从水相向油相扩散过程中扩散系数和平衡浓度的方法
【专利摘要】本发明涉及一种CO2从水相向油相扩散过程中扩散系数及平衡浓度的测量方法，将U型管底部水相饱和CO2，形成饱和碳酸水，U型管a端注入CO2，b端注入原油，由于，水相中的CO2向油相扩散，碳酸水中的CO2不再饱和，从而使气相CO2溶解在碳酸水中。通过测定CO2向饱和碳酸水扩散造成的压力变化，结合压降公式即可求出CO2从水相向油相扩散时的扩散系数以及平衡后CO2在原油中的平衡浓度。本发明首次提出了利用改进的PVT压降法测定CO2从水相向油相扩散过程中的扩散系数，该方法操作简单，原理清晰，不用通过直接测定CO2从水相向油相扩散过程中的浓度变化即可求出扩散系数，本发明对于研究CO2在油水相间的运移分布和指导油气田开发具有重要意义。
【专利说明】-种测量C〇2从水相向油相扩散过程中扩散系数和平衡浓 度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量c〇2从水相向油相扩散过程中扩散系数和平衡浓度的方法， 属于石油化工的【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 近年来，世界各地对温室气体减排要求日益提高，C〇2废气的处理逐渐成为当今社 会亟待面对和解决的难题。油田上处理C〇2的最有效方法就是将其注入油气田，不仅封存了 0)2,还有效提高了油气田的采收率。由于C〇2具有独特的相态特性和采油机理，使其在低渗 油藏、稠油油藏开采的应用越来越广泛。
[0003] 在C〇2驱、C0 2吞吐W及C0 2水气交替驱油过程中，原油、地层水或注入水与C0 2接触 后，地层流体将形成油气水H相体系，C〇2在油相、水相W及油水两相间扩散传质，溶解在原 油中的C〇2能够使原油体积膨胀，增加弹性驱动力，同时降低原油的粘度和油水界面张力， 改善油水流度比，使储层中的原油更易于采出。研究C〇2在油水两相的质量传递规律，在预 测注入C〇2在油藏中的运移和分布特征、提高原油采收率、指导油藏的有效开采方面发挥着 重要作用。因此，测定C〇2在油水相间的扩散系数及平衡浓度对于C02驱油技术的发展具有 重要意义。
[0004] 扩散系数的测量方法主要有直接测量法和间接测量法，由于直接测量法操作复 杂，取样要求高，因此，国内外多采用间接测量法测量分子扩散系数，其中，压力降落法是目 前较常用的间接测量方法。比较有代表性的压力降落法有：（1) 1996年，Riazi建立的定容 PVT筒测试气-液扩散系数方法；（2) 2000年，化ang等在Riazi试验方法的基础上进行改 进，并测试了 C〇2在黑油中的扩散系数；（3) 2010年，郭平等测定了高温高压C0 2-原油分子 扩散系数。
[0005] 中国专利文献CN102706779A公开了一种测量C〇2在岩石中扩散系数的方法。该 发明通过测定C〇2气体压力的变化获取C0 2在岩石中扩散系数。另外，C0 2在液相中的平衡 浓度主要是通过酸碱中和法或气液分离法直接测量溶解在一定量液相中的C〇2含量，从而 获得溶解在液相中的C〇2浓度。
[0006] 上述比较有代表性的压力降落法及中国专利文献CN102706779A公开的测量C〇2 在岩石中扩散系数的方法都是针对气液两相间的分子扩散系数而言，目前，对于C〇2在不互 溶的油水两相间的传质扩散研究，特别是％从水相向油相扩散过程中扩散系数的测定，国 内外还未见相关报道。
【发明内容】
[0007] 发明概述
[0008] 针对现有技术的不足，本发明公开了一种测量C〇2从水相向油相扩散过程中扩散 系数和平衡浓度的方法。
[0009] 本发明通过U型管分隔油、气、水H相，将u型管底部蒸觸水饱和CA，形成饱和碳 酸水，U型管一端注入0)2,另一端注入原油，由于碳酸水中的0)2向油相扩散，碳酸水不再 饱和，从而促使气相C〇2溶解在碳酸水中。利用气态C0 2溶解于饱和碳酸水后造成的压力随 时间变化关系，根据化azi和化ang建立的扩散系数数学模型，间接推算出饱和碳酸水中的 CA向油相运移的扩散系数和C0 2在油相中的平衡浓度。
[0010] 本发明的技术方案如下：
[0011] 一种c〇2从水相向油相扩散过程中扩散系数和平衡浓度的测量方法，其中，该方 法的实施应用到测量装置，所述测量装置包括垂直固定设置的U型管，所述U型管包括a端 和b端，所述a端和所述b端均开口朝上；具体步骤包括：
[0012] (1)测定所述U型管容积Vi及所述U型管内径横截面面积A 1，检验整个所述测量 装置的气密性；
[0013] (2)将温度为T的蒸觸水注入所述U型管，使所述U型管内充满蒸觸水，所述T的 取值范围为25°c-9(rc，；
[0014] 做将连接回压粟的回压阀连接在所述U型管b端，连通回压，所述回压粟设定到 预定压力P。，所述P。的取值范围为0. lMPa-25MPa ;
[001引 （4)将C02从所述a端注入所述U型管，注入体积为V 2,所述V2取值范围为 l/4Vi-l/3Vi，注入过程保持压力P。不变；
[0016] (5)密闭所述U型管，通过压力传感器记录所述U型管内的初始平衡压力Pi，所述 初始平衡压力Pi是指所述U型管内的压力下降幅度不超过IKPa时所述U型管内的压力；
[0017] 步骤（5)中，C0进入后，所述U型管b端无C〇2聚集，蒸觸水逐渐饱和C〇2;
[0018] (6)将连接回压粟的回压阀连接在所述U型管a端，连通回压，所述回压粟设定成 所述压力Pi;
[0019] (7)将原油从所述b端注入所述U型管，注入体积为V3，V3取值范围为I/3V2-2/3V2， 注入过程保持压力Pi不变；
[0020] 步骤（7)中，原油注入后，所述U型管a端无原油聚集，原油的注入导致所述U型 管内压力上升，由于所述U型管a端存在回压Pi，导致有与注入原油等体积的C〇2从所述a 端排出，从而维持所述U型管内的压力不变；
[0021] (8)密闭所述U型管，利用压力传感器记录所述U型管内压力P(t)随时间t变化 数据，测量最终平衡压力P。。，所述最终平衡压力是指所述U型管内的压力下降幅度不超过 IKPa时所述U型管内的压力；计算出不同时间t下压力P(t)与最终平衡压力P。。之间的压 差A P W及A P的对数Ln( A P)，得到所述U型管内压力P(t)、最终平衡压力P。。、A P的 对数Ln( A巧与时间t的关系表；绘制成压力-时间关系图及压差对数-时间关系图；所 述U型管内处于最终平衡状态，计算出所述U型管内原油高度为；L= ^ S所述U型管内 F - V C〇2高度为：\ = ；
[0022] (9)结合化azi和化ang建立的扩散系数数学模型：
[0023]
【权利要求】
1. 一种〇)2从水相向油相扩散过程中扩散系数和平衡浓度的测量方法，其特征在于，其 中，该方法的实施应用到测量装置，所述测量装置包括垂直固定设置的U型管，所述U型管 包括a端和b端，所述a端和所述b端均开口朝上；具体步骤包括： (1) 测定所述U型管容积V1及所述U型管内径横截面面积Ai，检验整个所述测量装置 的气密性； (2) 将温度为T的蒸馏水注入所述U型管，使所述U型管内充满蒸馏水，所述T的取值 范围为 25°C-90°C，； (3) 将连接回压泵的回压阀连接在所述U型管b端，连通回压，所述回压泵设定到预定 压力P。，所述Ptl的取值范围为〇?lMPa-25MPa; (4) 将CO2从所述a端注入所述U型管，注入体积为V2，所述V2取值范围为1/4V^1/3%， 注入过程保持压力Ptl不变； (5) 密闭所述U型管，通过压力传感器记录所述U型管内的初始平衡压力P1，所述初始 平衡压力？:是指所述U型管内的压力下降幅度不超过IKPa时所述U型管内的压力； (6) 将连接回压泵的回压阀连接在所述U型管a端，连通回压，所述回压泵设定成所述 压力P1; (7) 将原油从所述b端注入所述U型管，注入体积为V3，V3取值范围为l/3V2-2/3V2，注 入过程保持压力P1不变； (8) 密闭所述U型管，利用压力传感器记录所述U型管内压力P(t)随时间t变化数据， 测量最终平衡压力Prai，所述最终平衡压力是指所述U型管内的压力下降幅度不超过IKPa 时所述U型管内的压力；计算出不同时间t下压力P(t)与最终平衡压力P6q之间的压差 AP以及AP的对数Ln(AP)，得到所述U型管内压力P(t)、最终平衡压力P6q、AP的对 数Ln(AP)与时间t的关系表；绘制成压力-时间关系图及压差对数-时间关系图；所述
式⑴中，P(t)为t时刻的压力值，单位为PaAq为步骤⑶中得到的最终平衡压 力，单位为Pa;%为CO2压缩因子；R为气体常数，R= 8. 314m3 ?Pa?IT1 ?morST为步骤 (2)所述温度T，单位为°C;A为所述U型内径横截面面积A1，单位为Hi25Crai为CO2从水相向 油相扩散的平衡浓度，单位为mol/L;L为步骤（8)中注入所述U型管的原油高度，单位为m; Vg为注入所述U型管内的CO2体积，单位为m3;D为扩散系数，单位为m2/s;t为扩散时间，单 位为s; 由式（I)可知压差对数Ln[P(t)-P6q]与时间t线性相关，因此，对压差对数-时间关系 图进行线性拟合，求出拟合式中的斜率k和截距a，根据式⑴可得： 斜率
其值参考美国国家标准与技术研究院NIST提供的不同温压条件下CO2的密度值；M为CO2 的摩尔质量，M= 44Xl(T3kg/mol; 根据式（V)，求得0)2从水相向油相扩散的平衡浓度
2. 根据权利要求1所述测量方法，其特征在于，所述测量装置还包括分别与所述U型管 活动连接的CO2气罐、蒸馏水罐及原油罐，所述CO2气罐、所述蒸馏水罐及所述原油罐分别连 接平流泵。
3. 根据权利要求2所述测量方法，其特征在于，向所述U型管注入CO2、蒸馏水及原油 之前，对所述CO2气罐、所述蒸馏水罐、所述原油罐及所述U型管进行抽真空处理。
【文档编号】G01N9/36GK104502236SQ201410777991
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】李宾飞, 叶金桥, 冀延民, 李兆敏, 李松岩, 董全伟 申请人:中国石油大学(华东)