本發(fā)明屬于氣體擴散，也涉及石油天然氣勘探開發(fā)，具體為一種測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法。

背景技術(shù)：

1、氣藏注二氧化碳在有效提高采收率的同時能夠?qū)崿F(xiàn)碳埋存，兼顧經(jīng)濟效益與環(huán)境保護。二氧化碳與天然氣的相間擴散是提高氣藏采收率的一個重要機理，兩者之間的擴散包括由壓力梯度引起的分子擴散、濃度梯度引起的擴散以及重力引起的擴散?，F(xiàn)有研究集中在由壓力、濃度引起的分子擴散，實際上，由于二氧化碳與天然氣密度的差異，二氧化碳在天然氣中的重力擴散會影響相間傳質(zhì)，因此研究氣藏儲層條件下二氧化碳在天然氣中的重力擴散系數(shù)對指導(dǎo)氣藏開發(fā)與碳埋存具有重要意義。

2、針對二氧化碳在天然氣中擴散系數(shù)的測定，目前部分測定裝置將天然氣和二氧化碳分別放入兩個容器中，兩個容器上下布置并經(jīng)管道連接，然后打開兩個容器之間的閥門使其連通，通過測定不同時間兩個容器中氣體的組分來確定重力影響下的擴散系數(shù)。其僅籠統(tǒng)考慮了重力對擴散系數(shù)的影響，測得的擴散系數(shù)實際上是綜合了濃度梯度、重力、壓力梯度等復(fù)雜因素的混合擴散系數(shù)，無法直觀認識重力對氣體擴散影響程度的大小。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，本發(fā)明借鑒分子擴散系數(shù)的測試方法，利用二氧化碳和天然氣密度的差異，通過改變兩者在垂向上的相對位置，測定不同擴散時間、擴散距離下二氧化碳在天然氣中的摩爾分數(shù)，分別計算擴散系數(shù)，最后通過相減扣除分子擴散的影響，得到重力擴散系數(shù)。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的方案如下：

3、一種測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，包括如下步驟：

4、s1、將二氧化碳置于下方、天然氣置于上方，測定二氧化碳從下向上擴散至天然氣中的擴散系數(shù)，稱為二氧化碳分子擴散系數(shù)；

5、s2、將二氧化碳置于上方、天然氣置于下方，測定二氧化碳從上向下擴散至天然氣中的擴散系數(shù)，稱為二氧化碳等效擴散系數(shù)；

6、s3、計算二氧化碳等效擴散系數(shù)減去二氧化碳分子擴散系數(shù)的差值，作為二氧化碳在天然氣中的重力擴散系數(shù)。

7、本發(fā)明的步驟s1和步驟s2中均涉及測定二氧化碳向天然氣擴散的擴散系數(shù)，這是一個非穩(wěn)態(tài)擴散過程，其擴散系數(shù)是與距離和時間相關(guān)的，其測定過程包括如下步驟：

8、s11、將二氧化碳和天然氣注入pvt筒中，使得二氧化碳、天然氣上下布置且pvt筒中二氧化碳和天然氣的體積相等；

9、s12、以初始時天然氣、二氧化碳的分界面作為計量二氧化碳侵入天然氣的深度的基準(zhǔn)面，測定某一時刻時天然氣中二氧化碳濃度隨侵入深度的分布；

10、s13、重復(fù)步驟s11和s12，測定不同時刻時天然氣中二氧化碳濃度隨侵入深度的分布；

11、s14、基于菲克第二定律計算二氧化碳擴散至天然氣中的擴散系數(shù)。

12、作為本發(fā)明的一種具體實施方式，步驟s11中，將二氧化碳和天然氣注入pvt筒中包括如下步驟：

13、s111、將二氧化碳和天然氣分別裝入兩個配樣器中，配樣器和pvt筒均為活塞容器；pvt筒豎直布置，兩個配樣器均一端與pvt筒的上端連通、另一端與第一泵連通，pvt筒的下端與第二泵連通；

14、s112、通過第二泵向pvt筒中注入液壓液體，推動pvt筒中的活塞到達最高點，從而將pvt筒中的空氣排出系統(tǒng)；

15、s113、將兩個配樣器調(diào)整至相同溫度和相同壓力，將pvt筒調(diào)整至目標(biāo)溫度并維持恒溫；

16、s114、啟動第一泵向某一配樣器中注入液壓液體，同步啟動第二泵將pvt筒中的液壓液體外排，第一泵和第二泵的流量相等，從而將該配樣器中的氣體恒壓注入pvt筒中；

17、s115、啟動第一泵向另一配樣器中注入液壓液體，同步啟動第二泵將pvt筒中的液壓液體外排，第一泵和第二泵的流量相等，從而將該配樣器中的氣體恒壓注入pvt筒中；

18、其中，配樣器中的氣體恒壓注入pvt筒后活塞筒中的活塞會下降，步驟s114和步驟s115中pvt筒中活塞下降的高度相等。

19、本發(fā)明的方法可以將配樣器中的氣體恒壓注入pvt筒中，這相對于常規(guī)的加氣方式而言，不會引起氣體的擾動，即避免了高壓氣體進入低壓或真空環(huán)境后出現(xiàn)的嚴(yán)重對流擴散，這會加劇氣體移動，從而影響后續(xù)測試的準(zhǔn)確性。

20、進一步，為了進一步降低氣體體積波動，步驟s113中，配樣器的溫度與pvt筒的目標(biāo)溫度相同，以減少輸送過程中溫度變化引起的氣體體積變化，確保氣體流量的準(zhǔn)確性。

21、作為本發(fā)明的一種具體實施方式，步驟s12中，測定某一時刻時天然氣中二氧化碳濃度隨侵入深度的分布包括如下步驟：

22、s121、采用活塞容器為取樣器，取樣器的一端與pvt筒的上端連通、另一端與第三泵連通；

23、s122、通過第三泵向取樣器中注入液壓液體，推動取樣器中的活塞到達最高點，從而將取樣器中的空氣排出系統(tǒng)；

24、s123、啟動第二泵向pvt筒中注入液壓液體，同步啟動第三泵將取樣器中的液壓液體外排，第二泵和第三泵的流量相等，從而將pvt筒中的氣體恒壓注入取樣器中；

25、s124、重復(fù)步驟s121～s123，將pvt筒中的樣品取至不同的取樣器中。

26、進一步，為了進一步降低氣體體積波動，步驟s121還包括調(diào)整pvt筒和取樣器至相同溫度，以減少溫度變化引起的氣體體積變化，確保氣體流量的準(zhǔn)確性。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的至少一個具體實施具有以下優(yōu)點：

28、本發(fā)明首次提出了一種簡單易行的測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，量化了重力擴散系數(shù)這一指標(biāo)，為從業(yè)者明確重力對氣體擴散的影響程度提供了一種通用的方法。

29、本發(fā)明提出了一種恒壓注氣的方法，能夠?qū)⑴錁悠髦械臍怏w恒壓注入pvt筒中，相對于當(dāng)前將高壓原料氣加入真空容器中操作而言，本方法對氣體擾動很小，不會由于加注操作而在pvt筒中引起嚴(yán)重對流擴散，有利于提高后續(xù)測試的準(zhǔn)確性。

30、本發(fā)明提出了一種恒壓采樣的方法，降低了從觀察容器取樣時對觀察容器中氣體的擾動，從而避免取樣操作影響二氧化碳濃度的測定，有利于提高測量的準(zhǔn)確性。

技術(shù)特征：

1.一種測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，其特征在于，步驟s1和步驟s2中均涉及測定二氧化碳向天然氣擴散的擴散系數(shù)，該測定過程包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，其特征在于，步驟s11中，將二氧化碳和天然氣注入pvt筒中包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，其特征在于，步驟s113中，所述配樣器的溫度與所述pvt筒的目標(biāo)溫度相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，其特征在于，步驟s12中，測定某一時刻時天然氣中二氧化碳濃度隨侵入深度的分布包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，其特征在于，步驟s121還包括調(diào)整pvt筒和取樣器至相同溫度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，屬于氣體擴散技術(shù)領(lǐng)域，包括：將二氧化碳置于下方、天然氣置于上方，測定二氧化碳從下向上擴散至天然氣中的擴散系數(shù)，稱為二氧化碳分子擴散系數(shù)；將二氧化碳置于上方、天然氣置于下方，測定二氧化碳從上向下擴散至天然氣中的擴散系數(shù)，稱為二氧化碳等效擴散系數(shù)；計算二氧化碳等效擴散系數(shù)減去二氧化碳分子擴散系數(shù)的差值，作為二氧化碳在天然氣中的重力擴散系數(shù)。本發(fā)明首次提出了一種簡單易行的測定二氧化碳在天然氣中重力擴散系數(shù)的方法，量化了重力擴散系數(shù)這一指標(biāo)，為從業(yè)者明確重力對氣體擴散的影響程度提供了一種通用的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：汪周華,胡宏濤,張鑫桐,涂漢敏,劉煌,郭平,朱紹鵬,張耀元,張群,胡義升,王爍石
受保護的技術(shù)使用者：西南石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23