[发明专利]一种测试多孔介质中CO2扩散浓度和扩散系数的装置及其测试方法

说明书

本发明提供了一种测试多孔介质中CO₂扩散浓度和扩散系数的装置，该装置能够直接测量获得多孔介质中某一时间点、空间点处的CO₂浓度，进而通过有限大一维轴向扩散模型求得CO₂扩散系数。本发明提出的装置可直接获得多孔介质中CO₂的扩散浓度，并通过与之配套的方法直接计算得到CO₂在多孔介质中的扩散系数，避免了传统方法需要通过复杂数学模型修正扩散系数的繁琐过程；同时本发明也可以满足高温高压实验条件，贴近现场环境，从而对CO₂在多孔介质中的实际扩散情况进行研究，对数值计算预测CO₂扩散浓度进行修正与指导。

技术领域

本发明涉及一种测试多孔介质中CO₂扩散浓度和扩散系数的装置及其测试方法，属于油气田开发工程的技术领域。

背景技术

CO₂是主要的温室气体之一，碳捕集和埋存技术在近年来受到广泛关注。研究发现CO₂的地质埋存潜力巨大，能够有效缓解温室气体的增长，且CO₂与地层流体间具有独特的理化作用，是油气田开发过程中理想的注入流体。根据《石油与天然气杂志》的2012年“全球EOR调查”结果显示，在全球EOR项目中，气驱项目数量占54％，而CO₂相关项目数量占到气驱项目的77％，已成为最为重要的提高原油采收率技术之一。

提高CO₂地质埋存效率的关键是CO₂在地层岩石中的扩散能力，CO₂在多孔岩石介质中的扩散速度以及浓度对CO₂地质埋存的效果起决定性作用。而CO₂在多孔介质中的传质扩散是浓差作用下的自发过程，受到储层温度、压力、渗透率及流体饱和度等多种因素的影响，难以准确测量。

目前的研究中大多采取数值计算方法，对地层岩石中不同时间点、空间点的 CO₂扩散浓度进行预测，《Journal of Porous Media》杂志中2006年第9期的《A New Methodfor Gas Effective Diffusion Coefficient Measurement in Water-Saturated PorousRocks under High Pressures》一文采用的方法较为成熟。其利用压降曲线法通过数学模型描述了CO₂在饱和水多孔介质中的扩散，通过实测扩散压降曲线结合CO₂状态方程，计算出了非膨胀条件下的CO₂在多孔介质中的扩散系数。这种方法也能模拟地层的高温高压环境，所得扩散系数更接近实际值。但是此方法的未能直接获得CO₂浓度分布，数学模型中涉及状态方程、压缩因子等参数的计算，可能与多孔介质中真实状态有较大误差，从而影响最终结果。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种测试多孔介质中CO₂扩散浓度和扩散系数的装置，该装置能够直接测量获得多孔介质中某一时间点、空间点处的CO₂浓度，进而通过有限大一维轴向扩散模型求得CO₂扩散系数。本发明提出的装置可直接获得多孔介质中CO₂的扩散浓度，并通过与之配套的方法直接计算得到CO₂在多孔介质中的扩散系数，避免了传统方法需要通过复杂数学模型修正扩散系数的繁琐过程；同时本发明也可以满足高温高压实验条件，贴近现场环境，从而对CO₂在多孔介质中的实际扩散情况进行研究，对数值计算预测CO₂扩散浓度进行修正与指导。

本发明还提供一种利用上述装置实现测试多孔介质中CO₂浓度及扩散系数的方法。

本发明还提供一种针阀取样器。

发明详述