应用MRI原位测量储层温压下CO2-盐水对流混合的装置及方法与流程

应用mri原位测量储层温压下co
2-盐水对流混合的装置及方法
技术领域
[0001]
本发明属于多相流技术领域，涉及一种应用mri原位测量储层温压下co
2-盐水对流混合的装置及方法。


背景技术：

[0002]
co2的大量排放造成全球变暖，温室效应加剧等影响。co2地质封存作为实现减排的一种方式，具有巨大潜力。百万吨的co2经过高压管道埋存至指定封存地，随着时间的推移，注入到盐水层的co2由于存在浮力等原因不断向上运移，最终大量气体积聚在盖层底部。这部分co2积聚并不断扩散和溶解于原位盐水，与盐水最终产生密度差而促使发生对流，这一过程有效的加速了流体间混合。在复杂的地质环境下，岩石的非均质构造会直接影响重力驱动下的对流混合界面界面特性，进而影响流体间的传质和co2封存效率等。定量化描述储层环境内co
2-盐水系统对流混合界面特性将增加对于地层流体运移和传质的认识与评估。
[0003]
现有实验室尺度下常采用的对流混合可视化方法包括模拟流体对法，指示剂法和吸光度法等。所用的可视化设备主要有hele-shaw盒子，含可视窗的高压反应容器，x-ct成像设备等。
[0004]
替代流体对法即利用两种含有密度差的混相流体（化学试剂，醇类和油类等）来模拟溶解了scco2的盐水和原位盐水进行观测，是当前实验室广泛应用的一种测量方法。大多数研究将两种纯流体放入hele-shaw盒子中，或含有多孔介质的反应釜并结合x-ct成像设备进行观测。这种方法操作简单，但也存在局限如，流体的动力学与储层流体不相似，从而测量存在根本性误差；其次，实验装置不能最大化的接近储层压力和温度环境；第三，不同成像设备对流体对的选择有限制。指示剂法是利用co2溶于水后导致水中ph值发生变化，加入对ph敏感的溶液以呈现对流图像。吸光度法则是利用特定波长的光线照射某种溶液的衰减作用来实现可视化。指示剂法和吸光度法通常在hele-shaw盒子或含可视窗的高压反应釜等设备上使用，采集到的多为纯流体靠近设备壁面处的二维图像，无法实现多孔介质中的观测。即使在可视区内填入一层较薄的多孔介质，由于多孔介质与容器壁面间的渗透率大于多孔介质内部渗透率，测量结果受壁面效应的影响也会较大。
[0005]
综合考虑真实储层条件下，co
2-盐水流体系统的对流混合过程受温度，压力，溶解度和多孔介质种类等因素的影响。上述测量方法均存在局限性，无法准确描述co
2-盐水流体系统对流混合相界面特性和传质规律。


技术实现要素：

[0006]
本发明为解决现有对于多孔介质中co
2-盐水流体系统对流混合测量过程存在局限性而难以开展相关实验的问题，提出了一种应用mri原位测量储层温压下co
2-盐水对流混合的装置及方法。本发明基于mri无损检测设备，能够连续捕集co
2-盐水系统对流混合界面变化图像，流体间的密度差仅由溶解了盐水的co2产生，兼顾密度差驱动下的对流混合起始阶段和后续对流混合发生时co2持续溶解阶段，达到多孔介质内对流混合过程成像真实、
准确的目的。实现同时能够模拟储层高温高压条件下流体界面特性的观测，包括指进初始扰动，指进数量，指进移动速率和传质过程的测量等。
[0007]
一种应用mri原位测量储层温压下co
2-盐水对流混合的实验装置，：所述气瓶通过气体管连接注气泵，再由注气管连接至三通阀气体口；注水泵经第一注水管后，由重流体容器注水管后连接至重流体容器，重流体容器经过重流体阀后，由重流体管、流体共用管连接至三通阀的液体口；注水泵经第一注水管后，由轻流体容器注水管连接至轻流体容器，轻流体容器经过轻流体阀后，由轻流体管、流体共用管连接至三通阀的液体口；三通阀经过反应釜管连接至高压反应釜的第一接口；背压泵通过第二注水管连接至高压反应釜的第二接口；高压反应釜的外侧设置循环油浴；反应釜管上设有热电偶和压力传感器；真空泵通过真空泵管连接至流体共用管。
[0008]
一种应用mri原位测量储层温压下co
2-盐水对流混合的实验装置的工作方法，该方法包括以下步骤：1）先将高压反应釜倒置放置于mri设备外预操作，倒置的高压反应釜，第一接口位于倒置高压反应釜的底部，第二接口位于倒置高压反应釜的顶部；1a、启动真空泵，真空泵通过真空泵管对气体管、注气管、重流体管、轻流体管、流体共用管和高压反应釜抽真空；1b、控制三通阀连通流体共用管和反应釜管，打开轻流体阀启动注水泵将水沿着第一注水管和轻流体容器注水管从底部注入到轻流体容器中，轻流体容器中水推动活塞将轻流体f
a
沿着轻流体管、流体共用管进入三通阀，再经过反应釜管通过第一接口连接至高压反应釜；1c、启动背压泵，由第二注水管连接至高压反应釜的第二接口，控制高压反应釜的压力；在实验压力下用轻流体f
a
饱和高压反应釜中的多孔介质，充分饱和后，关闭轻流体阀；打开循环油浴，设置为实验温度对倒置的高压反应釜进行预控温；1d、打开重流体阀，启动注水泵将水沿着第一注水管和重流体容器注水管从底部注入到重流体容器中，重流体容器中水推动活塞将重流体f
b
沿着重流体管、流体共用管进入三通阀，再经过反应釜管通过第一接口连接至高压反应釜；1e、从第一接口向上注入重流体f
b
至倒置的高压反应釜一半的位置，此时倒置的高压反应釜内同时存在两种含有密度差的流体；2）将高压反应釜从倒置转为正放，此时第一接口位于高压反应釜的顶部，第二接口位于高压反应釜的底部；将高压反应釜放置于mri设备中；2b、此时，高压反应釜中重流体f
b
位于轻流体f
b
之上，并确保流体界面放置于成像视野中；打开注气泵使气瓶中的co2气体通过气体管、注气管，再经过三通阀、反应釜管后由第一接口连接至高压反应釜，通入实验压力下的co2气体使其在对流发生后持续溶解；2c、调节mri设备的参数并连续采集图像，观察对流混合发展过程；所述轻流体f
a
为同时含有氯化锰和氯化钠的盐水作为轻流体，记录轻流体f
a
的密度为ρ
a
；配置与上述轻流体相同密度氯化钠盐水溶液，并在实验压力下向氯化钠盐水溶液中溶解co2作为重流体f
b
，记录重流体f
b
的密度为ρ
b
；流体的密度差
∆
ρ仅为溶于盐水中的co2产生，记录两种溶液的密度差为
∆
ρ=ρ
b-ρ
a
；所述轻流体f
a
中氯化锰与氯化钠的质量比为1:5-10。
[0009]
制备同时含有氯化锰和氯化钠的盐水作为轻流体，加入的氯化锰可以增强mri图像对比度，记录此时轻流体f
a
的密度为ρ
a
；制备与上述轻流体相同密度氯化钠盐水溶液，并在实验压力下向纯盐水溶液中充分溶解co2作为重流体，记录重流体f
b
的密度为ρ
b
，记录此时两种溶液的密度差为
∆
ρ=ρ
b-ρ
a
，流体的密度差
∆
ρ仅为溶于盐水中的co2产生；两种盐溶液的区别配置解决了多孔介质内co2体系流体对流混合过程的成像区分难题。
[0010]
注入重流体前先对系统无流体管路段抽真空处理，以防止空气掺杂或盐水中少量co2逃逸影响流体界面接触。随后由背压泵控制压力，向上注入重流体至倒置的反应釜至合适位置，此时反应釜内同时存在两种含有密度差的流体；整个实验过程中严格温度控制以维持co2或scco2相态。
[0011]
本发明的有益效果为：该方法同时兼顾密度差驱动下的对流混合起始阶段和后续对流混合发生时co2持续溶解阶段，达到多孔介质内对流混合过程成像真实、准确的目的；首先将配置好的轻流体（模拟原位盐水）饱和多孔介质，然后向倒置的反应釜中向上注入配置的重流体（模拟溶解了co2的盐水）驱走一部分轻流体，由于流体间存在密度差即可触发对流，同时使上层多孔介质内的盐水溶液继续接触高压co2保证持续溶解，使实验方法更加贴近真实储层情况；本发明适用于真实储层工况下co2/scco
2-盐水系统对流混合的可视化测量，突破了长期以来co
2-盐水流体系统难以在三维多孔介质中观测的局限。该方法首先制备含有氯化锰的盐水作为轻流体，以增强图像对比度。同时制备饱和了co2的盐水作为重流体，两种流体间产生的密度差仅为溶解的co2产生。在填充了多孔介质的高压反应釜中先用轻流体充分饱和，随后从底部注入重流体取代一部分轻流体。最后将高压反应釜倒转放入mri腔体中连续采集图像，过程中实验压力下的co2持续溶解于重流体中，最后得到co
2-盐水对流混合的灰度图以实现实验室尺度下的观测和定量化分析。
附图说明
[0012]
图1为一种应用mri原位测量储层温压下co
2-盐水对流混合的装置图。
[0014]
图中：1、气瓶，1a、气体管，2、循环油浴，3、注气泵，3a、注气管，4、高压反应釜，4a、第一接口，4b、第二接口，4c、反应釜管，5、热电偶，6、压力传感器，7、轻流体容器，7a、轻流体容器注水管，7b、轻流体管，7c、轻流体阀，8、重流体容器，8a、重流体容器注水管，8b、重流体管，8c、重流体阀，9、注水泵，9a、第一注水管，10、真空泵，10a、真空泵管，11、mri设备，12、背压泵，12a、第二注水管，13、三通阀，14、流体共用管。
具体实施方式
[0015]
以下结合具体技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
[0016]
图1示出了一种应用mri原位测量储层温压下co
2-盐水对流混合的实验装置，气瓶1通过气体管1a连接注气泵3，再由注气管3a连接至三通阀13，三通阀13再经过反应釜管4c连接至高压反应釜4；高压反应釜4设置第一接口4a和第二接口4b，高压反应釜4的外侧设置循环油浴2；反应釜管4c上设有热电偶5和压力传感器6；注水泵9经第一注水管9a后，由重流体容器注水管8a后连接至重流体容器8，重流体容器8经过重流体阀8c后，由重流体管8b、流体共用管14连接至三通阀13的液体口；注水泵9经第一注水管9a后，由轻流体容器注水管7a
连接至轻流体容器7，轻流体容器7经过轻流体阀7c后，由轻流体管7b、流体共用管14连接至三通阀13的液体口；三通阀13经过反应釜管4c连接至高压反应釜4的第一接口4a。
[0017]
一种应用mri原位测量储层温压下co
2-盐水对流混合的实验装置的工作方法，该方法包括以下步骤：1）先将高压反应釜4倒置放置于mri设备11外预操作，倒置的高压反应釜4，第一接口4a位于倒置高压反应釜4的底部，第二接口4b位于倒置高压反应釜4的顶部；1a、启动真空泵10，真空泵10通过真空泵管10a对气体管1a、注气管3a、重流体管8b、轻流体管7b、流体共用管14和高压反应釜4抽真空；1b、控制三通阀15连通流体共用管14和反应釜管4c，打开轻流体阀7c启动注水泵9将水沿着第一注水管9a和轻流体容器注水管7a从底部注入到轻流体容器7中，轻流体容器7中水推动活塞将轻流体f
a
沿着轻流体管7b、流体共用管14进入三通阀13，再经过反应釜管4c通过第一接口4a连接至高压反应釜4；1c、启动背压泵12，由第二注水管12a连接至高压反应釜4的第二接口4b，控制高压反应釜4的压力；在实验压力下用轻流体f
a
饱和高压反应釜4中的多孔介质，充分饱和后，关闭轻流体阀7c；打开循环油浴2，设置为实验温度对倒置的高压反应釜4进行预控温；1d、打开重流体阀8c，启动注水泵9将水沿着第一注水管9a和重流体容器注水管8a从底部注入到重流体容器8中，重流体容器8中水推动活塞将重流体f
b
沿着重流体管8b、流体共用管14进入三通阀13，再经过反应釜管4c通过第一接口4a连接至高压反应釜4；1e、从第一接口4a向上注入重流体f
b
至倒置的高压反应釜4一半的位置，此时倒置的高压反应釜4内同时存在两种含有密度差的流体；2）将高压反应釜4从倒置转为正放，此时第一接口4a位于高压反应釜4的顶部，第二接口4b位于高压反应釜4的底部；将高压反应釜4放置于mri设备11中；2b、此时，高压反应釜4中重流体f
b
位于轻流体f
b
之上，并确保流体界面放置于成像视野中；打开注气泵3使气瓶1中的co2气体通过气体管1a、注气管3a，再经过三通阀13、反应釜管4c后由第一接口4a连接至高压反应釜4；控制三通阀13连通高压反应釜管4c和注气管3a，通入实验压力下的co2气体使其在对流发生后持续溶解；2c、调节mri设备11的参数并连续采集图像，观察对流混合发展过程；所述轻流体f
a
为同时含有氯化锰和氯化钠的盐水作为轻流体，记录轻流体f
a
的密度为ρ
a
；重流体f
b
为与上述轻流体相同密度氯化钠盐水溶液，并在实验压力下向纯盐水溶液中充分溶解co2作为重流体，记录重流体f
b
的密度为ρ
b
；流体的密度差
∆
ρ仅为溶于盐水中的co2产生，记录两种溶液的密度差为
∆
ρ=ρ
b-ρ
a
。
[0018]
实施例1在38℃，8.5 mpa条件下，应用mri在bz02玻璃砂中原位测量co
2-盐水对流混合过程。
[0019]
步骤一：流体制备；制备同时含有0.5 wt%氯化锰和2.5 wt%氯化钠的盐水作为轻流体，其中加入的少量氯化锰可以增强mri图像对比度，记录此时轻流体f
a
的密度为ρ
a
；制备3.0 wt%的氯化钠盐水溶液，并在8.5mpa/38℃下向3.0 wt%氯化钠溶液中充分溶解co2作为重流体，记录重流体f
b
的密度为ρ
b
，记录此时两种溶液的密度差为
∆
ρ=ρ
b-ρ
a
；步骤二：轻流体f
a
饱和多孔介质；
抽真空，在实验压力下用含有0.5 wt%氯化锰和2.5 wt%氯化钠的盐水f
a
饱和多孔介质，静止一段时间确保玻璃砂被轻流体f
a
充分饱和；打开循环油浴设置为38℃对反应釜进行控温；步骤三：重流体f
b
注入多孔介质先对系统无流体管路段抽真空处理，以防止空气掺杂或盐水中少量co2逃逸影响流体界面接触，随后由背压泵控制压力8.5 mpa，向上注入重流体f
b
至反应釜至1/2位置，此时反应釜内同时存在两种含有密度差的流体,且密度差由scco2产生；步骤四：放置于mri腔体；倒置反应釜使饱和了co2的重流体f
b
位于轻流体f
b
之上，并确保流体界面放置于成像视野中，打开上方三通阀门通入8.5 mpa下的scco2气体使其在对流发生后持续溶解；并控制注气泵和管路温度以维持scco2相态；步骤五：进行对流混合实验；调节mri参数并连续采集图像，观察对流混合发展过程；实验结束后进行重复实验以及更换温度压力范围以便分析。