一種研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置及其方法。該研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置包括二氧化碳注入系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)及液體注入系統(tǒng)；所述二氧化碳注入系統(tǒng)包括二氧化碳?xì)馄?；所述檢測系統(tǒng)包括透明檢測管以及用于與外部管線連通的接口，所述接口包括第一接口和第二接口；所述液體注入系統(tǒng)包括液體儲存容器；其中，所述氣瓶和第一接口連通，所述第一接口與透明檢測管的一端連通，所述透明檢測管的另一端與第二接口連通，所述第二接口與液體儲存容器連通。該實(shí)驗(yàn)裝置可以實(shí)現(xiàn)在線測量，具有速度快、靈敏度高的特點(diǎn)，為室內(nèi)研究二氧化碳擴(kuò)散行為提供了新的途徑。
【專利說明】
一種研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于油田采油氣工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝 置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化碳的擴(kuò)散行為在現(xiàn)場注二氧化碳提高采收率及其安全地質(zhì)埋存中起著重 要的作用，前人在此方面已經(jīng)做了大量的工作。早在1988年Renner就測定了溫度為38 °C，壓 力在1544-5833KPa時二氧化碳在濃度為0.25N的NaCl溶液中的擴(kuò)散系數(shù)，L.-S.Wang等在 1996年通過實(shí)驗(yàn)得到了在不同溫度和壓力下二氧化碳在NaCl溶液和辛烷中的擴(kuò)散系數(shù)， 2008年M. Bahar和K. Liu通過擴(kuò)散過程中的壓力降落得到了二氧化碳在地層水中的擴(kuò)散系 數(shù)，Min Hao等結(jié)合了核磁共振技術(shù)，得到了二氧化碳在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)。
[0003] 在擴(kuò)散過程中擴(kuò)散系數(shù)固然起著重要的作用，但是二氧化碳的沿程濃度分布以及 對前緣的監(jiān)測也是不可忽視的。監(jiān)測二氧化碳運(yùn)移和驅(qū)替前緣一方面可以加深對二氧化碳 驅(qū)提高采收率的認(rèn)識，更加準(zhǔn)確地預(yù)測二氧化碳長期埋存的效果；另一方面也可以為油田 的方案制定提供依據(jù)，達(dá)到提高驅(qū)替效率和波及系數(shù)、獲得最大的采收率和二氧化碳埋存 量、預(yù)測二氧化碳突破時間的目的。遺憾的是目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)涉及到此方面，這對研究 二氧化碳擴(kuò)散行為是一個很大的空缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置及其方 法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，該裝置包括 二氧化碳注入系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)及液體注入系統(tǒng);所述二氧化碳注入系統(tǒng)包括二氧化碳?xì)馄浚?所述檢測系統(tǒng)包括透明檢測管以及用于與外部管線連通的接口，所述接口包括第一接口和 第二接口；所述液體注入系統(tǒng)包括液體儲存容器;其中，所述氣瓶和第一接口連通，所述第 一接口與透明檢測管的一端連通，所述透明檢測管的另一端與第二接口連通，所述第二接 口與液體儲存容器連通。
[0006] 在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，注氣前，可先將含有石蕊的檢測溶液注 入液體儲存容器中，然后再將液體儲存容器中的檢測液打到透明檢測管中；注氣時打開二 氧化碳鋼瓶向透明檢測管中注二氧化碳(一般不通到液面下，但是必要時也可以做通入液 面下的測試），隨著二氧化碳在檢測溶液中的擴(kuò)散，產(chǎn)生變色反應(yīng)(二氧化碳遇石蕊溶液變 色），可以指示二氧化碳擴(kuò)散前緣的位置。
[0007] 經(jīng)測試，本發(fā)明提供的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置能夠準(zhǔn)確地反映低濃度二氧 化碳的存在，因此具有很高的靈敏度，為二氧化碳擴(kuò)散前緣方面的研究提供了良好的設(shè)備 條件。用本發(fā)明提供的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，能夠測定不同條件下，不同擴(kuò)散系數(shù) 所對應(yīng)的擴(kuò)散前緣移動速度。這樣，通過指示劑(石蕊)的顯色反應(yīng)，可以達(dá)到對二氧化碳在 鹽水相、油相及孔隙中的擴(kuò)散前緣進(jìn)行監(jiān)測及預(yù)測的目的。
[0008] 在本發(fā)明提供的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際 情況在管路上設(shè)置相應(yīng)的閥門，在描述本發(fā)明的裝置時不再贅述。
[0009] 在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，優(yōu)選地，所述二氧化碳注入系統(tǒng)還包括 壓力緩沖部，所述壓力緩沖部設(shè)于氣瓶與第一接口連通的管路上，用于平穩(wěn)管路中氣體的 波動。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述壓力緩沖部包括至少一個緩沖罐;緩沖罐可以為現(xiàn)有技術(shù)中能起 到氣體壓力緩沖作用的常規(guī)設(shè)備，另外，對于緩沖罐連接入研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置 中的方式也沒有特殊要求。具體地，本發(fā)明中使用的緩沖罐可以為一端開有通孔的罐體，所 述通孔處設(shè)有與外界連通的管線，所述罐體通過通孔處的管線連接于氣瓶和第一接口連通 的管路上。此時，可將氣瓶、第一接口以及罐體相互連通時形成的節(jié)點(diǎn)記為第一節(jié)點(diǎn)。本發(fā) 明中使用的緩沖罐也可以為兩端開有通孔的罐體，所述罐體以串聯(lián)方式或并聯(lián)方式連接于 所述氣瓶和第一接口連通的管路上。
[0010] 在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，優(yōu)選地，所述二氧化碳注入系統(tǒng)還包括 壓力傳感器，所述壓力傳感器用于檢測進(jìn)入所述檢測組件的氣體壓力。在本發(fā)明提供的一 種優(yōu)選實(shí)施方式中，將壓力傳感器設(shè)置于第一節(jié)點(diǎn)處。
[0011]在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，優(yōu)選地，該裝置還包括抽真空系統(tǒng)，所述 抽真空系統(tǒng)用于抽出裝置內(nèi)的管線、透明檢測管以及液體儲存容器內(nèi)的氣體。具體實(shí)驗(yàn)時， 可先通過抽真空系統(tǒng)抽出裝置內(nèi)的管線和透明檢測管中的空氣，然后再單獨(dú)對裝有檢測溶 液的液體儲存容器進(jìn)行抽真空(能更好的控制檢測溶液中的溶解氣量）。為獲得不同溶解氣 含量的檢測溶液，可以根據(jù)需要設(shè)置對液體儲存容器進(jìn)行抽真空的條件。對于抽真空系統(tǒng) 連入裝置的方式，無特殊要求，可根據(jù)實(shí)際情況確定。
[0012] 在本發(fā)明提供的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述抽真空系統(tǒng)包括真空栗;所述真空栗 設(shè)于第二接口與液體儲存容器連通的管路上。此時，可將第二接口、液體儲存容器以及真空 栗相互連通時形成的節(jié)點(diǎn)記為第二節(jié)點(diǎn)；在本發(fā)明提供的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，抽真空系 統(tǒng)中的真空壓力表也設(shè)置在第二節(jié)點(diǎn)處。
[0013] 在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，優(yōu)選地，所述液體儲存容器為頂部設(shè)有 通孔，底部為活塞式推注部件的罐體;所述罐體側(cè)壁的底部設(shè)有可將活塞式推注部件進(jìn)行 固定的固定件;所述液體儲存容器通過頂部通孔與注液管線連通。另外，檢測液體可以通過 罐體頂部的通孔注入，也可以在罐體頂部增設(shè)液體注入孔。為了滿足對裝有檢測液體的液 體儲存容器抽真空的需要，可以在罐體側(cè)壁的底部設(shè)置用于固定活塞式推注部件的固定 件，例如螺紋固定、鎖扣固定或插銷固定等。
[0014] 在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，透明檢測管可根據(jù)實(shí)驗(yàn)壓力的要求可以 選擇不同的材質(zhì)，對于低壓力環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)普通石英管就能滿足，高壓情況下可選擇寶石 級石英玻璃管。為了使用安全，可以在透明檢測管的外部增設(shè)不銹鋼套筒，并在所述不銹鋼 套筒上開有沿透明檢測管長度方向的視窗。在本發(fā)明提供的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，一種帶 有不銹鋼套筒的透明檢測管（如圖la和圖lb所示）的參數(shù)為：石英管長lm，外徑3cm，壁厚 1.2cm，能夠承受的最大壓力為8MPa;套筒材質(zhì)為316L不銹鋼，長lm，內(nèi)徑3. lcm，壁厚0.5cm， 承壓lOMPa，為了便于觀測，對稱地從距離套筒頂部5cm處向下開兩條長90cm弧長lcm的視 窗。
[0015] 在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，為了便于計算二氧化碳擴(kuò)散前緣的推進(jìn) 情況，可以在透明檢測管或不銹鋼套筒的視窗處設(shè)置刻度線。
[0016] 在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，為了滿足加壓注二氧化碳的需要，各管 線最好選用耐壓的不銹鋼管線。
[0017] 在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置中，檢測系統(tǒng)中的第一接口和第二接口可以 選用本領(lǐng)域中常規(guī)接口。在本發(fā)明提供的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述接口為不銹鋼材質(zhì)的 內(nèi)塞式接口法蘭，在用于塞入透明檢測管的一端設(shè)有至少一個密封橡膠圈。
[0018] 在本發(fā)明提供的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在第一節(jié)點(diǎn)處設(shè)置六通閥A，使所述注氣管 線、壓力傳感器、第一接口和壓力緩沖罐通過六通閥A進(jìn)行連通;并在所述第二節(jié)點(diǎn)處設(shè)置 六通閥B，使所述第二接口、液體儲存容器和真空栗通過六通閥B進(jìn)行連通。
[0019]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的方 法，該方法包括以下步驟:利用上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使二氧化碳在 含有石蕊的測試溶液中進(jìn)行擴(kuò)散，通過觀察測試溶液沿二氧化碳注入方向的顏色變化情 況，獲得擴(kuò)散前緣的推進(jìn)距離、二氧化碳注入時間的數(shù)據(jù);根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)對二氧化碳擴(kuò)散 前緣進(jìn)行研究。
[0020]利用本發(fā)明提供研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，可通過監(jiān)測注二氧化碳過程中不 同位置處指示劑的顏色變化，進(jìn)而定性判斷二氧化碳的存在，得到擴(kuò)散前緣的推進(jìn)情況。 [0021 ]在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的方法中，一般石蕊在測試溶液的質(zhì)量百分比濃度 大于0.01%即可靈敏的顯示推進(jìn)前緣;在本發(fā)明提供的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，檢測溶液的 基礎(chǔ)液體為0.8mol/L的NaCl溶液，石蕊在檢測溶液中的質(zhì)量百分比濃度為0.02%。
[0022]在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的方法中，優(yōu)選地，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)對二氧化碳擴(kuò) 散前緣進(jìn)行研究的具體步驟包括：
[0023] (1)根據(jù)獲得擴(kuò)散前緣的推進(jìn)距離、二氧化碳注入時間的數(shù)據(jù)建立擴(kuò)散前緣的推 進(jìn)距離和二氧化碳注入時間的關(guān)系曲線；
[0024] (2)根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)方程、擴(kuò)散模型的初始條件和邊界條件建立二氧化碳擴(kuò)散模 型，通過對二氧化碳擴(kuò)散模型求解，獲得擴(kuò)散過程中二氧化碳濃度隨時間和液相深度的變 化關(guān)系式；
[0025] (3)通過壓力衰竭實(shí)驗(yàn)獲得二氧化碳濃度隨時間和液相深度的變化關(guān)系式中不同 時刻的變擴(kuò)散系數(shù)。
[0026]在上述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的方法中，優(yōu)選地，步驟(2)中的所述一維非穩(wěn)態(tài)方 程見式I:
[0028] 擴(kuò)散模型的初始條件和邊界條件如下：
[0029] h = 0,t〇<t<teq C(t,h)=Ceq 式（Π _1)，
[0030] 〇<h<H,t = 〇 C(t,h) = 0 式（n-2)，
[0032] 擴(kuò)散過程中二氧化碳濃度隨時間和液相深度的變化關(guān)系式見式m:[0033]
[0034] 在上述式I、式（Π-1)、式（Π-2)、式（Π-3)和式m中，
[0035] t-擴(kuò)散時間，s;
[0036] to-初始時刻，s;
[0037] h-某一位置與液面之間的距離，m;
[0038] Η-液相高度，m;
[0039] teq 一平衡所用時間，s;
[0040] C(t,h)-二氧化碳在t時刻，h距離處的濃度，mol/L;
[00411 Ceq-平衡時液相中二氧化碳的濃度，mol/L;
[0042] 〇-擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。
[0043] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置及其方法具有以下 優(yōu)點(diǎn)：
[0044] (1)實(shí)現(xiàn)在線測量，克服取樣過程對實(shí)驗(yàn)進(jìn)程造成的擾動，避免了取樣、監(jiān)測過程 中二氧化碳?xì)怏w逃逸造成的結(jié)果失真。
[0045] (2)由于變色反應(yīng)十分迅速，進(jìn)而能夠快速獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0046] (3)本發(fā)明中使用的指示劑十分靈敏，石蕊達(dá)到變色下限時水中二氧化碳的濃度 為2.326 X l(T4m〇l/L。相對于拉曼光譜的測量精度，指示劑的精度高出了 一個數(shù)量級。
【附圖說明】
[0047] 圖la為一種帶有不銹鋼套筒的透明檢測管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖lb為圖la不銹鋼套筒的俯視圖；
[0049] 圖2為實(shí)施例1中研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050] 圖3為實(shí)施例2中擴(kuò)散前緣推進(jìn)距離、時間關(guān)系圖；
[00511圖4為實(shí)施例2中398s時二氧化碳濃度分布圖；
[0052]圖5為實(shí)施例2中4122s時二氧化碳濃度分布圖；
[0053]圖6為實(shí)施例2中壓力衰竭法壓力隨時間變化圖；
[0054]圖7為實(shí)施例2中壓力衰竭法不同時刻注入量；
[0055]附圖標(biāo)號說明：1電腦、2真空壓力表、3真空栗、4六通閥A、5六通閥B、6液體儲存容 器、7石英管、8二氧化碳?xì)馄俊?壓力表、10壓力傳感器、11六通閥C、12壓力緩沖罐、13寶石級 石英玻璃管、14不銹鋼套筒、15視窗。
【具體實(shí)施方式】
[0056]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。
[0057] 實(shí)施例1
[0058] 本實(shí)施例提供了一種研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，該裝置由二氧化碳注入系 統(tǒng)、壓力緩沖部、檢測系統(tǒng)、液體注入系統(tǒng)以及抽真空系統(tǒng)組成；
[0059] 所述二氧化碳注入系統(tǒng)由二氧化碳?xì)馄?和壓力傳感器10組成；
[0060] 所述壓力緩沖部為壓力緩沖罐12,該壓力緩沖罐為一端開有通孔的罐體，通孔處 設(shè)有與外界連通的管線；
[0061 ]所述檢測系統(tǒng)包括石英管7 (長lm，內(nèi)徑2.2cm，壁厚0.4cm)、第一接口和第二接口； 第一接口安裝于石英管的上端口、第二接口安裝于石英管的下端口；第一接口和第二接口 為不銹鋼材質(zhì)的內(nèi)塞式接口法蘭，在用于塞入透明檢測管的一端設(shè)有兩個密封橡膠圈； [0062]所述液體注入系統(tǒng)包括液體儲存容器6,該液體儲存容器為頂部設(shè)有通孔，底部為 活塞式推注部件的罐體;在罐體側(cè)壁的底部設(shè)有可將活塞式推注部件進(jìn)行固定的螺紋固定 件；
[0063] 所述抽真空系統(tǒng)由真空栗3和真空壓力表2組成；
[0064]另外，該裝置還包括不銹鋼管線、電腦1、二氧化碳?xì)馄康臏p壓閥9、六通閥等;六通 閥為三個，包括(六通閥A)4、（六通閥B)5以及(六通閥C)ll;
[0065]其中，二氧化碳?xì)馄?、第一接口、壓力緩沖罐12以及壓力傳感器10分別連接于六 通閥C上(選擇六通閥6個端口中的4個）；壓力傳感器10的另一端與電腦1相連;第二接口和 液體儲存容器6分別連接于六通閥B上(選擇六通閥6個端口中的2個），六通閥B還與六通閥C 連接，六通閥C上連接有真空栗3和真空壓力表2。
[0066] 本實(shí)施例中的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0067] 實(shí)施例2
[0068] 本實(shí)施例提供了一種研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的方法，該方法使用了實(shí)施例1中的 裝置，具體步驟為：
[0069] (1)使用實(shí)施例1中的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置進(jìn)行二氧化碳的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，以 獲得擴(kuò)散前緣的推進(jìn)距離、二氧化碳注入時間的數(shù)據(jù);步驟包括：
[0070] ①將配制好的檢測溶液(0.8mol/L的NaCl溶液，其中含0.02 %石蕊)注入液體儲存 容器中；
[0071 ]②開閉相應(yīng)閥門后，打開真空栗對裝置對液體儲存容器進(jìn)行抽真空4小時；
[0072]③將液體儲存容器中的檢測溶液注入石英管中；
[0073]④將二氧化碳?xì)馄康妮敵鰤毫υO(shè)定為200KPa，開始進(jìn)行注氣(注氣開始后，30秒左 右顏色開始變化，說明該裝置反應(yīng)靈敏、可行）；
[0074] ⑤注氣4500秒后，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。
[0075]記錄實(shí)驗(yàn)中注入時間和擴(kuò)散前緣推進(jìn)距離的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)制作成曲線，具體見 圖3。
[0076] (2)根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)方程、擴(kuò)散模型的初始條件和邊界條件建立二氧化碳擴(kuò)散模 型，通過對二氧化碳擴(kuò)散模型求解，獲得擴(kuò)散過程中二氧化碳濃度隨時間和液相深度的變 化關(guān)系式;具體為：
[0078] 擴(kuò)散模型的初始條件和邊界條件如下：
[0079] h = 0,t〇<t<teq C(t,h)=Ceq 式（Π_1)，
[0080] 〇<h<H,t = 〇 C(t,h) = 0 式（n-2)，
[0082] 通過對擴(kuò)散模型求解，可得到擴(kuò)散過程中濃度隨時間和液相深度的變化：
[0083]
[0084] 在上述式I、式（Π-1)、式（Π-2)、式（Π-3)和式ΙΠ中，
[0085] t-擴(kuò)散時間，s;
[0086] to-初始時刻，s;
[0087] h-某一位置與液面之間的距離，m;
[0088] Η-液相高度，m;
[0089] teq 一平衡所用時間，s;
[0090] C(t,h)-二氧化碳在t時刻，h距離處的濃度，mol/L;
[0091] Ceq-平衡時液相中二氧化碳的濃度，mol/L;
[0092] 〇-擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。
[0093] 本實(shí)驗(yàn)中擴(kuò)散前緣二氧化碳濃度為2.326 X 10_4mol/L，界面處二氧化碳濃度假設(shè) 在實(shí)驗(yàn)剛開始時便達(dá)到平衡，且不再變化，根據(jù)亨利定律求得其值為〇.〇668mol/L。
[0094] (3)通過壓力衰竭實(shí)驗(yàn)獲得二氧化碳濃度隨時間和液相深度的變化關(guān)系式中不同 時刻的變擴(kuò)散系數(shù);具體為：
[0095] 隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，二氧化碳在溶液中的擴(kuò)散行為是不斷變化的，所以式m中的擴(kuò) 散系數(shù)應(yīng)該使用變擴(kuò)散系數(shù)，此處采用壓力衰竭實(shí)驗(yàn)計算出來的不同時刻所對應(yīng)的變擴(kuò)散 系數(shù)，具體數(shù)據(jù)表1。
[0096] 表1壓力衰竭法求得的不同時刻的變擴(kuò)散系數(shù)
[0098]依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得到不同時刻的前緣移動距離，結(jié)合上式利用Matlab軟件編 程，可得到不同時刻溶液中二氧化碳濃度隨距離的分布圖，部分結(jié)果見圖4和圖5。
[0099]利用Matlab軟件對曲線進(jìn)行擬合并積分到擴(kuò)散前緣處，可以得到不同時刻二氧化 碳的注入量，結(jié)果見表2。
[0100]表2前緣監(jiān)測法不同時刻二氧化碳注入量
[0102] 為了驗(yàn)證此裝置研究二氧化碳擴(kuò)散行為的合理性，將此結(jié)果與壓力衰竭實(shí)驗(yàn)結(jié)果 進(jìn)行對比。
[0103] 壓力衰竭實(shí)驗(yàn)條件：在溫度為25°C的恒溫箱中，向100ml的中間容器中注入 50ml0.8mol/L NaCl溶液(液面高5.4〇1〇，將上部空氣用真空栗抽出，再注入壓力為200即& 的二氧化碳?xì)怏w，此時切斷氣源，通過壓力傳感器記錄二氧化碳擴(kuò)散過程中中間容器內(nèi)壓 力的變化。
[0104] 將壓力隨時間變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，取與擴(kuò)散前緣可視化實(shí)驗(yàn)相同的時間區(qū)間， 將壓力數(shù)據(jù)繪制成曲線如圖6。
[0105] 對于整個封閉的PVT容器，由物質(zhì)平衡原理可知，氣相中減少的⑶2量與液相中增 加的C02量相等。通過氣體的狀態(tài)方程，可以計算得到真實(shí)氣體從初始狀態(tài)(Po，to)到某一時 刻(Pt，ti)氣相中所減少的0) 2量Δ nt。
[0107] 式中n〇、nt為初始時刻和擴(kuò)散到t時刻氣相中C02量;R為氣體常數(shù)，Zo、Zt為真實(shí)氣體 壓縮因子。在這個過程中，氣體的壓縮因子的計算是通過臨界壓縮因子方法得到，由于擴(kuò)散 過程中，從初始時刻到平衡狀態(tài)，壓力的改變導(dǎo)致氣體壓縮因子變化不大，方程式中的壓縮 因子之取初始狀態(tài)和平衡狀態(tài)的平均值。
[0108] 利用式(5)得到不同時刻擴(kuò)散到液相中的二氧化碳的物質(zhì)的量，如圖7。
[0109] 考慮到壓力衰竭實(shí)驗(yàn)和前緣監(jiān)測實(shí)驗(yàn)液體高度的不同導(dǎo)致注入量的差異，將結(jié)果 進(jìn)行歸一化處理，得到不同時刻的相對注入量，對比結(jié)果見表3。
[0110] 表3壓力衰竭法與前緣監(jiān)測法相對注入量對比表
[0113]從表3中可以看出，壓力衰竭與前緣監(jiān)測的相對注入量非常接近，證明了該裝置能 夠準(zhǔn)確的監(jiān)測二氧化碳擴(kuò)散的前緣推進(jìn)情況。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，該裝置包括二氧化碳注入系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)及液 體注入系統(tǒng)； 所述二氧化碳注入系統(tǒng)包括二氧化碳?xì)馄浚? 所述檢測系統(tǒng)包括透明檢測管W及用于與外部管線連通的接口，所述接口包括第一接 口和第二接口. 所述液體注入系統(tǒng)包括液體儲存容器； 其中，所述氣瓶和第一接口連通，所述第一接口與透明檢測管的一端連通，所述透明檢 測管的另一端與第二接口連通，所述第二接口與液體儲存容器連通。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，其中，所述二氧化碳注入系統(tǒng) 還包括壓力緩沖部，所述壓力緩沖部設(shè)于氣瓶與第一接口連通的管路上，用于平穩(wěn)管路中 氣體的波動。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，其中，所述壓力緩沖部包括至 少一個緩沖罐； 所述緩沖罐為一端開有通孔的罐體，所述通孔處設(shè)有與外界連通的管線，所述罐體通 過通孔處的管線連接于氣瓶和第一接口連通的管路上;或， 所述緩沖罐為兩端開有通孔的罐體，所述罐體W串聯(lián)方式或并聯(lián)方式連接于所述氣瓶 和第一接口連通的管路上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，其中，該裝置還包括抽真空系 統(tǒng)，所述抽真空系統(tǒng)用于抽出裝置內(nèi)的管線、透明檢測管W及液體儲存容器內(nèi)的氣體。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，其中，所述抽真空系統(tǒng)包括真 空累;所述真空累設(shè)于第二接口與液體儲存容器連通的管路上。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，其中，所述液體儲存容器為頂 部設(shè)有通孔，底部為活塞式推注部件的罐體;所述罐體側(cè)壁的底部設(shè)有可將活塞式推注部 件進(jìn)行固定的固定件； 所述液體儲存容器通過頂部通孔與注液管線連通。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置，其中，所述透明檢測管的外部 設(shè)有不誘鋼套筒，在所述不誘鋼套筒上開有沿透明檢測管長度方向的視窗。8. -種利用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的裝置研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的方法，該方法包 括W下步驟： 利用所述研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使二氧化碳在含有石蕊的測試溶液 中進(jìn)行擴(kuò)散，通過觀察測試溶液沿二氧化碳注入方向的顏色變化情況，獲得擴(kuò)散前緣的推 進(jìn)距離、二氧化碳注入時間的數(shù)據(jù);根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)對二氧化碳擴(kuò)散前緣進(jìn)行研究。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的方法，其中，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)對二氧 化碳擴(kuò)散前緣進(jìn)行研究的具體步驟包括： (1) 根據(jù)獲得擴(kuò)散前緣的推進(jìn)距離、二氧化碳注入時間的數(shù)據(jù)建立擴(kuò)散前緣的推進(jìn)距 離和二氧化碳注入時間的關(guān)系曲線； (2) 根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)方程、擴(kuò)散模型的初始條件和邊界條件建立二氧化碳擴(kuò)散模型，通 過對二氧化碳擴(kuò)散模型求解，獲得擴(kuò)散過程中二氧化碳濃度隨時間和液相深度的變化關(guān)系 式； (3)通過壓力衰竭實(shí)驗(yàn)獲得二氧化碳濃度隨時間和液相深度的變化關(guān)系式中不同時刻 的變擴(kuò)散系數(shù)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的研究二氧化碳擴(kuò)散前緣的方法，其中，步驟(2)中的所述一維 非穩(wěn)態(tài)方程見式I:擴(kuò)散模型的初始條件和邊界條件如下： h二0 , t〇〈t〈teq C(t,h)二Ceq 式（Π -1), 0<h<H,t = 〇 C(t,h)=0 式（Π -2)，式（II-3); 擴(kuò)散過程中二氧化碳濃度隨時間和液相深度的變化關(guān)系式見式虹：細(xì)I; 在上述式I、式（Π -1)、式（Π -2)、式（Π -3)和式虹中， t-擴(kuò)散時間，S; to-初始時刻，S; h-某一位置與液面之間的距離，m; Η一液相局度，m; teq-平衡所用時間，S; C(t,h)-二氧化碳在t時刻，h距離處的濃度，mol/l; Ceq-平衡時液相中二氧化碳的濃度，mo 1/L; D-擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。
【文檔編號】G01N13/00GK106092830SQ201610647251
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月9日 公開號201610647251.8, CN 106092830 A, CN 106092830A, CN 201610647251, CN-A-106092830, CN106092830 A, CN106092830A, CN201610647251, CN201610647251.8
【發(fā)明人】趙仁保, 楊嬌龍, 許夢凡, 衡明浩, 岳湘安
【申請人】中國石油大學(xué)(北京)