CN107314950B - 一种测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，包括如下步骤：将经过原油饱和的岩心的所有面进行密封处理；将密封好的岩心放入扩散筒中；将扩散筒加热到所需温度并保持恒温；打开阀门，二氧化碳容器加压到所需压力并保持恒压；打开阀门，恒压将CO2注入到扩散筒中；通过核磁共振系统测量扩散筒内的岩心，获得T2谱图；利用T2谱图峰面积计算岩心中CO2和原油占有的体积比；计算岩心中CO2的摩尔浓度，计算不同扩散时间条件下CO2在岩心中的摩尔浓度C得到平均浓度将平均浓度带入公式求扩散系数D。本发明针对实现了利用核磁共振T2谱图对扩散系数的直观化计算及量化分析。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发领域，更具体地，涉及一种利用核磁共振T2谱图的方法测定CO2在饱和原油的致密多孔介质中扩散系数的方法。
背景技术
目前文献中测量气体在多孔介质中扩散系数的方法，一般说来分为两类：直接法和间接法。无论是直接还是间接测量，都只能描述气体在扩散介质中的浓度或者说扩散量，而不能直接测量出气体的扩散系数，也就是气体在多孔介质中的扩散系数必须通过实验室测定结合模型计算才能够确定。
(1)直接法：在不同的时间和不同的扩散距离对流体采样，然后把这些样本进行分析，得到气体的浓度数据，再结合相应的数学模型，推导出扩散系数。但是，采样的过程干扰了系统中的流场，从而引起实验的误差。
(2)间接法：该方法通过测量其他参数来计算扩散系数，相对于直接测量，这种方法不需要取样和进行取样的分析，目前已得到广泛认可。这些参数可以是溶液体积的变化速率、气液界面的运动速率或者扩散系统的压力变化等。但这些间接方法需要准确建立测量参数与扩散相浓度的关系，并且需要对被测量参数进行精确测量。
对于高温高压条件下CO2在多孔介质中扩散系数的测定，首先测定不同时间下CO2在致密多孔介质中的扩散量，将其带入指定的数学模型，计算得出该条件下CO2在致密多孔介质中的扩散系数。
许多学者采用记录CO2与扩散介质系统的压力变化，通过带入特定的模型进行求取。例如，专利文件CN 103674799A公开了一种测定气体在多孔隙介质中轴向扩散系数的装置及方法，所述装置能够测定CO2与多孔隙介质接触后压力的变化，将测量的压力数值带入模型计算扩散系数。专利文件CN 102121891A公开了一种高温高压多组分油气体系分子扩散系数的测试装置及方法，利用高温高压PVT实验装置测试了CO2与原油接触后体系压力变化，带入特定的模型计算了不同组分油气体系的分子扩散系数。专利文件CN 102809526A公开了一种测量二氧化碳在饱和油岩心中扩散系数的方法，利用扩散筒测试了CO2与原油接触后体系压力变化，并将压力变化带入指定模型计算得到非膨胀体系中二氧化碳的有效扩散系数。
部分学者采用可视化成像手段获得CO2在扩散介质中的扩散浓度变化，带入特定模型计算获得扩散系数。例如，专利文件CN 103884628A公开了一种应用CT测量多孔介质中二氧化碳扩散系数的装置与方法，利用CT扫描成像系统和CO2扩散系统结合测定CO2在多孔介质中的扩散系数。测定时，首先利用CT扫描装置获得高压容器内部的CT图像，通过CT图像的信号值分析出饱和油多孔介质中二氧化碳浓度的变化，计算出二氧化碳在饱和油多孔介质中的扩散系数。专利文件CN 102879306A公开了一种利用磁共振成像技术快速测量气-液扩散系数的方法，首先利用成像技术获得成像区域内沿扩散方向每一个位置的液相浓度分布，然后获得基准时刻和计算时刻间每一个位置的浓度差，最后利用公式非线性拟合获得气-液扩散系数。该方法可以较准确的确定气-液的扩散系数值。通过MRI技术检测气液扩散过程，实现了对于多孔介质内气液体系扩散过程的微观可视化及量化分析，对多孔介质孔隙度、渗透率和饱和度等重要参数可进行定量分析；该专利的装置通过MRI技术可实时、直观、无损伤的测量流体在多孔介质中的质子密度图像，纵向和横向弛豫时间、表观扩散系数以及扩散张量分布图像，进而实现对整个扩散过程的可视化，但该发明并没有提及利用核磁共振技术获得气液的扩散系数，而是通过改进的双室压力衰减法能够确定气体在饱和液体的岩心中的扩散系数。
发明内容
本发明的目的是提供一种测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，利用核磁共振T2谱图方法表征致密多孔介质，尤其是纳米孔隙的致密多孔介质的原油浓度变化，进而获得扩散过程中CO2浓度的变化，带入特定模型，计算得出扩散系数。
为了实现上述目的，本发明提供一种测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，该方法包括如下步骤：
1)将经过原油饱和的岩心的一个端面和所有侧面进行密封处理；
2)将密封好的岩心放入扩散筒中；
3)将扩散筒加热到实验测定所需温度，并保持扩散筒恒温；
4)打开阀门，利用注入泵将二氧化碳容器加压到实验测定所需压力，并且保持注入泵处于恒压状态；
5)打开阀门，利用注入泵恒压将二氧化碳容器中的CO2注入到扩散筒中；
6)通过核磁共振系统测量扩散筒内的岩心，在不同扩散时间条件下连续测量，获得核磁共振T2谱图；
7)利用核磁共振T2谱图峰面积计算岩心中CO2和原油占有的体积比；
8)利用计算出的CO2和原油占有的体积比，得到岩心中CO2的摩尔浓度，其公式为其中x为CO2和原油占有的体积比；利用其所得摩尔浓度C，计算不同扩散时间条件下CO2在岩心中的平均浓度
9)将平均浓度带入公式求出扩散系数D；其中：Co为油气界面的平衡界面浓度，L为岩心长度，erf为误差函数，其表达式为t为扩散时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对二氧化碳在致密多孔介质的扩散过程，利用核磁共振T2谱图方法表征致密多孔介质，尤其是纳米孔隙的致密多孔介质的原油浓度变化，进而获得扩散过程中CO2浓度的变化，带入特定模型计算得出扩散系数，实现利用核磁共振T2谱图对扩散系数的直观化计算及量化分析。
附图说明
图1示出了测定CO2在饱和原油的多孔介质中扩散系数的实验装置示意图。
上述图中标号说明如下：
1-注入泵；2-二氧化碳容器；3-压力传感器；4-温度循环控制系统；5-核磁共振系统；6-扩散筒；7-数据采集与分析系统；8-岩心；9-阀门；10-阀门。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明提供一种测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，该方法包括如下步骤：
1)将经过原油饱和的岩心8的一个端面和所有侧面进行密封处理；
2)将密封好的岩心8放入扩散筒6中；
3)将扩散筒6加热到实验测定所需温度，并保持扩散筒6恒温；
4)打开阀门10，利用注入泵1将二氧化碳容器2加压到实验测定所需压力，并且保持注入泵1处于恒压状态；
5)打开阀门9，利用注入泵1恒压将二氧化碳容器2中的CO2注入到扩散筒6中；
6)通过核磁共振系统5测量扩散筒6内的岩心8，在不同扩散时间条件下连续测量，获得核磁共振T2谱图；
7)利用核磁共振T2谱图峰面积计算岩心8中CO2和原油占有的体积比；
8)利用计算出的CO2和原油占有的体积比，得到岩心8中CO2的摩尔浓度，其公式为其中x为CO2和原油占有的体积比；利用其所得摩尔浓度C，计算不同扩散时间条件下CO2在岩心8中的平均浓度
9)将平均浓度带入公式求出扩散系数D；其中：Co为油气界面的平衡界面浓度，L为岩心长度，erf为误差函数，其表达式为t为扩散时间。
按照本发明提供的方法，步骤1)中，优选地，采用密封胶进行密封处理。所述密封胶优选为树脂型胶粘剂，进一步优选选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸树脂和聚氯乙烯树脂中的至少一种。更进一步优选地，所述岩心8的一个端面和所有侧面采用环氧树脂密封，保证CO2仅从岩心8的一个端面扩散进入岩心，即整个实验过程为轴向扩散过程。
所述岩心8优选为圆柱形或直棱柱形。所述岩心8的长度L优选为柱体上下两个底面之间的距离，进一步优选为5-6cm。
按照本发明提供的方法，步骤2)中，优选地，岩心8经过密封处理的端面与扩散筒6底部接触。
按照本发明提供的方法，步骤3)中，优选地，通过温度循环控制系统4将扩散筒6加热到实验测定所需温度，并保持扩散筒6恒温。
按照本发明提供的方法，步骤4)中，可通过压力传感器3显示二氧化碳容器2中的压力。
按照本发明提供的方法，步骤3)中，实验测定所需温度可为室温～100℃，步骤4)中，实验测定所需压力可为大气压～70MPa。
按照本发明提供的方法，步骤6)中，优选地，通过数据采集与分析系统7获得核磁共振T2谱图。
按照本发明提供的方法，步骤8)中，优选地，平均浓度的具体计算过程为：①通过核磁共振T2谱图计算CO2和原油占有的体积比；②利用岩心的孔隙体积，计算岩心中CO2的体积；③利用状态方程计算岩心中CO2的摩尔数；④计算岩心中CO2的摩尔浓度，其公式为其中x为CO2和原油占有的体积比；⑤对多次计算出的岩心中CO2的摩尔浓度C求平均值，即得
按照本发明提供的方法，步骤9)中，优选地，Co的计算公式为Co进一步优选为0.0145mol/cm3。
以下实施例为利用核磁共振T2谱图方法，测定饱和原油的致密岩心中CO2的扩散系数，采用如图1所示的实验装置。
实施例1
所用圆柱形岩心的渗透率为0.218mD，岩心长度L为5.366cm，直径为2.487cm；扩散压力为12MPa，扩散温度为45℃。具体实验测定步骤如下：
1)将经过原油饱和的岩心8的一个端面和所有侧面通过环氧树脂进行密封处理；
2)将密封好的岩心8放入扩散筒6中，且岩心8经过密封处理的端面与扩散筒6底部接触；
3)通过温度循环控制系统4将扩散筒6加热到45℃，并保持扩散筒6恒温；
4)打开阀门10，利用注入泵1将二氧化碳容器2加压到12MPa，并且保持注入泵1处于恒压状态；压力传感器3显示二氧化碳容器2中的压力；
5)打开阀门9，利用注入泵1恒压将二氧化碳容器2中的CO2注入到扩散筒6中；
6)通过核磁共振系统5测量扩散筒6内的岩心8，在不同扩散时间条件下连续测量，通过数据采集与分析系统7获得核磁共振T2谱图；
7)利用核磁共振T2谱图峰面积计算岩心8中CO2和原油占有的体积比；
8)①通过核磁共振T2谱图计算CO2和原油占有的体积比；②利用岩心的孔隙体积，计算岩心8中CO2的体积；③利用状态方程计算岩心8中CO2的摩尔数；④计算岩心8中CO2的摩尔浓度，其公式为其中x为CO2和原油占有的体积比；⑤对不同扩散时间条件下CO2在岩心8中的摩尔浓度C求平均值，得到平均浓度
9)将平均浓度带入公式求出扩散系数D；其中：Co为0.0145mol/cm3，L为岩心长度，erf为误差函数，其表达式为t为扩散时间。
不同扩散时间条件下，所得核磁共振T2谱图峰面积、岩心中CO2和原油占有的体积比、平均浓度以及扩散系数D如表1所示。
以上实验结果表明，通过本发明的方法，能够实现针对二氧化碳在致密多孔介质的扩散过程，利用核磁共振T2谱图对其扩散系数的直观化计算。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)将经过原油饱和的岩心(8)的一个端面和所有侧面进行密封处理；
2)将密封好的岩心(8)放入扩散筒(6)中；
3)将扩散筒(6)加热到实验测定所需温度，并保持扩散筒(6)恒温；
4)打开阀门(10)，利用注入泵(1)将二氧化碳容器(2)加压到实验测定所需压力，并且保持注入泵(1)处于恒压状态；
5)打开阀门(9)，利用注入泵(1)恒压将二氧化碳容器(2)中的CO2注入到扩散筒(6)中；
6)通过核磁共振系统(5)测量扩散筒(6)内的岩心(8)，在不同扩散时间条件下连续测量，获得核磁共振T2谱图；
7)利用核磁共振T2谱图峰面积计算岩心(8)中CO2和原油占有的体积比；
8)利用计算出的CO2和原油占有的体积比，得到岩心(8)中CO2的摩尔浓度，其公式为其中x为CO2和原油占有的体积比；利用其所得摩尔浓度C，计算不同扩散时间中的每个扩散时间条件下CO2在岩心(8)中的平均浓度
9)将平均浓度带入公式求出扩散系数D；其中：Co为油气界面的平衡界面浓度，L为岩心长度，erf为误差函数，其表达式为t为扩散时间。
2.根据权利要求1所述的测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其中，步骤1)中，采用密封胶进行密封处理。
3.根据权利要求2所述的测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其中，步骤1)中，所述密封胶为树脂型胶粘剂。
4.根据权利要求2所述的测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其中，所述密封胶选自环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸树脂和聚氯乙烯树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其中，步骤2)中，岩心(8)经过密封处理的端面与扩散筒(6)底部接触。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其中，步骤3)中，通过温度循环控制系统(4)将扩散筒(6)加热到实验测定所需温度，并保持扩散筒(6)恒温。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其中，步骤6)中，通过数据采集与分析系统(7)获得核磁共振T2谱图。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其中，步骤8)中，平均浓度的具体计算过程为：①通过核磁共振T2谱图计算CO2和原油占有的体积比；②利用岩心的孔隙体积，计算岩心中CO2的体积；③利用状态方程计算岩心中CO2的摩尔数；④计算岩心中CO2的摩尔浓度，其公式为其中x为CO2和原油占有的体积比；⑤对多次计算出的岩心中CO2的摩尔浓度C求平均值，即得
9.根据权利要求1-4中任一项所述的测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其中，所述岩心(8)为圆柱形或直棱柱形。
10.根据权利要求9所述的测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法，其中，所述岩心长度L为柱体上下两个底面之间的距离。
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