[發(fā)明專利]含束縛水多孔介質(zhì)中天然氣與CO2

在審

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• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113063703A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 杜建芬;劉奇;郭平;趙勇;劉煌
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N30/02
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.含束縛水多孔介質(zhì)中天然氣與CO₂擴散系數(shù)的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：對活塞筒及中間容器進行清洗并烘干；

步驟二：將巖心放入加持器并抽真空，然后用地層水對巖心進行全飽和，之后再用天然氣進行驅(qū)替，將巖心中的水驅(qū)替出來，建立束縛水；

步驟三：將天然氣和CO₂輸送入氣室，通過圍壓增壓閥以及加熱裝置建立實驗溫度壓力；

步驟四：關閉兩端氣室閥門等待氣體擴散；

步驟五：分別打開天然氣端與CO₂端取樣閥進行取樣，進行色譜分析并計算擴散系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含束縛水多孔介質(zhì)中天然氣與CO₂擴散系數(shù)的測試方法，其特征在于，所述步驟二具體包括：將巖心放入活塞筒中，連接真空泵抽真空半小時，將適量的地層水裝入中間容器中，通過驅(qū)替泵設置一定的驅(qū)替速度使巖心飽和地層水，然后向中間容器中裝入適量天然氣，利用天然氣驅(qū)的方式進行氣驅(qū)水，在巖心內(nèi)建立束縛水。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含束縛水多孔介質(zhì)中天然氣與CO₂擴散系數(shù)的測試方法，其特征在于，所述步驟三具體包括：通過泵先給夾持器加3MPa圍壓，利用泵將氣瓶中的二氧化碳與天然氣通過中間容器注入兩端氣室，建立實驗壓力，升溫至地層溫度，用自動泵恒定兩端氣室壓力始終與地層壓力保持一致，穩(wěn)定8至10h，此過程中始終保持圍壓比內(nèi)壓高3至5MPa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含束縛水多孔介質(zhì)中天然氣與CO2擴散系數(shù)的測試方法，其特征在于，所述步驟四具體包括：關閉氣室閥門，調(diào)節(jié)進氣閥時差壓變送器的值小于50KPa，等待氣體進行擴散一般在10h以上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含束縛水多孔介質(zhì)中天然氣與CO₂擴散系數(shù)的測試方法，其特征在于，所述步驟五中擴散系數(shù)的計算方法具體為：

而ΔC_i＝ΔC_1i-ΔC_2i，E＝A(1/V₁+1/V₂)/L，

將式子變形可得到ln(ΔC₀/ΔC_i)＝DE(t_i-t₀)，ln(ΔC₀/ΔC_i)與t_i呈線性關系應用最小二乘法擬合，得到斜率S，根據(jù)S可以求得巖樣中二氧化碳氣體的擴散系數(shù)：

D＝S/E，

上述式子中，D為二氧化碳氣體在巖樣中的擴散系數(shù)，單位為cm²/s；ΔC₀為初始時刻二氧化碳氣體在兩擴散室中的濃度差，以百分比表示；ΔC_i為i時刻二氧化碳氣體在兩擴散室中的濃度差，以百分比表示；t_i為i時刻，單位是s；t₀為初始時刻，單位是s；C_1i為i時刻二氧化碳氣體在甲烷擴散室中的濃度，以百分比表示；C_2i為i時刻二氧化碳氣體在甲烷擴散室中的濃度，以百分比表示；A為巖樣的截面積，單位為cm²；L為巖樣的長度，單位為cm；V₁V₂分別為甲烷擴散室和二氧化碳擴散室容積，單位為cm³；E為中間變量，單位是cm^-2；S為斜率，單位為s^-1。

6.含束縛水多孔介質(zhì)中天然氣與CO2擴散系數(shù)的測試裝置，用于權(quán)利要求1～5任意一項所述的含束縛水多孔介質(zhì)中天然氣與CO2擴散系數(shù)測試方法，其特征在于，包括擴散系統(tǒng)A、擴散系統(tǒng)B、擴散系統(tǒng)C、擴散系統(tǒng)D、采集系統(tǒng)A和采集系統(tǒng)B；所述擴散系統(tǒng)B、擴散系統(tǒng)C、擴散系統(tǒng)D分別通過氣管與擴散系統(tǒng)A連接；所述采集系統(tǒng)A和采集系統(tǒng)B分別通過氣管連接至擴散系統(tǒng)C、擴散系統(tǒng)D與擴散系統(tǒng)A連接氣管上；

所述擴散裝置A包括設置在溫控儀器(3)中的活塞筒(1)和壓力平衡閥(7)、差壓變送器(4)、恒壓泵(8)；所述活塞筒(1)包括巖心(2)、活塞(5)、氣室(6)，所述巖心(2)安置于活塞筒(1)中端，氣室(6)分布于巖心(2)兩側(cè)，所述氣室(6)分別縱向放置有活塞(5)；所述恒壓泵(8)輸出端通過氣管分別與活塞筒(1)兩端連接；所述壓力平衡閥(7)分別安裝在恒壓泵(8)與活塞筒(1)之間的連接氣管上；所述差壓變送器(4)兩端通過氣管與巖心(2)兩端連接；

所述擴散系統(tǒng)B包括圍壓升壓閥(20)、圍壓降壓閥(21)和手動加壓棒(22)；所述手動加壓棒(22)通過兩條氣管與活塞筒(1)相連接；所述圍壓升壓閥(20)、圍壓降壓閥(21)分別設置在手動加壓棒(22)與活塞筒(1)之間的兩條連接氣管上；

所述擴散系統(tǒng)C與擴散系統(tǒng)D裝置結(jié)構(gòu)相同，包括氣瓶(9)、進氣閥(10)、氣瓶開關(11)、中間容器(12)、中間容器活塞(13)和自動泵(23)，所述中間容器(12)通過氣管分別與氣瓶(9)、自動泵(23)和巖心(2)連接；所述氣瓶開關(11)安裝在氣瓶(9)出口處；所述進氣閥(10)安裝在中間容器(12)與巖心(2)之間的連接氣管上；所述中間容器活塞(13)橫向安裝在中間容器(12)內(nèi)；

所述采集系統(tǒng)A和采集系統(tǒng)B裝置結(jié)構(gòu)相同，包括取氣閥A(14)、取氣閥B(15)、標準體積室(16)、錐形瓶(17)、氣量計(18)、色譜儀(19)；所述錐形瓶(17)輸入端連接至中間容器(12)與巖心(2)間的氣管上，錐形瓶(17)輸出端通過氣管依次與氣量計(18)、色譜儀(19)連接；所述取氣閥A(14)、標準體積室(16)、取氣閥B(15)依次安裝在錐形瓶(17)的輸入端氣管上。