[發明專利]一種測量CO2在油水兩相間擴散過程及擴散系數的方法

有效

• 申請號: 201710267211.5
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107063935B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 李賓飛;張啟亮;陳龍坤;李兆敏;許建國;丁立蘋;李松巖
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發明涉及一種測量CO₂在油水兩相間擴散過程及擴散系數的方法，該方法將單液相壓力降落法與雙液相擴展濃度分布模型相結合，根據壓力降落法測定的CO₂在單液相中的擴散系數，通過擴展濃度分布模型可以直接得到CO₂在兩個液相中的濃度分布，進而獲得CO₂在油水兩相間的擴散系數。本發明的方法避免了直接測量CO₂向雙液相擴散時的壓力，提高了后續實驗數據處理時的計算精度，并且運算更為簡潔；同時，本發明的方法更加符合高溫高壓下的擴散特征，避免了在雙液相擴散壓力降較小的條件下存在壓力大幅波動的問題，使得計算結果更加符合高溫高壓下擴散的實際情況。

技術領域

本發明涉及一種測量CO₂在油水兩相間擴散過程及擴散系數的方法，屬于油氣田開發工程的技術領域。

背景技術

近年來，全球石油需求迅速增長，油氣勘探開發對象日趨復雜，儲量品味越來越差。稠油油藏、低滲透致密油藏等非常規油藏將成為今后油氣開發的重要對象。在非常規油藏的眾多開發方式中，注CO₂開采技術由于其經濟高效且符合當下減少溫室氣體排放的要求而被廣泛應用。

注CO₂開采技術主要包括CO₂驅、CO₂吞吐以及CO₂水氣交替驅等。在這些技術應用的過程中，注入的CO₂能夠與地層水、注入水以及原油形成三相體系，CO₂能夠在單液相以及油水兩相之間進行擴散傳質。CO₂的擴散作用能夠降低油水界面張力、原油粘度并且能夠使得原油膨脹，從而有利于油層中原油的采出。對于CO₂在三相體系中的擴散作用進行研究，有助于預測CO₂在油層中的波及體積、提高非常規油藏最終采收率并最終實現高效開采。因此，測量CO₂在油水兩相間的擴散過程以及擴散系數對于應用CO₂技術高效開發油藏意義重大。

目前，測定CO₂在油相或水相中的擴散系數的方法多為改進的壓力降落法，以《Journal of Petroleum Science and Engineering》期刊中2005年25期的《Measurementof gas diffusivity in heavy oils》一文中提到的方法較為成熟。此方法由于只需要測定擴散過程中的壓力變化，不需要直接測定擴散過程中的濃度，測量快捷方便，從而被廣泛應用。然而，此種方法只能用作測定CO₂向單液相擴散時的擴散系數，不適用于測定CO₂向兩相間擴散時的擴散系數，如果將此種方法用于測定CO₂在油水兩相間的擴散過程時，CO₂在單位時間內擴散進入另一液相的物質的量較小，導致壓力降較小，常規壓力計難以準確捕捉，測定過程持續時間較長并且平衡壓力難以確定。此外，高溫高壓下的CO₂呈超臨界態且極不穩定，導致實驗過程中測得的壓力出現劇烈波動，使得壓力曲線難以準確獲得。

中國專利文獻CN104237079A公開了一種測量CO₂在水中擴散系數的實驗方法和裝置。實驗裝置采用固定擴散距離，主要包括數據采集系統、恒溫加熱系統、pH計探頭、擴散釜、壓力傳感器、溫度探頭等，pH計探頭安裝在擴散釜的下端蓋，壓力傳感器安裝在上端蓋，溫度探頭一端連接擴散釜外的加熱線圈，另一端與恒溫加熱系統連接。在擴散釜中進行實驗時，擴散釜安裝在軸承上，旋轉擴散釜模擬傾斜地層，根據理想氣體狀態方程利用壓力來計算CO₂的初始濃度，根據數據采集系統采集的pH值計算CO₂的水解量，繪制CO₂的水解量與時間平方根的擬合曲線，得到斜率k，根據計算模型求得擴散系數D，該裝置及方法只是測定CO₂在水中擴散系數，無法測定在油水兩相間擴散系數。