本发明涉及孔隙-裂隙介质多相渗流分析，具体涉及一种孔隙-裂隙介质模型制作及自发渗吸可视化实验方法。
背景技术：
1、孔隙-裂隙介质自发渗吸涉及许多重要的自然过程和工程问题，例如土壤中地下水的上升和地下石油、天然气的开采等。正确认识孔隙、裂隙结构、润湿性以及边界条件等因素对自发渗吸影响的规律，有助于揭示和理解自发渗吸现象背后的物理机制，为提高油气采出程度等提供参考。传统的自发渗吸实验主要是基于室内岩心实验开展的，这些实验结果为人们认识自发渗吸规律提供了重要参考，但受限于模型制备方法和实验技术等原因，这些实验主要采用纯孔隙介质模型或采用仅仅含有单裂隙的孔隙-裂隙介质模型，这些模型不足以探究裂隙网络结构等因素对自发渗吸的影响。
2、此外，受岩心物性、岩心尺寸和形状等因素的影响，传统的室内岩心自发渗吸实验时间周期往往较长，从几小时到几十天，甚至有时长达几个月，这严重限制了自发渗吸实验可靠数据的大量获取。而且传统的室内岩心实验主要为质量法、体积法和核磁共振法，其中，质量法和体积法主要是通过直接称重和液面高度换算得到渗吸质量，无法实时动态观测渗吸过程；核磁共振法是一种非侵入性测量岩心内部液体分布和含量的方法，尽管核磁共振法能够实时监测自发渗吸过程，但是成本很高，并且操作复杂。
技术实现思路
1、针对以上现有技术的不足，本发明提供一种孔隙-裂隙介质模型制作及自发渗吸可视化实验方法，能够实时动态监测自发渗吸的过程，以及快速获取大量可靠的自发渗吸实验数据，并且操作简单，成本低廉。
2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
3、一种可视化自发渗吸孔隙-裂隙介质模型制作方法，包括以下步骤：
4、（1）设计含裂隙网络结构的孔隙-裂隙介质模型，利用电感耦合等离子体刻蚀获得含有孔隙-裂隙介质几何图案的硅片模具；
5、（2）对模具进行翻模处理；
6、（3）利用紫外臭氧对步骤（2）中翻模得到的模具和涂有光学胶水的载玻片进行表面改性处理，组装得到孔隙-裂隙介质模型。
7、通过使用非润湿流体饱和所述孔隙-裂隙介质模型，将定量体积的润湿流体滴加到孔隙-裂隙介质模型入口处，在孔隙-裂隙介质模型中实现自发渗吸过程。
8、进一步地，步骤（1）中，所述含裂隙网络的孔隙-裂隙介质模型需要具有代表性，设计前先确定孔隙-裂隙介质几何模型的尺寸、基质及裂隙网络结构特征；所述裂隙网络结构包括真实的孔隙-裂隙网络结构和模拟的孔隙-裂隙网络结构；其中，所述模拟的孔隙-裂隙网络结构包括但不限于正交裂隙网络结构、离散裂隙网络结构或树状分叉网络结构。
9、更进一步地，所述模拟的孔隙-裂隙网络结构，通过在基质上直接切割的方式构建，以实现含裂隙网络结构的孔隙-裂隙介质几何模型设计；所述基质的生成和切割可以在matlab中全部完成后导出到autocad中，也可以先在matlab中生成基质，然后通过autocad添加裂隙网络结构。
10、进一步地，步骤（1）中，所述电感耦合等离子体刻蚀所需时间的计算方法为：根据台阶仪和椭偏仪分别测算单位时间内刻蚀的总深度与剩余胶厚，以计算出准确的刻蚀速率，并根据刻蚀速率计算所需的刻蚀时间。
11、进一步地，步骤（2）中，所述翻模处理为利用聚二甲基硅氧烷（pdms）和光学胶水分别进行翻模处理。
12、更进一步地，所述光学胶水的透光率≥95%，粘度为20~300 cps，固化后的折射率为1.46~1.56，弹性模量为20000~300000 psi。
13、更进一步地，所述光学胶水为诺兰化学胶水（noa81）。
14、进一步地，所述翻模处理的具体操作为：将抽好真空的pdms液体倒入装有硅片模具的培养皿中，在80℃条件下加热2小时，然后将固化成形的pdms切下，保存备用；利用等离子体清洗pdms模具，然后在其表面滴加光学胶水，涂覆均匀后通过紫外光照射进行固化，揭下固化的光学胶水薄层，得到含有孔隙-裂隙介质几何图案的光学胶水模具。
15、进一步地，步骤（3）中，所述改性处理的时间根据所用流体对和目标接触角以及静置时间确定，所述改性时间、目标接触角、静置时间的关系通过标定实验确定；所述标定实验的具体操作为：在盖玻片上滴加1到2滴光学胶水，使用匀胶机使其均匀铺展，然后通过紫外光照射进行固化，获得光学胶水基片；将光学胶水基片放到紫外臭氧清洗机中清洗，将清洗后的光学胶水基片放入上方开口的透明盒子中，使用密度较小的流体相浸没盒子，然后将密度较大的流体相滴加到光学胶水基片上，待三相接触角形状稳定后，及时用接触角测量仪测量接触角大小；或者使用相机拍照，通过autocad软件和imagej软件进行接触角测量，以获得三相接触角与改性时间和静置时间的关系。
16、进一步地，步骤（3）中，所述表面改性处理时，使用二氧化硅玻璃制作掩膜板，将光学胶水模具表面需要处理的图案部分透光，其余部分遮挡，使光学胶水模具改性后仍然具有粘性，以便于后续打孔和组装。
17、本发明还提供一种上述孔隙-裂隙介质自发渗吸可视化实验方法，包括下述步骤：
18、s1、将所述孔隙-裂隙介质模型安装到相机下方的微流体载物台上；
19、s2、使用非润湿流体饱和所述孔隙-裂隙介质模型，利用注射泵和微量进样器精确控制润湿流体的体积，然后将定量体积的润湿流体滴加到孔隙-裂隙介质模型入口处，在孔隙-裂隙介质模型中实现自发渗吸过程；
20、s3、通过相机实时采集所述孔隙-裂隙介质模型中自发渗吸的实验图像，实现可视化；
21、s4、通过图像后处理统计自发渗吸采出程度与时间的关系，分析润湿流体体积和裂隙网络结构对自发渗吸的影响。
22、进一步地，步骤s2中，所述使用非润湿流体饱和所述孔隙-裂隙介质模型的具体操作为：利用带有管路和接头的微量进样器吸取一定量的非润湿流体，然后从孔隙-裂隙介质模型一端，以较低的速度缓慢注入，待孔隙-裂隙介质模型另一端出现非润湿流体时停止注入。
23、进一步地，步骤s2中，所述润湿流体体积定量的具体操作为：使用带有管路的微量进样器预先吸取抽好真空的润湿流体，通过反复慢吸快排的方式排尽微量进样器和管路中的空气，然后吸取对应体积的润湿流体；将微量进样器安装到注射泵上，输入微量进样器的直径和体积，设定好注入的体积和时间，将管路出口贴近孔隙-裂隙介质模型入口，启动注射泵，将定量的润湿流体滴加到孔隙-裂隙介质模型上，在孔隙-裂隙介质模型中实现自发渗吸过程。
24、进一步地，在所述载物台下方安装一个蓝色光源，并且所述非润湿流体、润湿流体在使用前，先进行染色处理。以保证成像效果和捕捉强润湿条件下的角流和薄膜流等特征。
25、进一步地，步骤s3中，所述实验图像采集应和注射泵启动同时进行，也可以提前启动图像采集，以捕捉孔隙-裂隙介质中完整的自发渗吸实验过程。
26、进一步地，步骤s4中，所述自发渗吸采出程度rf的计算方法为：
27、；
28、式中，rf为无量纲量，si为初始时刻非润湿相饱和度，sf为当前时刻非润湿相饱和度。
29、更进一步地，所述初始时刻非润湿相饱和度和当前时刻非润湿相饱和度通过统计初始和当前时刻非润湿相占据的像素空间确定，计算方法为：
30、；
31、式中，ntotal为总像素点个数，ni和nf为初始和当前时刻非润湿相占据的像素点个数；h为孔隙-裂隙介质模型厚度，h1为非润湿相占据的空间高度，存在角流和薄膜流时，h1通过lambert-beer定律计算。
32、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
33、1、本发明不仅能制作含单裂隙的孔隙-裂隙介质模型，还能快速便捷地在强润湿范围内构建具有不同目标接触角的含裂隙网络的孔隙-裂隙介质模型。
34、2、相比于传统室内岩心自发渗吸时间的几小时到几十天，本发明中自发渗吸时间在几秒钟到几分钟之间，能够快速获取大量可靠的自发渗吸实验数据。
35、3、本发明能够实时动态的监测自发渗吸过程，并且操作简单，成本低廉。
1.一种可视化自发渗吸孔隙-裂隙介质模型的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种可视化自发渗吸孔隙-裂隙介质模型的制作方法，其特征在于，步骤（1）中，所述设计含裂隙网络结构的孔隙-裂隙介质模型在设计前先确定孔隙-裂隙介质几何模型的尺寸、基质及裂隙网络结构特征，所述裂隙网络结构包括真实的孔隙-裂隙网络结构和模拟的孔隙-裂隙网络结构；其中，所述模拟的孔隙-裂隙网络结构包括但不限于正交裂隙网络结构、离散裂隙网络结构、树状分叉网络结构。
3.根据权利要求1所述的一种可视化自发渗吸孔隙-裂隙介质模型的制作方法，其特征在于，步骤（1）中，所述电感耦合等离子体刻蚀所需时间的计算方法为：根据台阶仪和椭偏仪分别测算单位时间内刻蚀的总深度与剩余胶厚，以计算出准确的刻蚀速率，并根据刻蚀速率计算所需的刻蚀时间。
4.根据权利要求1所述的一种可视化自发渗吸孔隙-裂隙介质模型的制作方法，其特征在于，步骤（2）中，所述翻模处理为利用聚二甲基硅氧烷和光学胶水分别进行翻模处理。
5.根据权利要求1所述的一种可视化自发渗吸孔隙-裂隙介质模型的制作方法，其特征在于，步骤（3）中，所述改性处理的时间根据所用流体对和目标接触角以及静置时间确定，所述改性时间、目标接触角、静置时间的关系通过标定实验确定；所述标定实验的具体操作为：在盖玻片上滴加光学胶水，使用匀胶机使其均匀铺展，然后通过紫外光照射进行固化，获得光学胶水基片；使用紫外臭氧清洗光学胶水基片，将清洗后的光学胶水基片放入透明盒子中，使用密度较小的流体相浸没盒子，然后将密度较大的流体相滴加到光学胶水基片上，待三相接触角形状稳定后，及时用接触角测量仪测量接触角大小；或者拍照后，通过软件进行接触角测量，以获得三相接触角与改性时间和静置时间的关系。
6.利用如权利要求1~5任一项所述方法制作得到的孔隙-裂隙介质模型进行自发渗吸可视化实验的方法，其特征在于，包括下述步骤：
7.根据权利要求6所述的自发渗吸可视化实验的方法，其特征在于，步骤s2中，所述使用非润湿流体饱和所述孔隙-裂隙介质模型的具体操作为：利用带有管路和接头的微量进样器吸取一定量的非润湿流体，然后从孔隙-裂隙介质模型的一端，以较低的速度缓慢注入，待孔隙-裂隙介质模型的另一端出现非润湿流体时停止注入。
8.根据权利要求6所述的自发渗吸可视化实验的方法，其特征在于，步骤s2中，所述润湿流体体积定量的具体操作为：使用带有管路的微量进样器预先吸取抽好真空的润湿流体，通过反复慢吸快排的方式排尽微量进样器和管路中的空气，然后吸取对应体积的润湿流体；将微量进样器安装到注射泵上，输入微量进样器的直径和体积，设定好注入的体积和时间，将管路出口贴近孔隙-裂隙介质模型入口，启动注射泵，将定量的润湿流体滴加到孔隙-裂隙介质模型上，在孔隙-裂隙介质模型中实现自发渗吸过程。
9.根据权利要求6所述的自发渗吸可视化实验的方法，其特征在于，在所述载物台下方安装一个蓝色光源，并且所述非润湿流体、润湿流体在使用前，先进行染色处理。
10.根据权利要求6所述的自发渗吸可视化实验的方法，其特征在于，步骤s4中，所述自发渗吸采出程度rf的计算方法为：
