本发明涉及油气田开发领域，更具体地，涉及一种高温高压条件下观测超临界co2-气体扩散现象的可视化方法。
背景技术：
：扩散是物系中存在浓度梯度的组分，由高浓度区向低浓度区转移的现象。扩散现象遍布化学工业、建筑材料及食品行业等各个领域，扩散过程复杂，包括众多扩散机理。开展扩散现象的研究有利于加深对传质过程的了解，具有重要的理论和工业意义。常温常压下co2在其他气体间扩散速度很快，但是高温高压下，由于超临界co2与其他气体间的性质差异，扩散速度可能会大幅降低，这种超临界co2-气体扩散性质的差异在石油天然气、环保、化工等领域广泛应用，特别是二氧化碳提高气藏采收率和二氧化碳在气藏中的封存，均利用超临界二氧化碳在天然气中扩散系数低、两者不易混合的性质，气藏采收效果显著。目前，由于分子扩散现象的计算没有统一的理论方法，通常采用实验测试手段开展研究。实验研究方法主要有两种：一是直接法，在不同的时间和不同的扩散距离对流体采样，然后对这些样本进行分析，得到气体的浓度数据，再结合相应的数学模型，评价扩散现象；二是间接法，通过测试由于相间传质引起的体系压力、流体密度等的变化，采用相应的数学模型来确定。近年来，随着现代测试技术的发展，间接法成为测试分子扩散的主要手段。比较有代表性的是riazimr(anewmethodforexperimentalmeasurementofdiffusivitycoefficientsinreservoirfluids[j]，spej，1996， 14(5)：235-250)、guop(moleculardiffusioncoefficientsofthemulti-componentgas-crudeoilsystemsunderhightemperatureandpressure[j]，industrial&engineeringchemistryresearch，2009，48：9023-9027)等利用pvt筒测试气-液扩散的方法，oballav(anexperimentalstudyofdiffusioninthebitumen-toluenesystem[j]，journalofcanadianpetroleumtechnology，1989，28(2)：63-90)、weny(estimationofdiffusioncoefficientsinbitumensolventmixturesusinglowfieldnmrandx-raycatscanning[c]，the5thinternationalconferenceoilpetroleumphasebehaviorandfouling，banff，alberta，canada，june13-17th，2004)等利用激光、x射线扫描技术通过测试饱和度曲线测试黑油-液态轻烃组分之间的扩散，专利文件cn104390886a公开了一种利用核磁共振成像技术快速测定气-液扩散系数的方法，yangd(dynamicinterfacialtensionmethodformeasuringgasdiffusioncoefficientandinterfacemasstransfercoefficientinaliquid[j]，industrial&engineeringchemistryresearch，2006，45：4999-5008)等利用动态界面张力测试方法测定co2在盐水中的扩散等。但是上述方法中存在以下不足：1)以测定气-液扩散为主，评价超临界co2-气体扩散现象较少；2)直接方法需要不断取样，测试气体浓度，取样过程中体系发生扰动，无法完全真实体现分子扩散；3)实验过程不够直观。目前缺少一种高温高压条件下，直观可视化的观测超临界co2-气体扩散现象的方法。实现直观可视化观测需要区分超临界co2与其它气体，主要是利用超临界co2的染色方法。陆同庆等(超临界二氧化碳流体中分散染料的溶解性研究[j]，《印染》，2005，31(10):21-24)、鲍萍等(超临界二氧化碳染料溶解度的测试[j]，《印染》，2003，29(3):29-32)都研究讨论了不同商品分散染料在超临界co2中的溶解性能，由于商品分散染料分子极性弱，分子量不大，易溶解于超临界co2，并与其形成一相，这为区分超临界co2与其它气体奠定了基础。技术实现要素：本发明的目的在于，建立一种高温高压条件下观测超临界co2-气体扩散现象的方法，利用分散染料分子极性弱、分子量不大，易溶于超临界co2形成一相等特性，对超临界co2染色，为区分超临界co2与其他气体奠定了基础，进而实现对超临界co2-气体扩散现象的可视化和直观评价。为了实现上述目的，本发明提供一种观测超临界co2-气体扩散现象的方法，该方法包括如下步骤：1)将co2和实验气体a分别充注至已抽真空的两个高温高压气体活塞容器的气体活动区中，所述气体活动区为高温高压气体活塞容器被活塞分割成的两个独立区域之一，另一区域为压力控制区；将超临界co2染色剂放入可视化反应釜的气体扩散区中；所述气体扩散区为可视化反应釜被活塞分割成的两个独立区域之一，另一区域为压力控制区；2)将可视化反应釜的气体扩散区抽真空并加热至实验温度，实验温度不低于co2临界温度；3)将高温高压气体活塞容器中的co2注入可视化反应釜的气体扩散区进行染色，注入过程中保持反应釜内压力恒定为实验压力，实验压力不低于co2临界压力，记录反应釜内co2的状态；4)待co2染色均匀后，将高温高压气体活塞容器中的实验气体a注入可视化反应釜的气体扩散区，注入过程中保持反应釜内压力恒定为实验压力，记录反应釜内超临界co2-实验气体a的状态。按照本发明提供的方法，该方法所用装置包括：可视化反应釜、烘箱、高压柱塞泵、高温高压气体活塞容器、真空泵、高压压力表、管阀件、光源以及高清摄像装置。高温高压气体活塞容器被活塞分割成两个独立区域：气体活动区和压力控制区；可视化反应釜被活塞分割成两个独立区域：气 体扩散区和压力控制区。烘箱为可视化反应釜和高温高压气体容器及管阀件提供恒定高温环境。两套高压柱塞泵分别提供气体注入动力和控制可视化反应釜的体系压力。真空泵排除充注实验介质前可视化反应釜和两套高温高压气体活塞容器及管阀件中的空气。高压压力表测定气体注入压力和可视化反应釜的体系压力。所述可视化反应釜为高温高压可视化反应釜，材质可选用透明耐高温高压材料，可承受的最高温度为150℃，最高压力为70mpa。按照本发明提供的方法，所述实验的温度和压力能够满足使co2处于临界状态即可。优选地，实验温度为co2临界温度～150℃，实验压力为co2临界压力～70mpa。按照本发明提供的方法，所述记录优选为拍摄。实验过程中采用高清摄像装置拍摄可视化反应釜内的气体现象。具体地，可视化反应釜的后部采用光源进行透射，前部采用高清摄像装置拍摄反应釜内的气体状态。按照本发明提供的方法，所述实验气体a优选选自惰性气体和/或有机烃类气体。所述实验气体a进一步优选为甲烷和/或乙烷。按照本发明提供的方法，步骤3)中，优选地，恒速将co2注入可视化反应釜的气体扩散区。按照本发明提供的方法，步骤4)中，优选地，恒速将实验气体a注入可视化反应釜的气体扩散区。按照本发明提供的方法，步骤4)中，优选地，按照一定时间间隔连续拍摄可视化反应釜的气体扩散区内超临界co2-实验气体a的状态并记录时间，直至超临界co2-实验气体a混合均匀。按照本发明提供的方法，步骤3)和步骤4)中，优选地，利用高压柱塞泵保持可视化反应釜的气体扩散区内压力恒定为实验压力。按照本发明提供的方法，优选地，所述超临界co2染色剂选自蒽醌染料或偶氮染料，其浓度优选为0.02g/l～0.2g/l。所述超临界co2染色剂进一 步优选为分散大红s-bwfl，其化学名称为2,2'-[[3-乙酰氨基-4-[(4-硝基苯基)偶氮]苯基]亚氨基]二乙基二乙酸酯，分子结构如下所示：与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用分散染料分子极性弱、分子量不大，易溶于超临界co2形成一相的特点，对超临界co2染色，为区分超临界co2与其他气体奠定了基础，能够直观地评价超临界co2-气体扩散现象，实现在高温高压条件下观测超临界co2-气体扩散现象的可视化和直观评价，能够真实的体现分子之间的扩散。附图说明图1示出了本发明方法的实验装置及流程示意图。上述图中标号说明如下：1—可视化反应釜，2—烘箱，3-1—高压柱塞泵，3-2—高压柱塞泵，4-1—高温高压气体活塞容器，4-2—高温高压气体活塞容器，5—真空泵，6—高压压力表，7-1—管阀件，7-2—管阀件，7-3—管阀件，8—光源，9—高清摄像装置。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例1该实施例为观测超临界co2在ch4中的扩散现象。采用如图1所示的 实验装置。所用超临界co2染色剂为分散大红s-bwfl。具体实验步骤如下：1)将co2和ch4分别充注至已抽真空的两个高温高压气体活塞容器4-1和4-2的气体活动区中，所述气体活动区为高温高压气体活塞容器4-1和4-2被活塞分割成的两个独立区域之一，另一区域为压力控制区；将分散大红s-bwfl放入可视化反应釜1的气体扩散区中；所述气体扩散区为可视化反应釜被活塞1分割成的两个独立区域之一，另一区域为压力控制区；2)利用真空泵5将可视化反应釜1的气体扩散区抽真空，并通过烘箱2加热至85℃，待体系温度稳定之后开始实验；3)利用高压柱塞泵3-2将高温高压气体活塞容器4-1中的co2注入可视化反应釜1的气体扩散区进行染色，注入过程中，利用高压柱塞泵3-1驱动可视化反应釜1的活塞下部，高压压力表6测定气体注入压力，保持反应釜内压力恒定为10mpa，注入25ml后停止注气，记录反应釜内co2的状态；4)待co2染色均匀后，将高温高压气体活塞容器4-2中的ch4注入可视化反应釜1的气体扩散区，注入过程中，利用高压柱塞泵3-1驱动可视化反应釜1的活塞下部，高压压力表6测定气体注入压力，保持反应釜内压力恒定为10mpa，注入75ml后停止注气，关闭可视化反应釜1的注入阀，可视化反应釜1的后部采用光源8进行透射，前部采用高清摄像装置9拍摄反应釜内超临界co2-ch4的初始状态；按照一定时间间隔连续拍摄反应釜内超临界co2-ch4的扩散状态并记录时间，直至反应釜内气体颜色均一，记录得到平衡时间为77h。实施例2-4根据实施例1中的方法进行实验，不同的是，实验压力分别为15mpa、 20mpa、25mpa。实施例1-4的实验压力和记录得到的平衡时间如表1所示。表1编号实验压力(mpa)平衡时间(h)实施例11077实施例215118实施例320190实施例425213以上实验结果表明，通过本发明的方法，能够实现在高温高压条件下观测超临界co2-气体扩散。同时可以看出，压力越高，超临界co2在ch4中的扩散速度越慢。以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。当前第1页12