测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN200980107729.6	申请日：	2009.02.07
公开号：	CN101971022A	公开日：	2011.02.09
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G01N 33/28申请日:20090207\|\|\|公开
IPC分类号：	G01N33/28; B01L3/00	主分类号：	G01N33/28
申请人：	普拉德研究及开发有限公司
发明人：	F·莫斯托菲
地址：	英属维尔京群岛
优先权：	2008.03.03 CA 2623793
专利代理机构：	中国专利代理(香港)有限公司 72001	代理人：	薛峰
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内容摘要

一种测量储层流体热物理性能的微流体设备，包括限定了微通道，引入井和引出井的第一基体。微通道在引入井和引出井之间延伸，并与引入井和引出井保持流体连通。该设备还包括与第一基体相连的第二基体，以形成微流体装置。第二基体限定了与引入井流体连通的进口通道和与引出井流体连通的出口通道。进口通道被设置成在压力下接收储层流体。一种测量储层流体热物理性能的方法，包括在压力下将流体引入微通道，根据流体通过微通道形成的气泡的大小和浓度来测量流体的热物理性能。

权利要求书

1：一种测量储层流体热物理性能的微流体设备，所述设备包括：限定了微通道、引入井和引出井的第一基体，所述微通道在所述引入井和所述引出井之间延伸，并与所述引入井和所述引出井流体连通；以及第二基体，其附接到所述第一基体以形成微流体装置，所述第二基体限定了与所述引入井流体连通的进口通道和与所述引出井流体连通的出口通道；其中，所述进口通道被构造成用来接收压力下的储层流体。
2：如权利要求 1 所述的微流体设备，其中采用阳极键合方法将所述第二基体的下表面熔合到所述第一基体的上表面。
3：如权利要求 1 所述的微流体设备，其中所述第一基体包括硅。
4：如权利要求 1 所述的微流体设备，其中在所述第一基体中通过蚀刻工艺生成所述微通道，所述引入井和所述引出井。
5：如权利要求 1 所述的微流体设备，其中在所述第二基体中通过水喷射工艺和磨料水射流工艺中的一种生成所述进口通道和所述出口通道。
6：如权利要求 1 所述的微流体设备，其中所述第二基体包括玻璃。
7：如权利要求 1 所述的微流体设备，其中所述微通道呈现蜿蜒形状和至少一米的长度。
8：如权利要求 1 所述的微流体设备，其中所述微通道呈现从数十微米到数百微米范围内的宽度。
9：如权利要求 1 所述的微流体设备，所述微通道包含具有喷嘴开口的微文氏管进口，其呈现比所述微通道宽度更小的宽度。
10：如权利要求 9 所述的微流体设备，其中所述喷嘴开口的宽度大约为 20 微米。
11：如权利要求 1 所述的微流体设备，所述微通道包括至少一个收缩部，其呈现比所述微通道宽度更小的宽度。
12：如权利要求 11 所述的微流体设备，其中所述至少一个收缩部的宽度大约为 20 微米。
13：如权利要求 1 所述的微流体设备，还包括：相机，其用于生成流经所述微通道的所述储层流体的图像。
14：如权利要求 1 所述的微流体设备，还包括：微流体装置保持器，其用于保持所述微流体装置，所述微流体装置保持器包括：第一头部，所述微流体装置的第一端附接到所述第一头部；第二头部，所述微流体装置的第二端附接到所述第二头部；多个拉杆，其在所述第一头部和所述第二头部之间延伸；以及高压连接件，其用于将所述储层流体传输至所述微流体装置。
15：一种测量储层流体热物理性能的方法，所述方法包括：提供微流体装置，所述微流体装置限定了流体进口，流体出口和微通道，所述微通道在所述流体进口和所述流体出口之间延伸，并与所述流体进口和所述流体出口流体连通；将压力下的储层流体经由所述流体进口引入所述微通道；形成稳定的储层流体流，其通过所述微通道并从所述流体出口流出；并且根据置于所述微通道中的所述储层流体中形成的气泡确定所述储层流体的一种或多 2 种热物理性能。
16：如权利要求 15 所述的方法，其中确定所述储层流体的一种或多种热物理性能根据置于所述微通道中的所述储层流体中形成的气泡尺寸和置于所述微通道中的所述储层流体中的气泡浓度。
17：如权利要求 15 所述的方法，其中确定一种或多种热物理性能通过使用置于所述微通道中的储层流体获取的图像而完成。
18：如权利要求 15 所述的方法，其中一种或多种热物理性能包括气油比，相包络和状态方程中的一个或多个。

说明书

测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法
    【技术领域】
     本发明涉及一种测量储层流体热物理性能的设备和方法。背景技术储层流体性能的测量是潜在油田的规划和开发中的关键一步。对生产井进行这种测量以提供生产过程的性能和行为的指标是通常所希望的。这种测量的示例包括压力、体积和温度测量，通常称为 “PVT” 测量，对于预测储层流体复杂的热物理行为是有帮助的。 PVT 测量一个很重要的作用就是形成描述储层流体中石油状态的状态方程。其它包括流体粘度、密度、化学成分、气油比等所关注的性能也可使用 PVT 来测量。一旦 PVT 分析完成，可将状态方程和其它参数输入储层模型软件来预测油田构成的情况。
     常规的 PVT 测量采用盛放储层流体的汽缸来实施。布置在汽缸中的活塞维持流体所需的压力，而液相和气相的高度使用如测高计测量。
     尽管常规的 PVT 测量在广泛应用，但它仍有许多明显的局限性。首先，常规的 PVT 分析通常需要数周才能完成。其次，通常多达到 4 升的大量的储层流体在从生产井现场到测试实验室的过程中需要维持 1400 公斤 / 平方厘米 (20000 磅 / 平方英寸 ) 的压力。在那样的高压下运送和处理如此大的样品成本高，并且会产生许多安全问题。
     现有技术中，虽然有多种方法来描述储层流体性能，但是仍然存在很多缺点。
     发明内容
     需要用于测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法。因此，本发明的一个目的就是提供一种测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法。一方面，提供了测量储层流体热物理性能的微流体设备。设备包括限定微通道的第一基体，引入井和引出井。微通道在引入井和引出井之间延伸，并与引入井和引出井保持流体连通。该设备还包括与第一基体相连的第二基体，以形成微流体装置。第二基体限定了与引入井流体连通的进口通道和与引出井流体连通的出口通道。进口通道被设置为在压力下接收储层流体。
     另一方面，提供了测量储层流体热物理性能的方法。该方法包括提供一个微流体装置，其限定出了流体入口、流体出口以及在流体入口和流体出口之间延伸并与流体入口和流体出口保持流体连通的微通道。该方法还包括在压力下通过流体入口把储层流体引入到微通道，形成通过微通道从流体出口流出稳定的储层流体流。该方法还包括根据置于微通道中的储层流体中形成的气泡大小和置于微通道中的储层流体中的气泡浓度测量流体的一种或多种热物理性能。
     本发明提供明显的优点，包括： (1) 提供了一种利用少量的储层流体测量其热物理性能的方法； (2) 提供了及时执行压力 - 体积 - 温度分析储层流体的方法； (3) 提供了利用图像分析测量储层流体热物理性能的方法。
     在说明本发明的另外的目的、特征和优点将会在随后的书面描述中得以清楚体现。附图说明
     本发明的新颖性特征将在附加的权利要求中说明。然而，发明本身以及优选使用模式和进一步的目的和优点在结合附图阅读时参考随后的详细说明将被最好地理解，其中：
     图 1 是用于测量储层流体热物理性能的微流体装置的第一说明性实施例的典型的分解透视图；
     图 2 是储层流体流过图 1 所示的微流体装置时储层流体反应的典型的示意性图示；
     图 3 是图 1 所示的微流体装置的顶部平面图，其示出了三个储层流体的流动状态；
     图 4 是储层流体测量系统典型的侧视图，其包括图 1 所示的微流体装置和用于在使用中形成微流体装置图像的相机；
     图 5 是测量储层流体热物理性能的微流体装置第二说明性实施例的顶部平面图；
     图 6 是图 5 所示微流体装置的侧视图；
     图 7-9 示出了图 5 所示微流体装置中的示范性微通道构造；
     图 10 示出了在使用中保持微流体装置的微流体装置保持器的说明性实施例；
     图 11 提供了一系列照片，其描述了微流体装置中在示范性的甲烷 / 癸烷流体混合物中液体 / 气泡的分布；
     图 12 是表示由于温度的影响在示范性的甲烷 / 癸烷流体混合物中液体体积占总体积的百分比的图；
     图 13 是表示图 12 所示的甲烷 / 癸烷流体混合物中常规压力 - 体积 - 温度计算的图；并且
     图 14 是描述在特别增压和 “实际” 储层流体的示范性相包络。
     虽然本发明很容易得到各种修改和替代形式，但其具体实施方式已通过举例的方式公开在图中，并在比进行详细描述。这样应该能理解，具体实施方式的此处说明并不是将本发明限定为公开的特殊形式，相反，本发明包含了落入本发明范围内以附加权利要求限定的所有的修改、等同物和替代物。具体实施方式
     下面将描述本发明的说明性实施例。为了清楚地说明，本说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。将认识到，在任何这种实际实施例的开发中，做出大量具体实施的决定来达到开发者的具体目标，如遵守系统相关和商业相关的限制，这对不同的实施方式来说都是不同的。此外，也认为即使此开发工作是复杂和消耗时间的，但对于具有本公开利益的本领域技术人员来说也是惯常的途径。
     本发明表述了测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法。为了本发明的目的，术语 “储层流体” 表示储存在地下透水岩层或能从地下透水岩层传输出来的流体。此外，为了本发明的目的，术语 “微流体” 表示流体输送的通道，宽度范围为数十至数百微米，长度则比宽度长许多倍。
     图 1 描绘了微流体装置 101 的第一说明性实施例的典型的分解透视图。在图示实施例中，微流体装置 101 包括限定微通道 105、引入井 107 和引出井 109 的第一基体 103。微通道 105 在引入井 107 和引出井 109 之间延伸，并与引入井和引出井保持流体连通。微通道 105 在第一基体 103 中形成蜿蜒形状，由此允许微通道 105 的延伸足够的长度而只占用相对较小的面积。尽管在本发明中，微通道 105 也考虑其它的尺寸，但在优选实施例中，微通道 105 长一米或数米，宽大约 100 微米，深大约 50 微米。微流体装置 101 还包括第二基体 111，其具有的下表面 113 粘结在第一基体 103 上表面 115 上。当第二基体 111 粘结在第一基体 103 上时，除引入井 107 处的进口 117 和引出井 109 处的出口 119 外，微通道 105 被密封。第二基体 111 限定通过其中的进口通道 121 和出口通道 123，分别与第一基体 103 的引入井 107 和引出井 109 之间流体连通。
     在图 1 中，第一基体 103 优选由硅制造，大约 500 微米厚，第二基体 111 由玻璃制造，如硼硅酸盐玻璃，然而本发明也考虑其它材料用于第一基体 103，将在此详细讨论。示范性的硼硅酸盐玻璃由 Schott North America， Inc.of Elmsford， New York， USA 和 Corning Incorporated of Corning， New York， USA 制造。操作中，增压的储层流体通过进口通道 121，引入井 107 和进口 117 流入微通道 105。储层流体通过出口 119，引出井 109 和出口通道 123 流出微通道 105。微通道 105 为通过其中的储层流体流提供了大量的阻力，因为相对于微通道 105 的长度，其横断面非常小。当流体流在微通道 105 中的进口 117 和出口 119 之间产生时，微通道 105 内储层流体的压力从位于进口 117 的输入压力，如储层压力，降低到位于出口 119 的输出压力，如大气压力。在进口 117 和出口 119 之间总压降取决于进口压力和储层流体的黏度。流过微通道 105 的流体流为层流，因此当储层流体表现为单相流时，在进口 117 和出口 119 之间的压降是线性的。
     图 2 提供了当储层流体在与箭头 202 大致对应的方向流过微通道 105 时，储层流体 201 的反应的典型示意性图示。当储层流体进入到微通道 105 的进口 117，储层流体的压力高于储层流体的 “泡点压力” 。流体泡点压力在给定温度下处于或低于流体开始沸腾 ( 即产生气泡 ) 的压力。当储层流体流出微通道 105 的出口 119 时，储层流体的压力就在储层流体泡点压力之下。因此，储层流体中 “第一” 气泡 203 形成于微通道 105 中的某些位置，如图 2 中的 205，这里的储层流体处于泡点压力。位置 205 的下游，微通道 105 中产生储层流体 201 的多相流，如气体和液体流。当储层流体 201 在微通道 105 中流过对应于第一气泡形成的位置后，由于微通道 105 的这个部分压力降低和储层流体 201 中轻质成分的蒸发更多，先前形成的气泡，如气泡 207， 209， 211， 213， 215 等等，尺寸都会增大。气泡会被液体的段塞分割，如段塞 217， 219， 221， 223， 225 等等。如气泡 207， 209， 211， 213， 215 的气泡膨胀，导致微通道 105 内气泡的流速加快和液体段塞 ( 如段塞 217， 219， 221， 223， 225)。沿微通道 105 的储层流体 201 的质量流率基本上是不变的；然而，储层流体沿微通道 105 流动时，储层流体 201 的体积流率会增加。
     如图 2 的储层流体 201 的储层流体的热物理性能，如气油比，相包络和状态方程，可以通过测量微通道 105 内气泡的尺寸和浓度来确定。现在参考图 3，描述了流过微通道
     105 的储层流体流的三种状态。类似图 2 中第一气泡 203 的第一气泡形成于沿微通道 105 的 301 处。在从微通道 105 中的进口 117 到第一气泡的位置 301，即图 3 中标明的第一区域 303，储层流体的压力高于泡点压力。在第一区域 303 内没有观察到气泡。在第一区域 303，储层流体流基本上呈层流，这是因为其中的低雷诺数以及压力基本上线性下降。一旦气泡形成，气泡就沿着微通道 105 内向出口 119 运动，并且气泡体积增大。在第二区域 305，储层流体的空穴率，即气体体积占总体积的比率低于一。第三区域 307 中，储层流体流中主要是高速气体流。气泡被如水的小液滴分割。第三区域 307 中储层流体的压力迅速降低。气泡在第二区域 305 中以低于在第三区域 307 中的速率流动，通常在第三区域中肉眼几乎无法跟踪到气泡。
     一旦在微通道 105 中形成了稳定的储层流体流，如图 4 所示，相机 401 用来拍摄流体的快照。注意到流入进口 117( 见图 1 和 3) 的储层流体流用箭头 403 表示，流出出口 119( 见图 1 和 3) 的储层流体流用箭头 405 表示。在一个实施例中，相机 401 是电荷耦合装置 (CCD) 类型的相机。相机 401 产生的图像利用图像分析软件来处理，如可从 United States National Institutes of Health， of Bethesda， Maryland， USA 获取的 ImageJ 1.38X 和可从 Xcitex， Inc.of Cambridge， Massachusetts， USA 获取的 ProAnalyst，以测量置于微通道 105 中储层流体中气泡的尺寸和浓度。使用这项技术，可以确定储层流体如气油比，相包络和状态方程等多种热物理性能。图 5 和 6 描述了微流体装置 501 的第二说明性实施例。如图 1 中的微流体装置 101，微流体装置 501 包括限定了微通道 505，引入井 507 和引出井 509 的第一基体 503。微通道 505 在引入井 507 和引出井 509 之间延伸，并与引入井 507 和引出井 509 流体连通。在图示的实施例中，第一基体 503 用硅制造；但第一基体可用玻璃制造。在一个实施例中，采用光刻技术首先将微通道 505，引入井 507 和引出井 509 光刻至第一基体 503，然后采用深反应离子蚀刻技术将其蚀刻至第一基体 503 内。如图 1 中展示的第一实施例，在优选的实施例中，微通道 505 长一米或数米，宽大约 100 微米，深大约 50 微米，然而本发明也考虑其它尺寸的微通道 505。
     微流体装置 501 还包括第二基体 511，其限定出了与引入井 507 和引出井 509 流体连通的进口通道 513 和出口通道 515。如此处关于第二基体 111( 图 1 中所示 ) 所讨论的，第二基体 511 用玻璃制造。在一个实施例中，第二基体 511 中的进口通道 513 和出口通道 515 采用水射流和磨料水射流技术来形成。在仔细清洁基体 503 和 511 的粘结表面后，优选采用阳极键合方法使第一基体 503 和第二基体 511 优选熔合。
     本发明考虑特殊应用所需的具有任何合适尺寸和 / 或形状的微流体装置 501。在一个实施例中，微流体装置 501 总长度 A 约为 80 毫米，总宽度 B 约为 15 毫米。在这个实施例中，通道 513 和 515 之间的距离 C 为约 72 毫米。需要注意的是，微流体装置 101 也有对应于微流体装置 501 的尺寸。然而，本发明的范围不限制于此。
     参考图 7，微通道 505 的一个或多个部分，包括减小横截面面积的部分，是为了在储层流体中引起气泡核的生成。例如，如图 7 和 8 中所示，微文氏管 701 并入微通道 505 的进口。微文氏管 701 包括喷嘴开口 801，其具有的宽度 W1 小于微通道 505 的宽度 W2。微文氏管 701 提供的收缩引起储层流体在喷嘴开口 801 处大幅度压降，以及储层流体速度的加快。压降和速度加快的联合影响，导致储层流体中气泡核的产生。优选地，如附图 7 和 9 所示，
     微通道 505 还包括一个或多个额外收缩口 703。收缩口 703 的宽度为 W3，小于微通道 505 的宽度 W4。优选地，喷嘴 801 的宽度 W1 和收缩口 703 的宽度 W3 大约为 20 微米，而微通道 505 的宽度 W2 和 W4 优先选择 100 微米。这些限制条件能使储层流体流速增加到百分之五百。
     图 10 描述了用于保持微流体装置，如微流体装置 101 或 501 的微流体装置保持器 1001 的说明性实施例。保持器 1001 包括由拉杆 1007 和 1009 连接的第一头部 1003 和第二头部 1005。微流体装置 101 或 501 分别地被由紧固件 1015 附接在头部 1003 和 1005 上的板 1011 和 1013 保持在第一头部 1003 和第二头部 1005 上的位置中。保持器 1001 提供了合适的支架和高压连接件 1017 来向微流体装置 101 或 501 传递储层流体。与微流体装置 101 或 501 一起，保持器 1001 可以放置在显微镜上 ( 未展示 ) 或被肉眼观察。
     图 11 提供了一系列照片，其描述了置于微流体装置 501 中的示范性甲烷 / 癸烷流体混合物中， 27℃， 44℃， 59℃和 75℃下液体 / 气泡的分布。在室温下，在 37 公斤 / 平方厘米 (530 磅 / 平方英寸 ) 条件下，流体混合物是平衡的。每个方案中注入压力为 42 公斤 / 平方厘米 (600 磅 / 平方英寸 )。在图 11 中，流体从左边注入微流体装置 501。在照片中，白线表示液体段塞，而分割液体段塞的深色间隙表示气体。当流体向下朝着出口运动时，流体的压力降低。压降引起气泡的膨胀伴随着液相更多地蒸发，这在微通道 505( 最好见图 5) 中通过空穴率，也就是气体体积 / 总体积，的增大而被观察到。图 12 描述了示范性甲烷 / 癸烷流体混合物 ( 其具有 37 公斤 / 平方厘米 (530 磅 / 平方英寸 ) 的泡点压力 ) 液体体积占总体积百分比受温度影响的变化。微通道 505( 最好见图 5) 中温度的升高导致液体蒸发和气体膨胀更快。这使用图像分析技术由测量值显示。图 12 表示在 27℃和 75℃温度下的这些测量值。在图 12 中，纵轴表示液体体积占总体积百分比，横轴表示微通道 505 的长度。在 27℃下，微通道 505 入口处流体中气体体积占约百分之三。在接近微通道 505 出口处，大气压力条件下，气体体积增加到大约百分之九十七。在 75℃温度下，观察到与在 27℃下发现的相似趋势。然而，流体中气体体积以更快的速率增大。如图 13 所示，这些测量值的结果与该流体常规的压力 - 体积 - 温度计算是一致的。
     采用来自图 12 的数据，就能计算典型的恒质膨胀 (CCE) 实验必要的信息。此外，由于达到热平衡需要较短时间，实验可以在多个温度下进行，这样会得到更准确的相行为测量值。
     图 14 描述了特别增压或 “实际” 储层流体的示范性的相包络。在井下条件下，储层流体处于不饱和状态。也就是说，储层的压力高于泡点压力。图 14 中的箭头表示储存流体至泡点的等温压降。泡点表示相包络的单个点。采用这种技术测定的泡点是给定温度的泡点。实验中储层流体的温度可以改变，所测得的泡点形成相包络的可靠表达。
     前面所公开的具体实施例仅仅是说明性的，发明可以采用不同但等效的方法来修改和实践，这对从中受益的本领域技术人员而言是显而易见的。此外，除了下面的权利要求的限定，此处对于详细的说明和设计也没有限制。很明显，前面所说明的具体实施例会被改变和修改，并且所有的这种改变都应认为是在本发明范围内。因此，此处的保护想法由下述的权利要求所限定。尽管本发明只公开了有限数量的形式，但在却不限于这些形式，而是可以修改到各种变化和改型。

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1、(10)申请公布号 CN 101971022 A(43)申请公布日 2011.02.09CN101971022A*CN101971022A*(21)申请号 200980107729.6(22)申请日 2009.02.072623793 2008.03.03 CAG01N 33/28(2006.01)B01L 3/00(2006.01)(71)申请人普拉德研究及开发有限公司地址英属维尔京群岛(72)发明人 F莫斯托菲(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人薛峰(54) 发明名称测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法(57) 摘要一种测量储层流体热物理性能的微流体设备，。

2、包括限定了微通道，引入井和引出井的第一基体。微通道在引入井和引出井之间延伸，并与引入井和引出井保持流体连通。该设备还包括与第一基体相连的第二基体，以形成微流体装置。第二基体限定了与引入井流体连通的进口通道和与引出井流体连通的出口通道。进口通道被设置成在压力下接收储层流体。一种测量储层流体热物理性能的方法，包括在压力下将流体引入微通道，根据流体通过微通道形成的气泡的大小和浓度来测量流体的热物理性能。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2010.09.03(86)PCT申请的申请数据PCT/IB2009/050500 2009.02.07(87)PCT申请的公布数据WO2009/10。

3、9868 EN 2009.09.11(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页说明书 5 页附图 6 页CN 101971022 A 1/2页21.一种测量储层流体热物理性能的微流体设备，所述设备包括：限定了微通道、引入井和引出井的第一基体，所述微通道在所述引入井和所述引出井之间延伸，并与所述引入井和所述引出井流体连通；以及第二基体，其附接到所述第一基体以形成微流体装置，所述第二基体限定了与所述引入井流体连通的进口通道和与所述引出井流体连通的出口通道；其中，所述进口通道被构造成用来接收压力下的储层流体。2.如权利要求1所述的微流体设备，。

4、其中采用阳极键合方法将所述第二基体的下表面熔合到所述第一基体的上表面。3.如权利要求1所述的微流体设备，其中所述第一基体包括硅。4.如权利要求1所述的微流体设备，其中在所述第一基体中通过蚀刻工艺生成所述微通道，所述引入井和所述引出井。5.如权利要求1所述的微流体设备，其中在所述第二基体中通过水喷射工艺和磨料水射流工艺中的一种生成所述进口通道和所述出口通道。6.如权利要求1所述的微流体设备，其中所述第二基体包括玻璃。7.如权利要求1所述的微流体设备，其中所述微通道呈现蜿蜒形状和至少一米的长度。8.如权利要求1所述的微流体设备，其中所述微通道呈现从数十微米到数百微米范围内的宽度。9.如权利要求1所。

5、述的微流体设备，所述微通道包含具有喷嘴开口的微文氏管进口，其呈现比所述微通道宽度更小的宽度。10.如权利要求9所述的微流体设备，其中所述喷嘴开口的宽度大约为20微米。11.如权利要求1所述的微流体设备，所述微通道包括至少一个收缩部，其呈现比所述微通道宽度更小的宽度。12.如权利要求11所述的微流体设备，其中所述至少一个收缩部的宽度大约为20微米。13.如权利要求1所述的微流体设备，还包括：相机，其用于生成流经所述微通道的所述储层流体的图像。14.如权利要求1所述的微流体设备，还包括：微流体装置保持器，其用于保持所述微流体装置，所述微流体装置保持器包括：第一头部，所述微流体装置的第一端附接到所述。

6、第一头部；第二头部，所述微流体装置的第二端附接到所述第二头部；多个拉杆，其在所述第一头部和所述第二头部之间延伸；以及高压连接件，其用于将所述储层流体传输至所述微流体装置。15.一种测量储层流体热物理性能的方法，所述方法包括：提供微流体装置，所述微流体装置限定了流体进口，流体出口和微通道，所述微通道在所述流体进口和所述流体出口之间延伸，并与所述流体进口和所述流体出口流体连通；将压力下的储层流体经由所述流体进口引入所述微通道；形成稳定的储层流体流，其通过所述微通道并从所述流体出口流出；并且根据置于所述微通道中的所述储层流体中形成的气泡确定所述储层流体的一种或多权利要求书CN 1019710。

7、22 A 2/2页3种热物理性能。16.如权利要求15所述的方法，其中确定所述储层流体的一种或多种热物理性能根据置于所述微通道中的所述储层流体中形成的气泡尺寸和置于所述微通道中的所述储层流体中的气泡浓度。17.如权利要求15所述的方法，其中确定一种或多种热物理性能通过使用置于所述微通道中的储层流体获取的图像而完成。18.如权利要求15所述的方法，其中一种或多种热物理性能包括气油比，相包络和状态方程中的一个或多个。权利要求书CN 101971022 A 1/5页4测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法技术领域0001 本发明涉及一种测量储层流体热物理性能的设备和方法。背景技术0002 。

8、储层流体性能的测量是潜在油田的规划和开发中的关键一步。对生产井进行这种测量以提供生产过程的性能和行为的指标是通常所希望的。这种测量的示例包括压力、体积和温度测量，通常称为“PVT”测量，对于预测储层流体复杂的热物理行为是有帮助的。PVT测量一个很重要的作用就是形成描述储层流体中石油状态的状态方程。其它包括流体粘度、密度、化学成分、气油比等所关注的性能也可使用PVT来测量。一旦PVT分析完成，可将状态方程和其它参数输入储层模型软件来预测油田构成的情况。0003 常规的PVT测量采用盛放储层流体的汽缸来实施。布置在汽缸中的活塞维持流体所需的压力，而液相和气相的高度使用如测高计测量。0004 尽管常。

9、规的PVT测量在广泛应用，但它仍有许多明显的局限性。首先，常规的PVT分析通常需要数周才能完成。其次，通常多达到4升的大量的储层流体在从生产井现场到测试实验室的过程中需要维持1400公斤/平方厘米(20000磅/平方英寸)的压力。在那样的高压下运送和处理如此大的样品成本高，并且会产生许多安全问题。0005 现有技术中，虽然有多种方法来描述储层流体性能，但是仍然存在很多缺点。发明内容0006 需要用于测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法。0007 因此，本发明的一个目的就是提供一种测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法。0008 一方面，提供了测量储层流体热物理性能的微流体设备。设备包括限。

10、定微通道的第一基体，引入井和引出井。微通道在引入井和引出井之间延伸，并与引入井和引出井保持流体连通。该设备还包括与第一基体相连的第二基体，以形成微流体装置。第二基体限定了与引入井流体连通的进口通道和与引出井流体连通的出口通道。进口通道被设置为在压力下接收储层流体。0009 另一方面，提供了测量储层流体热物理性能的方法。该方法包括提供一个微流体装置，其限定出了流体入口、流体出口以及在流体入口和流体出口之间延伸并与流体入口和流体出口保持流体连通的微通道。该方法还包括在压力下通过流体入口把储层流体引入到微通道，形成通过微通道从流体出口流出稳定的储层流体流。该方法还包括根据置于微通道中的储层流体中形成。

11、的气泡大小和置于微通道中的储层流体中的气泡浓度测量流体的一种或多种热物理性能。0010 本发明提供明显的优点，包括：(1)提供了一种利用少量的储层流体测量其热物理性能的方法；(2)提供了及时执行压力-体积-温度分析储层流体的方法；(3)提供了利用图像分析测量储层流体热物理性能的方法。说明书CN 101971022 A 2/5页50011 在说明本发明的另外的目的、特征和优点将会在随后的书面描述中得以清楚体现。附图说明0012 本发明的新颖性特征将在附加的权利要求中说明。然而，发明本身以及优选使用模式和进一步的目的和优点在结合附图阅读时参考随后的详细说明将被最好地理解，其中：0013 图1是。

12、用于测量储层流体热物理性能的微流体装置的第一说明性实施例的典型的分解透视图；0014 图2是储层流体流过图1所示的微流体装置时储层流体反应的典型的示意性图示；0015 图3是图1所示的微流体装置的顶部平面图，其示出了三个储层流体的流动状态；0016 图4是储层流体测量系统典型的侧视图，其包括图1所示的微流体装置和用于在使用中形成微流体装置图像的相机；0017 图5是测量储层流体热物理性能的微流体装置第二说明性实施例的顶部平面图；0018 图6是图5所示微流体装置的侧视图；0019 图7-9示出了图5所示微流体装置中的示范性微通道构造；0020 图10示出了在使用中保持微流体装置的微流体装置保持。

13、器的说明性实施例；0021 图11提供了一系列照片，其描述了微流体装置中在示范性的甲烷/癸烷流体混合物中液体/气泡的分布；0022 图12是表示由于温度的影响在示范性的甲烷/癸烷流体混合物中液体体积占总体积的百分比的图；0023 图13是表示图12所示的甲烷/癸烷流体混合物中常规压力-体积-温度计算的图；并且0024 图14是描述在特别增压和“实际”储层流体的示范性相包络。0025 虽然本发明很容易得到各种修改和替代形式，但其具体实施方式已通过举例的方式公开在图中，并在比进行详细描述。这样应该能理解，具体实施方式的此处说明并不是将本发明限定为公开的特殊形式，相反，本发明包含了落入本发明范围内以。

14、附加权利要求限定的所有的修改、等同物和替代物。具体实施方式0026 下面将描述本发明的说明性实施例。为了清楚地说明，本说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。将认识到，在任何这种实际实施例的开发中，做出大量具体实施的决定来达到开发者的具体目标，如遵守系统相关和商业相关的限制，这对不同的实施方式来说都是不同的。此外，也认为即使此开发工作是复杂和消耗时间的，但对于具有本公开利益的本领域技术人员来说也是惯常的途径。0027 本发明表述了测量储层流体热物理性能的微流体设备和方法。为了本发明的目的，术语“储层流体”表示储存在地下透水岩层或能从地下透水岩层传输出来的流体。此外，说明书CN 101971。

15、022 A 3/5页6为了本发明的目的，术语“微流体”表示流体输送的通道，宽度范围为数十至数百微米，长度则比宽度长许多倍。0028 图1描绘了微流体装置101的第一说明性实施例的典型的分解透视图。在图示实施例中，微流体装置101包括限定微通道105、引入井107和引出井109的第一基体103。微通道105在引入井107和引出井109之间延伸，并与引入井和引出井保持流体连通。微通道105在第一基体103中形成蜿蜒形状，由此允许微通道105的延伸足够的长度而只占用相对较小的面积。尽管在本发明中，微通道105也考虑其它的尺寸，但在优选实施例中，微通道105长一米或数米，宽大约100微米，深大约50微。

16、米。微流体装置101还包括第二基体111，其具有的下表面113粘结在第一基体103上表面115上。当第二基体111粘结在第一基体103上时，除引入井107处的进口117和引出井109处的出口119外，微通道105被密封。第二基体111限定通过其中的进口通道121和出口通道123，分别与第一基体103的引入井107和引出井109之间流体连通。0029 在图1中，第一基体103优选由硅制造，大约500微米厚，第二基体111由玻璃制造，如硼硅酸盐玻璃，然而本发明也考虑其它材料用于第一基体103，将在此详细讨论。示范性的硼硅酸盐玻璃由Schott North America，Inc.of Elmsfo。

17、rd，New York，USA和Corning Incorporated of Corning，New York，USA制造。0030 操作中，增压的储层流体通过进口通道121，引入井107和进口117流入微通道105。储层流体通过出口119，引出井109和出口通道123流出微通道105。微通道105为通过其中的储层流体流提供了大量的阻力，因为相对于微通道105的长度，其横断面非常小。当流体流在微通道105中的进口117和出口119之间产生时，微通道105内储层流体的压力从位于进口117的输入压力，如储层压力，降低到位于出口119的输出压力，如大气压力。在进口117和出口119之间总压降取决于。

18、进口压力和储层流体的黏度。流过微通道105的流体流为层流，因此当储层流体表现为单相流时，在进口117和出口119之间的压降是线性的。0031 图2提供了当储层流体在与箭头202大致对应的方向流过微通道105时，储层流体201的反应的典型示意性图示。当储层流体进入到微通道105的进口117，储层流体的压力高于储层流体的“泡点压力”。流体泡点压力在给定温度下处于或低于流体开始沸腾(即产生气泡)的压力。当储层流体流出微通道105的出口119时，储层流体的压力就在储层流体泡点压力之下。因此，储层流体中“第一”气泡203形成于微通道105中的某些位置，如图2中的205，这里的储层流体处于泡点压力。位置2。

19、05的下游，微通道105中产生储层流体201的多相流，如气体和液体流。当储层流体201在微通道105中流过对应于第一气泡形成的位置后，由于微通道105的这个部分压力降低和储层流体201中轻质成分的蒸发更多，先前形成的气泡，如气泡207，209，211，213，215等等，尺寸都会增大。气泡会被液体的段塞分割，如段塞217，219，221，223，225等等。如气泡207，209，211，213，215的气泡膨胀，导致微通道105内气泡的流速加快和液体段塞(如段塞217，219，221，223，225)。沿微通道105的储层流体201的质量流率基本上是不变的；然而，储层流体沿微通道105流动时，。

20、储层流体201的体积流率会增加。0032 如图2的储层流体201的储层流体的热物理性能，如气油比，相包络和状态方程，可以通过测量微通道105内气泡的尺寸和浓度来确定。现在参考图3，描述了流过微通道说明书CN 101971022 A 4/5页7105的储层流体流的三种状态。类似图2中第一气泡203的第一气泡形成于沿微通道105的301处。在从微通道105中的进口117到第一气泡的位置301，即图3中标明的第一区域303，储层流体的压力高于泡点压力。在第一区域303内没有观察到气泡。在第一区域303，储层流体流基本上呈层流，这是因为其中的低雷诺数以及压力基本上线性下降。一旦气泡形成，气泡就沿着。

21、微通道105内向出口119运动，并且气泡体积增大。在第二区域305，储层流体的空穴率，即气体体积占总体积的比率低于一。第三区域307中，储层流体流中主要是高速气体流。气泡被如水的小液滴分割。第三区域307中储层流体的压力迅速降低。气泡在第二区域305中以低于在第三区域307中的速率流动，通常在第三区域中肉眼几乎无法跟踪到气泡。0033 一旦在微通道105中形成了稳定的储层流体流，如图4所示，相机401用来拍摄流体的快照。注意到流入进口117(见图1和3)的储层流体流用箭头403表示，流出出口119(见图1和3)的储层流体流用箭头405表示。在一个实施例中，相机401是电荷耦合装置(CCD)类型。

22、的相机。相机401产生的图像利用图像分析软件来处理，如可从United States National Institutes of Health，of Bethesda，Maryland，USA获取的ImageJ 1.38X和可从Xcitex，Inc.of Cambridge，Massachusetts，USA获取的ProAnalyst，以测量置于微通道105中储层流体中气泡的尺寸和浓度。使用这项技术，可以确定储层流体如气油比，相包络和状态方程等多种热物理性能。0034 图5和6描述了微流体装置501的第二说明性实施例。如图1中的微流体装置101，微流体装置501包括限定了微通道505，引入井。

23、507和引出井509的第一基体503。微通道505在引入井507和引出井509之间延伸，并与引入井507和引出井509流体连通。在图示的实施例中，第一基体503用硅制造；但第一基体可用玻璃制造。在一个实施例中，采用光刻技术首先将微通道505，引入井507和引出井509光刻至第一基体503，然后采用深反应离子蚀刻技术将其蚀刻至第一基体503内。如图1中展示的第一实施例，在优选的实施例中，微通道505长一米或数米，宽大约100微米，深大约50微米，然而本发明也考虑其它尺寸的微通道505。0035 微流体装置501还包括第二基体511，其限定出了与引入井507和引出井509流体连通的进口通道513和。

24、出口通道515。如此处关于第二基体111(图1中所示)所讨论的，第二基体511用玻璃制造。在一个实施例中，第二基体511中的进口通道513和出口通道515采用水射流和磨料水射流技术来形成。在仔细清洁基体503和511的粘结表面后，优选采用阳极键合方法使第一基体503和第二基体511优选熔合。0036 本发明考虑特殊应用所需的具有任何合适尺寸和/或形状的微流体装置501。在一个实施例中，微流体装置501总长度A约为80毫米，总宽度B约为15毫米。在这个实施例中，通道513和515之间的距离C为约72毫米。需要注意的是，微流体装置101也有对应于微流体装置501的尺寸。然而，本发明的范围不限制于此。

25、。0037 参考图7，微通道505的一个或多个部分，包括减小横截面面积的部分，是为了在储层流体中引起气泡核的生成。例如，如图7和8中所示，微文氏管701并入微通道505的进口。微文氏管701包括喷嘴开口801，其具有的宽度W1小于微通道505的宽度W2。微文氏管701提供的收缩引起储层流体在喷嘴开口801处大幅度压降，以及储层流体速度的加快。压降和速度加快的联合影响，导致储层流体中气泡核的产生。优选地，如附图7和9所示，说明书CN 101971022 A 5/5页8微通道505还包括一个或多个额外收缩口703。收缩口703的宽度为W3，小于微通道505的宽度W4。优选地，喷嘴801的宽度W。

26、1和收缩口703的宽度W3大约为20微米，而微通道505的宽度W2和W4优先选择100微米。这些限制条件能使储层流体流速增加到百分之五百。0038 图10描述了用于保持微流体装置，如微流体装置101或501的微流体装置保持器1001的说明性实施例。保持器1001包括由拉杆1007和1009连接的第一头部1003和第二头部1005。微流体装置101或501分别地被由紧固件1015附接在头部1003和1005上的板1011和1013保持在第一头部1003和第二头部1005上的位置中。保持器1001提供了合适的支架和高压连接件1017来向微流体装置101或501传递储层流体。与微流体装置101或50。

27、1一起，保持器1001可以放置在显微镜上(未展示)或被肉眼观察。0039 图11提供了一系列照片，其描述了置于微流体装置501中的示范性甲烷/癸烷流体混合物中，27，44，59和75下液体/气泡的分布。在室温下，在37公斤/平方厘米(530磅/平方英寸)条件下，流体混合物是平衡的。每个方案中注入压力为42公斤/平方厘米(600磅/平方英寸)。在图11中，流体从左边注入微流体装置501。在照片中，白线表示液体段塞，而分割液体段塞的深色间隙表示气体。当流体向下朝着出口运动时，流体的压力降低。压降引起气泡的膨胀伴随着液相更多地蒸发，这在微通道505(最好见图5)中通过空穴率，也就是气体体积/总体积，。

28、的增大而被观察到。0040 图12描述了示范性甲烷/癸烷流体混合物(其具有37公斤/平方厘米(530磅/平方英寸)的泡点压力)液体体积占总体积百分比受温度影响的变化。微通道505(最好见图5)中温度的升高导致液体蒸发和气体膨胀更快。这使用图像分析技术由测量值显示。图12表示在27和75温度下的这些测量值。在图12中，纵轴表示液体体积占总体积百分比，横轴表示微通道505的长度。在27下，微通道505入口处流体中气体体积占约百分之三。在接近微通道505出口处，大气压力条件下，气体体积增加到大约百分之九十七。在75温度下，观察到与在27下发现的相似趋势。然而，流体中气体体积以更快的速率增大。如图13。

29、所示，这些测量值的结果与该流体常规的压力-体积-温度计算是一致的。0041 采用来自图12的数据，就能计算典型的恒质膨胀(CCE)实验必要的信息。此外，由于达到热平衡需要较短时间，实验可以在多个温度下进行，这样会得到更准确的相行为测量值。0042 图14描述了特别增压或“实际”储层流体的示范性的相包络。在井下条件下，储层流体处于不饱和状态。也就是说，储层的压力高于泡点压力。图14中的箭头表示储存流体至泡点的等温压降。泡点表示相包络的单个点。采用这种技术测定的泡点是给定温度的泡点。实验中储层流体的温度可以改变，所测得的泡点形成相包络的可靠表达。0043 前面所公开的具体实施例仅仅是说明性的，发明可以采用不同但等效的方法来修改和实践，这对从中受益的本领域技术人员而言是显而易见的。此外，除了下面的权利要求的限定，此处对于详细的说明和设计也没有限制。很明显，前面所说明的具体实施例会被改变和修改，并且所有的这种改变都应认为是在本发明范围内。因此，此处的保护想法由下述的权利要求所限定。尽管本发明只公开了有限数量的形式，但在却不限于这些形式，而是可以修改到各种变化和改型。说明书CN 101971022 A 1/6页9图1图2说明书附图CN 101971022 A 2/6页10图3图4图5说明书附图。

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