CN103454391A - 高含co2天然气在地层水中的溶解度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高含CO₂天然气在地层水中的溶解度测试方法，采用等温闪蒸容积法，首先测试不同温度下CO₂在纯水中的溶解度，并与文献实验数据^[3-5]进行对比，验证新方法的准确性和可靠性；然后测试地层温度下不同压力、不同CO₂含量天然气在地层水中的溶解度。为准确求取高含CO₂气藏相态参数以及CO₂有效埋存提供重要的基础数据和应用价值。

Description

高含CO2天然气在地层水中的溶解度测试方法

技术领域

本发明涉及的是一种高含CO₂天然气在地层水中的溶解度测试方法。

背景技术

近年来，我国松辽盆地发现了大量的高含CO₂天然气气藏^[1-2]。由于CO₂与水存在较强的物理化学作用，导致高含CO₂天然气在地层水中溶解能力远远大于烃类天然气。目前，有学者^[3-7]对纯CO₂在地层水中的溶解度进行了实验研究；也有学者^[8-10]对烃类气体在地层水中的溶解度进行了实验测试。但对于高含CO₂天然气在地层水中的溶解度实验测试研究相对较少。另一方面，测定气体在地层水中的溶解度常用平衡液相取样法^[11]，它的优点在于装置简单易于操作，但初始气体密度很难确定。。

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发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种高含CO₂天然气在地层水中的溶解度测试方法。

本发明的技术方案如下：

一种高含CO₂天然气在地层水中的溶解度测试方法，包括以下步骤：

(1)B泵和所有管线抽真空，将气样瓶中的天然气转入B泵，装满为止，然后加压B泵至实验设定压力；

(2)加热平衡釜至实验温度并抽真空，用高精度A泵向平衡釜中转入脱气地层水，转满为止，然后将平衡釜加压至实验设定压力；

(3)连接平衡釜和B泵，用B泵中天然气顶替地层水约400ml，同时A泵以恒速退泵，整个过程保证压力恒定，然后将平衡釜与A泵断开；

(4)利用搅拌器进行充分搅拌，同时设置B泵为恒压模式，用压力表监测平衡釜压力，并实时记录，同时也记录B泵的压力和体积；

(5)若搅拌1h后B泵的体积不变，然后静置2h后体积仍不变，则认为平衡釜达到平衡。

(6)清洗A泵并抽真空，装满脱气地层水，并加压至实验设定压力，记录地层水的体积为V_fw1，再逐渐降压至大气压，记录此时地层水的体积为V_fw2；

(7)排空A泵中地层水，清洗并抽真空，利用B泵将平衡釜中饱和天然气的地层水转入A泵中，转入体积记为V_mix1，且V_mix1=V_fw1，该过程在恒温恒压下进行，并确保转样过程中地层水中气样不溢出，然后将平衡釜与A泵断开；

(8)恒温条件下，A泵逐渐降压至大气压，记录其体积为V_mix2，则天然气在地层水中体积溶解度为V_gsol=V_mix2-V_mix1-(V_fw2-V_fw1)。

本发明采用等温闪蒸容积法，首先测试不同温度下CO₂在纯水中的溶解度，并与文献实验数据^[3-5]进行对比，验证新方法的准确性和可靠性；然后测试地层温度下不同压力、不同CO₂含量天然气在地层水中的溶解度。为准确求取高含CO₂气藏相态参数以及CO₂有效埋存提供重要的基础数据和应用价值。

(1)建立了一种测试天然气在地层水中溶解度实验新方法-等温闪蒸容积法。

(2)温度一定时，天然气在地层水中溶解随压力增加而增大，高压下增大幅度大于低压。

(3)CO₂含量越高，天然气在地层水中的溶解度越大。天然气溶解度随着体系压力下降而降低，CO₂含量越高，降低的幅度越大；并且随着体系压力下降，CO₂与CH₄在地层水中的溶解度之差越来越小。

附图说明

图1天然气在地层水中溶解度测定示意图；

图2CO₂在纯水中溶解度对比(50℃和110℃)；

图3不同CO₂含量的天然气在地层水中溶解度对比。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

1实验部分

1.1实验原料

CO₂气体由西南油气田分公司提供，其纯度为99.9％；样品共5组：2组直接取自吉林长岭气田长深x井(20.74％CO₂)和长深Y井(26.66％CO₂)的一级分离气样；其余3组是通过Y井气样按比例添加纯CO₂(或干气)配置而成。5组样品的组分组成见表1(由气相色谱仪HP-6890分析得到)：

表1不同含量CO₂天然气组分组成(mol％)

实验用的地层水是通过室内配制的，配制的地层水样物性分析结果见表2：

表2实验配制地层水样物性汇总

1.2实验装置

本实验用等温闪蒸容积法测定气体在地层水中溶解度，测定装置如图1所示。主要装置有高压平衡釜、空气恒温箱、气样瓶、注射泵、磁力搅拌器。高压平衡釜和管线材质均为抗CO₂不锈钢，压力：0.1～68.94MPa，精度：0.02MPa；温度：288.2～473.2K，精度为0.1K。恒温箱温度波动为±0.1K。

气样瓶通过阀V2和阀V3与B泵相连，B泵再通过阀V4和阀V5与平衡釜相连，平衡釜置于空气浴中，温度计置于空气浴中，压力表置于平衡釜上端，平衡釜中装有磁力搅拌器，A泵通过阀V7和阀V6与平衡阀的下端连接。

1.3实验步骤

(1)B泵和所有管线抽真空，将气样瓶中的天然气转入B泵，装满为止，然后加压B泵至实验设定压力；

(2)加热平衡釜至实验温度并抽真空，用高精度A泵向平衡釜中转入脱气地层水，转满为止，然后将平衡釜加压至实验设定压力；

(3)连接平衡釜和B泵，用B泵(设为恒压)中天然气顶替地层水约400ml，同时A泵以恒速退泵，整个过程保证压力恒定，然后将平衡釜与A泵断开；

(4)利用搅拌器进行充分搅拌，同时设置B泵为恒压模式，用压力表监测平衡釜压力，并实时记录，同时也记录B泵的压力和体积；

(5)若搅拌1h后B泵的体积不变，然后静置2h后体积仍不变，则认为平衡釜达到平衡。

(6)清洗A泵并抽真空，装满脱气地层水，并加压至实验设定压力，记录地层水的体积为V_fw1，再逐渐降压至大气压，记录此时地层水的体积为V_fw2；

(7)排空A泵中地层水，清洗并抽真空，利用B泵(恒压模式)将平衡釜中饱和天然气的地层水转入A泵中，转入体积记为V_mix1，且V_mix1=V_fw1，该过程在恒温恒压下进行，并确保转样过程中地层水中气样不溢出，然后将平衡釜与A泵断开；

(8)恒温条件下，A泵逐渐降压至大气压，记录其体积为V_mix2，则天然气在地层水中体积溶解度为V_gsol=V_mix2-V_mix1-(V_fw2-V_fw1)。

1.4实验原理

根据1.3可知，溶解在地层水中的天然气体积为(V_mix2-v_mix1)，但该体积包含了水蒸汽和地层水膨胀体积(因为降压过程中，水蒸汽将进入气相，同时地层水也会膨胀)。因此，

V_gsol+ΔV_fw+V_wv=V_mix2-V_mix1               (1)

式中，ΔV_fw-实验压力降到大气压时地层水的体积膨胀量；V_wv-实验压力降到大气压时气相中水蒸汽的体积。

根据1.3步骤(6)可知，

ΔV_fw+V_wv=V_fw2-V_fw1                      (2)

当忽略了气相中天然气对水蒸汽的影响以及不考虑地层水中天然气对地层水压缩性的影响时，天然气溶解在地层水中的真实体积为

V_gsol=V_mix2-V_mix1-(V_fw2-V_fw1)             (3)

2实验结果与分析

首先，利用该方法分别测试了50℃和110℃条件下CO₂在纯水中的溶解度，并与文献[2-4]进行了对比，结果如图2所示：

从图2中可知，50℃时CO₂在纯水中的溶解度与文献[2-3]吻合相当好，110℃时的溶解度也与Takenouchi等人^[8]的实验数据也比较吻合。进而表明，该套设备及测试方法是准确、可靠的。

在此基础上，测试了地层温度(127.5℃)、不同压力下纯CH₄、纯CO₂以及不同CO₂含量的天然气在地层水中的溶解度，结果图3所示：

由图3可知：相同温度压力下，CO₂含量越高，天然气在地层水中的溶解度越大，纯CO₂在地层水中的溶解度比CH₄大得多，主要是CO₂比烃类气体更易溶解于地层水中，并与水缔合形成了弱碳酸；随着体系压力下降，天然气在地层水中的溶解度不断降低，且CO₂含量越高，降低的幅度越大；并且随着体系压力下降，CO₂与CH₄在地层水中的溶解度之差越来越小。因此，开采过程中，随着地层压力下降，高含CO₂天然气将从地层水中逸出，这便增加了天然气的可开采储量和气体的能量。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种高含CO₂天然气在地层水中的溶解度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)B泵和所有管线抽真空，将气样瓶中的天然气转入B泵，装满为止，然后加压B泵至实验设定压力；

(2)加热平衡釜至实验温度并抽真空，用高精度A泵向平衡釜中转入脱气地层水，转满为止，然后将平衡釜加压至实验设定压力；

(3)连接平衡釜和B泵，用B泵中天然气顶替地层水约400ml，同时A泵以恒速退泵，整个过程保证压力恒定，然后将平衡釜与A泵断开；

(4)利用搅拌器进行充分搅拌，同时设置B泵为恒压模式，用压力表监测平衡釜压力，并实时记录，同时也记录B泵的压力和体积；

(5)若搅拌1h后B泵的体积不变，然后静置2h后体积仍不变，则认为平衡釜达到平衡。

(6)清洗A泵并抽真空，装满脱气地层水，并加压至实验设定压力，记录地层水的体积为V_fw1，再逐渐降压至大气压，记录此时地层水的体积为V_fw2；

(7)排空A泵中地层水，清洗并抽真空，利用B泵将平衡釜中饱和天然气的地层水转入A泵中，转入体积记为V_mix1，且V_mix1=V_fw1，该过程在恒温恒压下进行，并确保转样过程中地层水中气样不溢出，然后将平衡釜与A泵断开；

(8)恒温条件下，A泵逐渐降压至大气压，记录其体积为V_mix2，则天然气在地层水中体积溶解度为V_gsol=V_mix2-V_mix1-(V_fw2-V_fw1)。

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