塞泵(4)进行驱替操作run，将柱塞泵(4)内空气全部排到液体盛放容器三(2-3)中，过程结束，实施回流操作refill，将液体盛放容器三(2-3)中的水吸入柱塞泵(4)中，吸入过程中保证管路入口低于最高水面，当柱塞泵(4)内充满水时关闭阀门一(1-1)；所述的柱塞泵(4)通过另一管路与中间活塞容器(3)的下端接口连通，其管路上设有阀门二(1-2)；根据需求确定中间活塞容器(3)的数量，各中间活塞容器(3)间并联，中间活塞容器(3)竖直放置，每个中间活塞容器(3)与柱塞泵之间分别通过独立阀门控制；中间活塞容器(3)上端接口利用三通或四通进行分支，作为注入口或连接口，每一条支路上设有独立的阀门；在所有实验开始之前，确保中间活塞容器(3)中的活塞位于最下端，打开柱塞泵(4)与所有中间活塞容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋永臣，张毅，赵常忠，池渊，刘社展，元磊，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21