[发明专利]一种观测超临界CO2

说明书

一种观测超临界CO₂‑气体扩散现象的方法，包括如下步骤：1)将CO₂和实验气体A分别充注至已抽真空的两个高温高压气体活塞容器的气体活动区中，将超临界CO₂染色剂放入可视化反应釜的气体扩散区中；2)将可视化反应釜的气体扩散区抽真空并加热至实验温度，实验温度不低于CO₂临界温度；3)将高温高压气体活塞容器中的CO₂注入可视化反应釜的气体扩散区进行染色，实验压力不低于CO₂临界压力，记录反应釜内CO₂的状态；4)待CO₂染色均匀后，将高温高压气体活塞容器中的实验气体A注入可视化反应釜的气体扩散区，观察和/或记录反应釜内超临界CO₂‑实验气体A的状态。该方法能够直观地评价超临界CO₂‑气体扩散现象。

技术领域

本发明涉及油气田开发领域，更具体地，涉及一种高温高压条件下观测超临界CO₂-气体扩散现象的可视化方法。

背景技术

扩散是物系中存在浓度梯度的组分，由高浓度区向低浓度区转移的现象。扩散现象遍布化学工业、建筑材料及食品行业等各个领域，扩散过程复杂，包括众多扩散机理。开展扩散现象的研究有利于加深对传质过程的了解，具有重要的理论和工业意义。

常温常压下CO₂在其他气体间扩散速度很快，但是高温高压下，由于超临界CO₂与其他气体间的性质差异，扩散速度可能会大幅降低，这种超临界CO₂-气体扩散性质的差异在石油天然气、环保、化工等领域广泛应用，特别是二氧化碳提高气藏采收率和二氧化碳在气藏中的封存，均利用超临界二氧化碳在天然气中扩散系数低、两者不易混合的性质，气藏采收效果显著。

目前，由于分子扩散现象的计算没有统一的理论方法，通常采用实验测试手段开展研究。实验研究方法主要有两种：一是直接法，在不同的时间和不同的扩散距离对流体采样，然后对这些样本进行分析，得到气体的浓度数据，再结合相应的数学模型，评价扩散现象；二是间接法，通过测试由于相间传质引起的体系压力、流体密度等的变化，采用相应的数学模型来确定。近年来，随着现代测试技术的发展，间接法成为测试分子扩散的主要手段。比较有代表性的是Riazi M R(A new method for experimental measurement ofdiffusivity coefficients in reservoir fluids[J]，SPEJ，1996， 14(5)：235-250)、GuoP(Molecular Diffusion Coefficients of the Multi-component Gas-Crude OilSystems under High Temperature and Pressure[J]，IndustrialEngineeringChemistry Research，2009，48： 9023-9027)等利用PVT筒测试气-液扩散的方法，Oballa V(An experimental study of diffusion in the Bitumen-Toluene system[J]，Journalof Canadian Petroleum Technology，1989，28(2)：63-90)、Wen Y(Estimation ofdiffusion coefficients in bitumen solvent mixtures using low field NMR and X-ray cat scanning[C]，The 5th International Conference oil Petroleum PhaseBehavior and Fouling，Banff，Alberta，Canada，June 13-17th，2004)等利用激光、 X射线扫描技术通过测试饱和度曲线测试黑油-液态轻烃组分之间的扩散，专利文件CN104390886A公开了一种利用核磁共振成像技术快速测定气-液扩散系数的方法，Yang D(Dynamic Interfacial Tension Method for Measuring Gas Diffusion Coefficientand Interface Mass Transfer Coefficient in a Liquid[J]，IndustrialEngineeringChemistry Research，2006，45：4999-5008) 等利用动态界面张力测试方法测定CO₂在盐水中的扩散等。但是上述方法中存在以下不足：1)以测定气-液扩散为主，评价超临界CO₂-气体扩散现象较少；2)直接方法需要不断取样，测试气体浓度，取样过程中体系发生扰动，无法完全真实体现分子扩散；3)实验过程不够直观。目前缺少一种高温高压条件下，直观可视化的观测超临界CO₂-气体扩散现象的方法。