[发明专利]一种基于微观可视技术的超临界二氧化碳溶解性能测定装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微观可视技术的超临界二氧化碳溶解性能测定装置及方法，属于超临界流体的技术领域。

背景技术

近几年来，随着人们环境保护意识的加强，超临界流体独特的理化性质在绿色化学领域上引起了科研工作者的极大兴趣。超临界二氧化碳是指温度和压力均高于其临界值(T_c＝31.1℃，P_c＝7.39MPa)的二氧化碳流体。相对于其他超临界流体，超临界二氧化碳条件易于达到，利于满足环境、设备制造、经济的要求，而备受关注。

超临界二氧化碳流体是一种高密度气体。从物理性质上，它兼有气体和液体双重特性，即密度高于通常气体，接近液体，因而有常规液态溶剂的强度；粘度与气体相似，比液体大为减小；扩散系数接近于气体，大约为液体的10～100倍，因而具有较好的流动性。而且，由于内在的可压缩性，流体的密度、溶剂强度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节。

超临界二氧化碳能够应用于广大工业领域，主要是它有与众不同的溶解性能。在超临界条件下，流体具备液态溶剂的性能称为溶剂化效应。超临界二氧化碳的密度接近于液体，因而具有很好的溶剂化效应，又有与气体相近的高渗透能力和低粘度，表面张力接近于零。因此它具有良好的传递性能，可以较迅速地深入溶质的微小结构中，溶解其中的非极性物质。在实际应用中可通过改变超临界二氧化碳的压力或温度，使其密度随之大幅度改变，由于溶解度与密度密切相关，进而可以方便地调节超临界二氧化碳的溶解度。另外，虽然超临界二氧化碳的溶解对象一般限于非极性或弱极性物质，对于极性大的物质不易溶解。但可以通过掺加极性溶剂来改变超临界二氧化碳的极性，使其对不同溶质具有不同的溶解性能，进而扩大其溶剂化性能应用的范围。

基于溶剂化效应的超临界二氧化碳应用技术主要涉及超临界二氧化碳萃取、以超临界二氧化碳为介质的化学反应等。随着超临界二氧化碳中溶解性基础理论的深入研究，以及中国经济发展所面临的温室气体减排和能源需求两个重大问题，促进了一大批基于超临界二氧化碳溶剂化效应理论的二氧化碳地质埋存与提高石油采收率技术的不断发展，包括：(1)超临界二氧化碳欠平衡钻井领域，该领域主要是基于超临界二氧化碳溶剂化效应向超临界二氧化碳中添加化学药剂，实现对超临界二氧化碳密度、粘度的可调节性，从而实现其欠平衡钻井能力、携带岩屑能力的可控制性；(2)超临界二氧化碳驱油流度控制领域，在该领域基于溶剂化效应主要有两个方向：a.基于溶剂化效应使得超临界二氧化碳中增溶聚合物等化学药剂，使得超临界二氧化碳的粘度增加，从而调节超临界二氧化碳驱油过程中的气油流度比，扩大超临界二氧化碳的波及系数，从而提高原油采收率；b.基于溶剂化效应使得超临界二氧化碳中增溶气溶性表面活性剂，使得超临界二氧化碳在注入地层的过程中能够携带表面活性剂，在地层中遇到水时能够形成泡沫，利用泡沫的调剖能力，实现对超临界二氧化碳流度的控制；(3)超临界二氧化碳压裂领域，在该领域基于溶剂化效应主要有两个方向：a.基于溶剂化效应使得超临界二氧化碳中增溶聚合物等化学药剂，使得超临界二氧化碳的粘度增加，提高其携砂性能，从而提高超临界二氧化碳压裂效率；b.基于溶剂化效应的超临界二氧化碳干法压裂，该种方法通过超临界二氧化碳中增溶特定的表面活性剂，形成CO₂/N₂泡沫压裂液体系，实现了无水压裂；(4)超临界二氧化碳混相驱油领域，该领域主要是基于溶剂化效应向超临界二氧化碳中添加化学药剂，降低超临界二氧化碳与地层原油的混相压力，从而使得超临界二氧化碳在地层中易于与原油混相，实现混相驱油，从而提高原油采收率。

综合以上所述可以看出，基于超临界二氧化碳溶剂化效应理论的二氧化碳地质埋存与提高石油采收率技术能否成功应用，其关键在于是否能够准确地测定相关化学药剂在超临界二氧化碳中的溶解度。

目前常用的测试方法有静态法和动态法：

(1)静态法，是指化学药剂和超临界二氧化碳放置在密闭容器中，静置一定时间，直至系统达到平衡状态，分析其平衡相组成进而得到该化学药剂在超临界二氧化碳中溶解度的方法。

平衡相组成的获得方法有两种，取样法和浊点法：