[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

摘要

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。

主权项

1.一种测试多孔介质中CO₂浓度及扩散系数的装置实现测试多孔介质中CO₂浓度及扩散系数的方法，所述装置包括恒温控制箱、在恒温控制箱内设置的岩心夹持取样器、围压控制装置和CO₂高压储罐；在所述恒温控制箱外设置有计算机：用于监测CO₂的压力和恒温控制箱内的温度；在所述恒温控制箱外还设置有CO₂气源与所述CO₂高压储罐相连；在所述岩心夹持取样器上还配套设置取样口和取样器；所述取样器为针阀取样器，包括由下至上依次设置的采样器针头、采样针阀、液体储集管、气液分离针阀和气体储集袋；所述CO₂气源通过CO₂冷却循环增压泵与所述CO₂高压储罐相连；其特征在于，所述测试多孔介质中CO₂浓度及扩散系数的方法具体包括以下步骤：(1)检测装置气密性；(2)使CO₂高压储罐提供恒压CO₂；使恒温控制箱内恒温；(3)对实验用岩心进行抽真空并饱和实验流体；(4)调节岩心夹持取样器的围压以使所述CO₂扩散只沿多孔介质轴向进行；(5)将CO₂高压储气罐与岩心加持取样器连通并使两者压力平衡；(6)在所述岩心加持取样器上选取至少3个取样口并利用所述取样器进行取样；(7)对取样进行气液分离，并对所得气体进行气相色谱分析得到CO₂浓度；(8)建立有限大一维轴向扩散模型式①：式①中，c为CO₂浓度，mol/m³；c₀为实验温度、压力下，CO₂在实验流体中的最大溶解度，mol/m³；t为时间，s；x为取样点处到实验岩心端面的距离，m；D为CO₂在多孔介质中的扩散系数，m²/s；对式①求解，得到式②：式②中l为实验岩心半长，m，c为CO₂浓度，mol/m³；c₀为实验温度、压力下，CO₂在实验流体中的最大溶解度，mol/m³；(9)将测量得到的n个不同取样点的CO₂浓度带入式②，对算出的CO₂扩散系数取平均值，即为在实验温度、压力下，CO₂在多孔介质中的扩散系数，n≥3。