[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

摘要

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。

主权项

1.一种测量CO2在油水两相间扩散过程及扩散系数的方法，包括步骤如下：(1)采用压力降落法分别测定的CO2向水相的扩散系数D1及CO2向油相的扩散系数D2；(2)根据菲克定律，采用式②测试出扩散系数D为常数的一维扩散的浓度分布规律：式②中，C为CO2在液相中的浓度，mol/m3；t为扩散时间，s；A为物质的量确定的常数，x为到液相表面的距离，m；(3)将浓度C对x进行积分，并设定根据式③得到扩散进入液相的总物质的量为：(4)将式③变换为常数A的公式代入式②，得到式④：(5)将式④写成积分形式，得到式(6)标准误差函数为式采用标准误差函数将式表示，得到式式中，C₀为实验条件下CO₂在当前液相中的最大溶解量，mol/m³；(7)采用式⑤、式⑥模型得到CO2在油相、水相中的浓度分布：式⑤中，C1为水相中t时刻距液面x位置处CO2浓度，mol/m3；x1为水相的下边界位置，m；式⑥中，C2为油相中t时刻距液面x位置处CO2浓度，mol/m3；x2为油相的下边界位置，m；将t时刻的浓度分布对于x进行积分，根据式⑦得到t时刻扩散进入两种液相中CO2总物质的量n：(8)由状态方程得到式⑧：式⑧中，P1为扩散初始压力，Pa；P2为扩散进行至t时刻时的压力，Pa；V为气体体积，m3；Z1为初始状态气体压缩系数；Z2为终止状态气体压缩系数；n1为扩散初始物质的量，mol；n为扩散进入两个液相的物质的量，mol；R为通用气体常数，Pa*m3/(mol*K)；T为开氏温度，K；不考虑扩散过程中液相体积膨胀的影响；进而得到式⑨：(9)根据式⑨求出不同扩散时间t下的压力P₂，获得压力P₂随时间t的变化曲线后根据拟合式进行拟合，式中k₁，k₂，m₁，m₂均为压力P₂‑时间t拟合参数；P_eq'为压力P₂‑时间t拟合平衡压力，Pa；由式计算得到CO₂在油水两相间的扩散系数；式⑩中z₁为液相高度，m；k₁为压力P₂‑时间t拟合参数。