一种用于测定CO2多组分体系最小混相压力的装置的制作方法

本实用新型属于CO₂驱提高油井采收率技术领域，具体涉及一种用于测定CO₂多组分体系最小混相压力的装置。

背景技术：

目前，确定CO₂与原油最小混相压力的实验装置主要有三种：长细管、悬滴界面张力仪和升泡仪。其中，比较权威的是采用长细管确定CO₂与原油的最小混相压力(曹银盛.二氧化碳最小混相压力影响因素的实验研究[J].油田化学，1986，3(3)：159-166)，该实验装置是利用长细管模型进行CO₂驱油，驱替倍数达到1.2PV、驱油效率大于90％时的驱替压力即认为是CO₂与原油的最小混相压力，但是采用该装置及方法确定最小混相压力耗时长。而升泡仪装置操作较简便(郭平，杨学锋，冉新权.油藏注气最小混相压力研究[M].北京：石油工业出版社，2005)，但其只能测定蒸发气驱混相压力，靠定性判断，缺乏定量分析。

采用悬滴法确定CO₂与原油最小混相压力是利用悬滴界面张力仪观察、测定CO₂与原油油滴间界面消失时的压力为CO₂与原油的最小混相压力(彭宝仔，罗虎，陈光进，孙长宇.用界面张力法测定CO₂与原油的最小混相压力[J].石油学报，2007，28(3))，该装置只需输入重相、轻相的密度，直至相界面消失，通过数据曲线分析、处理就能够定量，装置简便、操作快速。其中，重相即原油的密度采用PVT测定，轻相CO₂的密度采用BWRS状态方程计算得到。然而，当轻相为CO₂与其他组分的混合物(CO₂多组分体系)时，其密度不能通过公式计算得到，而且，CO₂与其他组分的混合物在整个测试研究过程中本身也存在从非混相至混相的动态过程，更不利于其密度的确定，因此，采用原有的界面张力测试系统无法推算出CO₂多组分体系的最小混相压力。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种用于测定CO₂多组分体系最小混相压力的装置，通过在界面张力测试系统中设置高温高压密度计，能够直接读取CO₂多组分体系的密度，得到不同压力下CO₂多组分体系的界面张力，进而推算出CO₂多组分体系的最小混相压力。

本实用新型采用的解决方案如下：本实用新型提供一种用于测定CO₂多组分体系最小混相压力的装置，该装置包括：分别与高温高压悬滴界面张力仪连接的原油供给系统、二氧化碳供给系统、助剂供给系统、高温高压密度计和抽真空系统；其中，所述高温高压密度计用于在线测定高温高压悬滴界面张力仪中CO₂多组分体系的密度，所述抽真空系统用于控制装置的真空度。

按照本实用新型，所述高温高压悬滴界面张力仪为本领域常规的选择，按照一种优选实施方式，所述高温高压悬滴界面张力仪包括设有可视窗口的悬滴室、放大摄像系统和计算机图像处理系统，所述悬滴室的室内顶部设有连接所述原油供给系统的探针，所述放大摄像系统于拍摄探针上油滴的图像，并将图像信号传输于所述计算机图像处理系统。

进一步优选地，所述高温高压悬滴界面张力仪还包括保温套，设置于所述悬滴室的外侧。

按照本实用新型，所述原油供给系统、二氧化碳供给系统、助剂供给系统均可参照现有技术选择，只要能输送到所述悬滴室并达到控制相应组分进料量的作用即可。

优选地，所述原油供给系统包括依次连接的原油转样泵和原油进样泵。

优选地，所述二氧化碳供给系统包括依次连接的增压泵和二氧化碳容器，二氧化碳容器与所述高温高压悬滴界面张力仪连接，且所述二氧化碳容器上连接有二氧化碳气瓶。

优选地，所述助剂供给系统包括手动进样器。

优选地，所述抽真空系统包括排空管线和真空泵，与所述悬滴室管线连接。

优选地，所述高温高压密度计具有两根管线，一支管线连接到悬滴室，另一支管线连接到抽真空系统与悬滴室相连接的管线上。

采用本实用新型的装置能够实现CO₂多组分体系最小混相压力的测定，由于混相过程中的CO₂多组分体系的密度不遵循线性规律，无法用经验公式计算得到，通过高温高压密度计的设置，能够实现任一温度、压力下平衡状态的CO₂多组分体系密度的在线测定，可直接读取得到，得到不同压力下CO₂多组分体系的界面张力，进而推算得到CO₂多组分体系最小混相压力。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1为本实用新型的一种具体实施方式的用于测定CO₂多组分体系最小混相压力装置的示意图。

图2为应用实施例1测得的压力与界面张力的关系图。

图3为应用实施例2测得的压力与界面张力的关系图。

图4为应用实施例3测得的压力与界面张力的关系图。

附图标记说明

1、原油供给系统；2、二氧化碳供给系统；3、高温高压悬滴界面张力仪；4、高温高压密度计；5、抽真空系统；6、助剂供给系统；7、原油转样泵；8、原油进样泵；9、增压泵；10、二氧化碳容器；11、二氧化碳气瓶；12、悬滴室；13、探针；14可视窗口；15、光源；17、放大摄像系统；18、计算机图像处理系统；19、排空管线；20、真空泵；21、手动进样器。

具体实施方式

为使本实用新型更加容易理解，下面将结合具体实施方式来详细说明本实用新型，这些实施方式仅起说明性作用，并不用于限制本实用新型。

根据示例性的用于测定CO₂多组分体系最小混相压力的装置，如图1所示，该装置由分别与高温高压悬滴界面张力仪3连接的原油供给系统1、二氧化碳供给系统2、助剂供给系统6、高温高压密度计4和抽真空系统5组成；其中，所述高温高压密度计4可在线测定高温高压悬滴界面张力仪3中CO₂多组分体系的密度，所述抽真空系统5用于控制装置的真空度。

高温高压悬滴界面张力仪3包括设有可视窗口14的悬滴室12、放大摄像系统17和计算机图像处理系统18，悬滴室12的室内顶部设有连接原油进样泵8的探针13，放大摄像系统17透过可视窗口14可拍摄探针13上油滴的图像，并将图像信号传输于计算机图像处理系统18。

悬滴室12内本身具有加热部件能够提供测试所需温度，但是为了进一步避免热量流失对测试准确性的影响，在悬滴室12外侧设置保温套(图中未示出)。

原油供给系统1包括依次连接的原油转样泵7和原油进样泵8。

二氧化碳供给系统2包括依次连接的增压泵9和二氧化碳容器10，且二氧化碳容器10上连接有二氧化碳气瓶11，二氧化碳容器10连接于悬滴室12。

抽真空系统5包括排空管线19和真空泵20，与悬滴室12管线连接。

高温高压密度计4具有两根管线，一支管线连接到悬滴室12，另一支管线连接到抽真空系统5与悬滴室12相连接的管线上。

助剂供给系统6包括手动进样器21，连接到悬滴室12。

另外，本实用新型的装置中还包括压力表和阀门，具体根据需要而进行设置，属于本领域的常规选择，其中，压力表用于检测装置的压力，而通过有序地操作阀门的开关，能够实现装置的正常进料、放料和排空等。

本实用新型中，装置中各具体部件可以为本领域的常规选择，在此不再赘述。

图1所示装置的具体使用方法可以包括：

将装置抽真空，并通过将CO₂引入装置且排放多次，以除去残存的空气；设定高温高压悬滴界面张力仪3的测定温度，待悬滴室12的温度达到设定温度时，通过手动进样器21将助剂注入悬滴室12中，将CO₂引入悬滴室12并用增压泵9加压至所需压力，再缓慢将原油压入悬滴室12，在探针13处形成小油滴，当油滴快要脱落探针13时，由放大摄像系统17拍下油滴图片，将图片信号传至计算机图像处理系统18，另外，实验过程中始终保持高温高压悬滴界面张力仪3与高温高压密度计4的连通，待体系达到稳定状态(每改变温度或压力达到一个测试点时至少平衡30分钟)，从高温高压密度计4的显示器上直接读出CO₂多组分体系的密度值，而原油的密度可以在混相前单独在高温高压密度计4上通过旁路系统加样测试。

本实用新型装置的应用中，CO₂多组分体系界面张力的确定方法与本领域常规的悬滴法相同，具体是通过测定悬挂在探针顶部的液滴外形参数，应用Andreas等提出的选面法来计算界面张力。其数学模型为

γ＝Δρd_e²g/H(1)

1/H＝f(d_s/d_e)(2)

式中：d_e为悬滴液滴的最大直径；g为重力常数；Δρ为两相密度差；d_s为选择面直径，其定义为在与悬滴顶点垂直距离等于d_e时最大直径的平行线交于液滴外形曲线的长度；1/H可由d_s/d_e值查数据表得到。

其中，d_e和d_s均通过计算机图像处理系统18得到；Δρ为重相(原油)和轻相(CO₂多组分体系)的密度差，重相在不同温度压力下的密度可通过旁路系统在高温高压密度计上预先测定；轻相的密度可从高温高压密度计上直接读取。

将在同一温度和压力下测得或查得的上述参数代入公式(1)中，可计算出此温度和压力下的两相界面张力值，进而推算得到CO₂多组分体系最小混相压力。

本实用新型装置的应用中，助剂可以是任意的对CO₂最小混相压力具有影响的试剂，例如，所述助剂可以是由C₂-C₆脂肪醇中的一种或几种构成的组合物，其可以降低原油与CO₂的最小混相压力。

具体地，所述助剂可以是以下两种或两种以上组分在30-50℃充分搅拌混匀的组合物(各组分中的物质以质量百分比计量)：

组分1：乙醇10-70％，丙醇30-90％；

组分2：乙醇50-80％，戊醇20-50％；

组分3：乙醇20-33％、异丙醇34-70％、己醇10-33％；

组分4：乙醇50-90％、丁醇10-50％。

按照本实用新型装置的应用，所述助剂在CO₂多组分中的质量浓度为0～10％。

以下将通过具体的应用实施例对本实用新型装置的测试效果进行说明。

在以下的应用实施例和应用对比例中：

高温高压界面张力仪的型号为FTA100，购自ST公司。

高温高压密度计的型号为DMA HP，购自安东帕公司，其适用于0～200℃、0～70MPa。

CO₂由北京氦普北分气体有限公司生产，纯度为99.99％。

原油为取自腰英台油田现场的脱水脱气原油。

助剂是由质量比为2︰7︰1的乙醇、异丙醇和己醇在50℃下搅拌混合30min得到的组合物，其中的乙醇、异丙醇和己醇均购自百灵威科技有限公司，纯度为99.7％。

应用实施例1

采用图1所示装置测定CO₂最小混相压力，测定对象为原油和CO₂，温度90℃，压力由8MPa升高至27MPa，具体的测试结果见图2，其中，根据测得的各压力下的界面张力，推算得到原油与CO₂最小混相压力为26.86MPa。

应用实施例2

采用图1所示装置测定CO₂多组分体系最小混相压力，测定对象为原油、CO₂与浓度为1.3wt％的助剂，温度90℃，压力由8MPa升高至20MPa，具体的测试结果见图3，其中，根据测得的各压力下的界面张力，推算得到原油与CO₂多组分体系的最小混相压力为19.29MPa。

应用实施例3

采用图1所示装置测定CO₂多组分体系最小混相压力，测定对象为原油、CO₂与浓度为8.8wt％的助剂，温度90℃，压力由8MPa升高至12MPa，具体的测试结果见图4，其中，根据测得的各压力下的界面张力，推算得到原油与CO₂多组分体系的最小混相压力为11.02MPa。

应用对比例1

采用长细管确定CO₂与原油的最小混相压力，具体测定装置及方法参见(许瀚元，熊钰.细管实验法确定最小混相压力的方法[J].内江科技，2012，6：92-93)，测定对象为原油和CO₂，确定原油与CO₂最小混相压力为26.63MPa。

采用本实用新型装置测得的CO₂最小混相压力(应用实施例1)与采用长细管测得的压力值相比较，两者的偏差为0.23MPa，证明了本实用新型装置的准确性，而且本实用新型的装置同样适用于CO₂多组分体系最小混相压力的测定。

以上已经描述了本实用新型的实施例，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实施例。在不偏离所说明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。