一種基于微觀可視技術(shù)的超臨界二氧化碳溶解性能測(cè)定裝 置及方法 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及一種基于微觀可視技術(shù)的超臨界二氧化碳溶解性能測(cè)定裝置及方法，屬于超臨界流體的技術(shù)領(lǐng)域。 背景技術(shù) [0002] 近幾年來，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，超臨界流體獨(dú)特的理化性質(zhì)在綠色化學(xué)領(lǐng)域上引起了科研工作者的極大興趣。超臨界二氧化碳是指溫度和壓力均高于其臨界值(Tc＝31.1℃，Pc＝7.39MPa)的二氧化碳流體。相對(duì)于其他超臨界流體，超臨界二氧化碳條件易于達(dá)到，利于滿足環(huán)境、設(shè)備制造、經(jīng)濟(jì)的要求，而備受關(guān)注。 [0003] 超臨界二氧化碳流體是一種高密度氣體。從物理性質(zhì)上，它兼有氣體和液體雙重特性，即密度高于通常氣體，接近液體，因而有常規(guī)液態(tài)溶劑的強(qiáng)度；粘度與氣體相似，比液體大為減小；擴(kuò)散系數(shù)接近于氣體，大約為液體的10～100倍，因而具有較好的流動(dòng)性。而且，由于內(nèi)在的可壓縮性，流體的密度、溶劑強(qiáng)度和粘度等性能均可由壓力和溫度的變化來調(diào)節(jié)。 [0004] 超臨界二氧化碳能夠應(yīng)用于廣大工業(yè)領(lǐng)域，主要是它有與眾不同的溶解性能。在超臨界條件下，流體具備液態(tài)溶劑的性能稱為溶劑化效應(yīng)。超臨界二氧化碳的密度接近于液體，因而具有很好的溶劑化效應(yīng)，又有與氣體相近的高滲透能力和低粘度，表面張力接近于零。因此它具有良好的傳遞性能，可以較迅速地深入溶質(zhì)的微小結(jié)構(gòu)中，溶解其中的非極性物質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中可通過改變超臨界二氧化碳的壓力或溫度，使其密度隨之大幅度改變，由于溶解度與密度密切相關(guān)，進(jìn)而可以方便地調(diào)節(jié)超臨界二氧化碳的溶解度。另外，雖然超臨界二氧化碳的溶解對(duì)象一般限于非極性或弱極性物質(zhì)，對(duì)于極性大的物質(zhì)不易溶解。但可以通過摻加極性溶劑來改變超臨界二氧化碳的極性，使其對(duì)不同溶質(zhì)具有不同的溶解性能，進(jìn)而擴(kuò)大其溶劑化性能應(yīng)用的范圍。 [0005] 基于溶劑化效應(yīng)的超臨界二氧化碳應(yīng)用技術(shù)主要涉及超臨界二氧化碳萃取、以超臨界二氧化碳為介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)等。隨著超臨界二氧化碳中溶解性基礎(chǔ)理論的深入研究，以及中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所面臨的溫室氣體減排和能源需求兩個(gè)重大問題，促進(jìn)了一大批基于超臨界二氧化碳溶劑化效應(yīng)理論的二氧化碳地質(zhì)埋存與提高石油采收率技術(shù)的不斷發(fā)展，包括：(1)超臨界二氧化碳欠平衡鉆井領(lǐng)域，該領(lǐng)域主要是基于超臨界二氧化碳溶劑化效應(yīng)向超臨界二氧化碳中添加化學(xué)藥劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)超臨界二氧化碳密度、粘度的可調(diào)節(jié)性，從而實(shí)現(xiàn)其欠平衡鉆井能力、攜帶巖屑能力的可控制性；(2)超臨界二氧化碳驅(qū)油流度控制領(lǐng)域，在該領(lǐng)域基于溶劑化效應(yīng)主要有兩個(gè)方向：a.基于溶劑化效應(yīng)使得超臨界二氧化碳中增溶聚合物等化學(xué)藥劑，使得超臨界二氧化碳的粘度增加，從而調(diào)節(jié)超臨界二氧化碳驅(qū)油過程中的氣油流度比，擴(kuò)大超臨界二氧化碳的波及系數(shù)，從而提高原油采收率；b.基于溶劑化效應(yīng)使得超臨界二氧化碳中增溶氣溶性表面活性劑，使得超臨界二氧化碳在注入地層的過程中能夠攜帶表面活性劑，在地層中遇到水時(shí)能夠形成泡沫，利用泡沫的調(diào)剖能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)超臨界二氧化碳流度的控制；(3)超臨界二氧化碳?jí)毫杨I(lǐng)域，在該領(lǐng)域基于溶劑化效應(yīng)主要有兩個(gè)方向：a.基于溶劑化效應(yīng)使得超臨界二氧化碳中增溶聚合物等化學(xué)藥劑，使得超臨界二氧化碳的粘度增加，提高其攜砂性能，從而提高超臨界二氧化碳?jí)毫研?；b.基于溶劑化效應(yīng)的超臨界二氧化碳干法壓裂，該種方法通過超臨界二氧化碳中增溶特定的表面活性劑，形成CO2/N2泡沫壓裂液體系，實(shí)現(xiàn)了無水壓裂；(4)超臨界二氧化碳混相驅(qū)油領(lǐng)域，該領(lǐng)域主要是基于溶劑化效應(yīng)向超臨界二氧化碳中添加化學(xué)藥劑，降低超臨界二氧化碳與地層原油的混相壓力，從而使得超臨界二氧化碳在地層中易于與原油混相，實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)油，從而提高原油采收率。 [0006] 綜合以上所述可以看出，基于超臨界二氧化碳溶劑化效應(yīng)理論的二氧化碳地質(zhì)埋存與提高石油采收率技術(shù)能否成功應(yīng)用，其關(guān)鍵在于是否能夠準(zhǔn)確地測(cè)定相關(guān)化學(xué)藥劑在超臨界二氧化碳中的溶解度。 [0007] 目前常用的測(cè)試方法有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法： [0008] (1)靜態(tài)法，是指化學(xué)藥劑和超臨界二氧化碳放置在密閉容器中，靜置一定時(shí)間，直至系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)，分析其平衡相組成進(jìn)而得到該化學(xué)藥劑在超臨界二氧化碳中溶解度的方法。 [0009] 平衡相組成的獲得方法有兩種，取樣法和濁點(diǎn)法： [0010] a.取樣法是指待系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)后對(duì)系統(tǒng)內(nèi)超臨界二氧化碳相取樣，通過化學(xué)滴定、色譜分析或是紫外吸收等方法分析所取樣品中化學(xué)藥劑成分，計(jì)算出該溫度和壓力下其在超臨界二氧化碳中的溶解度。該類方法應(yīng)用雖然廣泛，但測(cè)試過程中平衡時(shí)間較長(zhǎng)，取樣過程中容易產(chǎn)生壓力波動(dòng)，破壞原有平衡狀態(tài)，誤差較大，并且對(duì)樣品組分含量的測(cè)試一般需要依靠高精度分析儀器，造價(jià)昂貴，成本較高。

1.一種基于微觀可視技術(shù)的超臨界二氧化碳溶解性能測(cè)定裝置，其特征在于，該裝置包括耐壓夾持器、溫度控制系統(tǒng)、微觀刻蝕玻璃模型、超聲波分散儀和顯微鏡圖像采集分析系統(tǒng)； 所述耐壓夾持器用于夾持微觀刻蝕玻璃模型、在所述微觀刻蝕玻璃模型外通過液體調(diào)壓模擬地層壓力； 所述溫度控制系統(tǒng)用于調(diào)整裝置的工作溫度； 所述微觀刻蝕玻璃模型包括用于導(dǎo)流、承壓的透明腔體、出口和入口，所述出口和入口均朝下設(shè)置； 所述超聲波分散儀對(duì)進(jìn)入透明腔體的待測(cè)樣品溶解二氧化碳； 所述顯微鏡圖像采集分析系統(tǒng)包括顯微鏡攝像頭和圖像采集及分析系統(tǒng)；所述顯微鏡攝像頭通過所述透明腔體采集待測(cè)樣品在超臨界二氧化碳中的溶解度參數(shù)。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微觀可視技術(shù)的超臨界二氧化碳溶解性能測(cè)定裝置，其特征在于，所述耐壓夾持器包括頂蓋、底蓋及中間槽； 其中：中間槽用于放置微觀刻蝕玻璃模型及與其連接的超聲波分散儀； 所述頂蓋和底蓋分別固定安裝有藍(lán)寶石玻璃。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于微觀可視技術(shù)的超臨界二氧化碳溶解性能測(cè)定裝置，其特征在于，在所述微觀刻蝕玻璃模型外通過液體調(diào)壓模擬地層壓力的具體結(jié)構(gòu)為：在所述中間槽中、且在所述透明腔體的上部空間和下部空間分別形成環(huán)壓流體腔。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微觀可視技術(shù)的超臨界二氧化碳溶解性能測(cè)定裝置，其特征在于，所述溫度控制系統(tǒng)包括保溫套和制冷制熱一體機(jī)；所述制冷制熱一體機(jī)采用油浴溫控；所述保溫套整體為可拆卸拼接式結(jié)構(gòu)，在拼接處安裝有卡扣，在所述保溫套上預(yù)留孔眼用于連接內(nèi)部管路。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于微觀可視技術(shù)的超臨界二氧化碳溶解性能測(cè)定裝置，其特征在于，所述保溫套包括保溫外殼和在所述保溫外殼內(nèi)設(shè)的盤管，所述盤管的進(jìn)口設(shè)置在保溫套的下部，所述盤管的出口設(shè)置在保溫套的上部。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微觀可視技術(shù)的超臨界二氧化碳溶解性能測(cè)定裝置，其特征在于，所述微觀刻蝕玻璃模型的透明腔體的制備方法如下： 采用透明有機(jī)玻璃，利用現(xiàn)有光刻蝕技術(shù)，將兩塊同等大小的有機(jī)玻璃片內(nèi)表面刻蝕出一個(gè)長(zhǎng)方體凹槽，并在所述長(zhǎng)方體凹槽的一對(duì)對(duì)角處刻蝕出導(dǎo)流通路，導(dǎo)流通路的兩端分別為刻蝕有機(jī)玻璃片入口和出口，然后將上述兩塊有機(jī)玻璃片粘合。