[发明专利]一种测量CO2在油水两相间扩散过程及扩散系数的方法

说明书

本发明涉及一种测量CO₂在油水两相间扩散过程及扩散系数的方法，该方法将单液相压力降落法与双液相扩展浓度分布模型相结合，根据压力降落法测定的CO₂在单液相中的扩散系数，通过扩展浓度分布模型可以直接得到CO₂在两个液相中的浓度分布，进而获得CO₂在油水两相间的扩散系数。本发明的方法避免了直接测量CO₂向双液相扩散时的压力，提高了后续实验数据处理时的计算精度，并且运算更为简洁；同时，本发明的方法更加符合高温高压下的扩散特征，避免了在双液相扩散压力降较小的条件下存在压力大幅波动的问题，使得计算结果更加符合高温高压下扩散的实际情况。

技术领域

本发明涉及一种测量CO₂在油水两相间扩散过程及扩散系数的方法，属于油气田开发工程的技术领域。

背景技术

近年来，全球石油需求迅速增长，油气勘探开发对象日趋复杂，储量品味越来越差。稠油油藏、低渗透致密油藏等非常规油藏将成为今后油气开发的重要对象。在非常规油藏的众多开发方式中，注CO₂开采技术由于其经济高效且符合当下减少温室气体排放的要求而被广泛应用。

注CO₂开采技术主要包括CO₂驱、CO₂吞吐以及CO₂水气交替驱等。在这些技术应用的过程中，注入的CO₂能够与地层水、注入水以及原油形成三相体系，CO₂能够在单液相以及油水两相之间进行扩散传质。CO₂的扩散作用能够降低油水界面张力、原油粘度并且能够使得原油膨胀，从而有利于油层中原油的采出。对于CO₂在三相体系中的扩散作用进行研究，有助于预测CO₂在油层中的波及体积、提高非常规油藏最终采收率并最终实现高效开采。因此，测量CO₂在油水两相间的扩散过程以及扩散系数对于应用CO₂技术高效开发油藏意义重大。

目前，测定CO₂在油相或水相中的扩散系数的方法多为改进的压力降落法，以《Journal of Petroleum Science and Engineering》期刊中2005年25期的《Measurementof gas diffusivity in heavy oils》一文中提到的方法较为成熟。此方法由于只需要测定扩散过程中的压力变化，不需要直接测定扩散过程中的浓度，测量快捷方便，从而被广泛应用。然而，此种方法只能用作测定CO₂向单液相扩散时的扩散系数，不适用于测定CO₂向两相间扩散时的扩散系数，如果将此种方法用于测定CO₂在油水两相间的扩散过程时，CO₂在单位时间内扩散进入另一液相的物质的量较小，导致压力降较小，常规压力计难以准确捕捉，测定过程持续时间较长并且平衡压力难以确定。此外，高温高压下的CO₂呈超临界态且极不稳定，导致实验过程中测得的压力出现剧烈波动，使得压力曲线难以准确获得。

中国专利文献CN104237079A公开了一种测量CO₂在水中扩散系数的实验方法和装置。实验装置采用固定扩散距离，主要包括数据采集系统、恒温加热系统、pH计探头、扩散釜、压力传感器、温度探头等，pH计探头安装在扩散釜的下端盖，压力传感器安装在上端盖，温度探头一端连接扩散釜外的加热线圈，另一端与恒温加热系统连接。在扩散釜中进行实验时，扩散釜安装在轴承上，旋转扩散釜模拟倾斜地层，根据理想气体状态方程利用压力来计算CO₂的初始浓度，根据数据采集系统采集的pH值计算CO₂的水解量，绘制CO₂的水解量与时间平方根的拟合曲线，得到斜率k，根据计算模型求得扩散系数D，该装置及方法只是测定CO₂在水中扩散系数，无法测定在油水两相间扩散系数。