CN208818610U - 用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统，包括可视化微观模型、乳液注入装置、原油注入装置、温度控制装置、围压控制装置，其中：可视化微观模型内设扩散空间和流体通道；流体通道两端分别连接有第一进液管和第一排液管；乳液注入装置和原油注入装置分别用于将超临界二氧化碳乳液和原油注入流体通道；温度控制装置用于调节实验温度；围压控制装置围用于调节实验围压；第一排液管上设有调压阀，用于调节实验回压；第一进液管上设有压力计，用于测量超临界二氧化碳乳液向原油中扩散时的压力。采用上述系统，能够模拟超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散过程，进而确定扩散系数，为研究二氧化碳驱油原理提供技术支持。

Description

用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统，属于采油工程技术领域。

背景技术

目前，很多燃煤发电厂、乙烷制乙烯作业项目等会排放大量二氧化碳尾气。由于二氧化碳大量排放而引发的全球气候变暖问题日趋严峻。国内外大量研究和应用成果已表明，向油层中注入CO₂可以大幅度地提高原油采收率，同时，油藏是封闭条件良好的底下储气库，可以实现CO₂的长期地质埋存。因此，以CO₂为驱油剂既能够实现二氧化碳减排的社会效益和环境效益，又产生巨大的经济效益。美国《油气杂志》调查表明，二氧化碳驱已经发展成为除热采外最有效的EOR手段，尤其在美国与加拿大，二氧化碳混相驱的发展规模较大。

在采用二氧化碳驱油的过程中，二氧化碳在饱和原油岩心中的质量传递规律对于注入二氧化碳的运移特征的预测显得尤为重要。因此二氧化碳在饱和原油岩心中的扩散系数的测定对于二氧化碳驱油技术的发展具有重要的意义。在高温高压油井条件下，CO₂一般处于超临界状态下(温度和压力分别处于31.1℃和7.38MPa以上)，CO₂密度接近液体密度，此时CO₂-表面活性剂溶液体系相当于液-液分散体系，属于乳状液(简称乳液)范畴。

发表于石油化工高等学校学报2013年第26卷第1期中《超临界CO₂微乳液与烷烃的最小混相压力研究》一文中，董朝霞等人考察了烷烃碳数、温度、水和表面活性剂摩尔分数对超临界微乳液与烷烃的最小混相压力(MMP)的影响。但是未涉及超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数。

实际上，目前研究超临界CO₂乳液在原油中的扩散系数的相关报道较少，研究超临界CO₂乳液与原油之间微观相互作用的系统也不多见。

实用新型内容

针对现有技术中的上述缺陷，本实用新型提供一种用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统，通过该系统，能够模拟超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散过程，从而能够确定扩散系数。

为实现上述目的，本实用新型所提供的用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统，包括可视化微观模型、乳液注入装置、原油注入装置、温度控制装置、围压控制装置，其中：可视化微观模型包括上下粘合设置的上玻片和下玻片，在上玻片和下玻片相向设置的表面上均设有盲孔以及与盲孔连通的沟槽，两个盲孔对合形成了供超临界二氧化碳乳液向原油中扩散的扩散空间；两个沟槽对合形成了流体通道；流体通道两端分别连接有第一进液管和第一排液管；第一排液管上设有调压阀，用于将可视化微观模型的回压调节至实验回压；第一进液管上设有压力计，用于测量超临界二氧化碳乳液向原油中扩散时的压力；乳液注入装置和原油注入装置均与第一进液管连通，分别用于将超临界二氧化碳乳液和原油注入流体通道；温度控制装置围设在可视化微观模型外，用于将可视化微观模型的温度调节至实验温度；围压控制装置围设在可视化微观模型外，用于将可视化微观模型的温度调节至实验围压。

进一步的，围压控制装置包括上耐压玻璃和下耐压玻璃，上耐压玻璃设置在上玻片的上方，并与上玻片形成用于容置压力液体的上空腔；下耐压玻璃设置在下玻片的下方，并与下玻片形成了用于容置压力液体的下空腔。

进一步的，上玻片和下玻片的横截面为正方形；上玻片与上耐压玻璃之间设有上密封件；上密封件的横截面呈圆环形，上密封件的下表面的内径不大于上玻片的边长，外径不小于上玻片的对角线；上密封件的下表面与上玻片的上表面粘合设置；上密封件的下表面未与上玻片的上表面粘合的部分向下延伸形成凸台，凸台的高度与上玻片的厚度相同；下玻片与下耐压玻璃之间设有下密封件；下密封件的横截面呈圆环形，下密封件的上表面的内径不大于上玻片的边长，外径不小于上玻片的对角线；下密封件的上表面与下玻片的下表面粘合设置；下密封件的上表面未与下玻片的下表面粘合的部分与凸台粘合设置；上密封件的内侧壁上设有第一凹槽，上耐压玻璃的边缘卡接在第一凹槽内；下密封件的内侧壁上设有第二凹槽，下耐压玻璃的边缘卡接在第二凹槽内。

进一步的，围压控制装置还包括固设在上密封件上方的上承托环以及固设在下密封件下方的下承托环。

进一步的，流体通道两端的开口均设置在下玻片上，开口与下密封件之间设有密封圈，第一进液管的端部和第一排液管的端部分别穿过密封圈与液体通道两端的开口连通。

进一步的，围压控制装置还包括两个第二进液管，两个第二进液管各自与上空腔和下空腔连通，每一第二进液管上均设有手摇泵，用于分别向上空腔和下空腔内注入压力液体。

进一步的，乳液注入装置包括用于容置表面活性剂的第一中间容器、用于容置二氧化碳的二氧化碳气瓶以及乳液发生器，其中：第一中间容器一端与平流泵连接，另一端与乳液发生器连通；二氧化碳气瓶与乳液发生器连通，在二氧化碳气瓶和乳液发生器之间设有增压泵；乳液发生器与第一进液管连通。

进一步的，原油注入装置包括用于容置原油的第二中间容器，第二中间容器的一端与平流泵连接，另一端与第一进液管连通。

进一步的，还包括用于采集超临界二氧化碳乳液向原油中扩散过程的图像采集装置。

进一步的，还包括气液分离器、排水集气装置和废液回收装置，其中：气液分离器通过第一排液管与流体通道连接，排水集气装置和废液回收装置均与气液分离器连接。

采用上述系统测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的方法，包括如下步骤：

(1)开启调压阀、围压控制装置和温度控制装置，将可视化微观模型的回压、围压和温度分别调节至实验回压、实验围压和实验温度；

(2)打开乳液注入装置，向可视化微观模型中注入超临界二氧化碳乳液，直至扩散空间和流体通道内充满超临界二氧化碳乳液，关闭乳液注入装置；

(3)打开原油注入装置，向可视化微观模型中注入原油，直至流体通道内充满原油，关闭原油注入装置和调压阀；

(4)根据不同时刻下压力计的压力变化以及扩散空间内超临界二氧化碳乳液和原油分布情况，确定超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数。

本实用新型对于上述实验回压、实验围压以及实验温度不做特别限定，可以根据实际所需模拟的地层环境等合理设置。在本实用新型具体实施过程中，一般调节实验围压高于实验回压0.1～0.5MPa，以有利于原油以及超临界超二氧化碳乳液的注入。

一般情况下，通常调节调节可视化微观模型上方的实验围压比下方的实验围压略高，比如高出0.1～0.5MPa，一般高出0.1～0.2MPa，这样不仅能够保证整个系统结构的稳定性，使整个实验能够顺利完成，而且还不影响实验结果的准确性。

进一步的，还可以通过改变步骤(1)中的实验回压和实验温度，确定在不同回压和温度下，超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数。即上述步骤(1)至步骤(4)可以重复执行多次，每次步骤(1)中的实验回压和实验温度均不完全相同，从而确定超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数与回压及温度之间的关系。

当然，上述步骤(1)至步骤(4)也可重复执行多次，且每个步骤的参数均相同，这样能够根据多次重复实验的结果平均值，确定超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数，以保证实验结果的准确性和可靠性。

本实用新型中，具体可以按照菲克第一定律确定超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数：

其中，J为扩散通量，kg/(m²·s)；D为扩散系数，m²/s；C为扩散物质的浓度，单位为原子数/m³或者kg/m³；为超临界二氧化碳乳液在原油中的浓度梯度；负号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散。

通过记录一个时间段内，系统压力变化和此时激光刻蚀玻片内超临界CO₂乳液体和原油分布情况，即可得扩散通量J、扩散物质的体积浓度变化等，通过公式1可得此温度压力条件下超临界CO₂乳液在原油中的扩散系数D。

本实用新型提供的用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统，能够用于模拟实现超临界CO₂乳液在微观孔喉条件下与原油接触后并扩散的过程，从能能够根据扩散过程中的压力和体积变化，确定超临界CO₂乳液在原油中的扩散系数，为研究二氧化碳驱油原理以提高原油采收率、实现二氧化碳长期地质埋存提供参考。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的微观可视装置和围压控制装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的微观可视装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-可视化微观模型； 11-上玻片；

12-下玻片； 13-盲孔；

14-沟槽； 15-第一进液管；

16-第一排液管； 17-调压阀；

18-压力计； 19-六通阀；

21-第一中间容器； 22-二氧化碳气瓶；

23-乳液发生器； 24-第一平流泵；

25-增压泵； 31-第二中间容器；

32-第二平流泵； 41-环形加热温控罩；

42-温控设备； 5-围压控制装置；

51-上耐压玻璃； 52-下耐压玻璃；

53-上密封件； 54-下密封件；

541-密封圈； 55-上承托环；

56-下承托环； 57-螺栓；

58-第二进液管； 581-手摇泵；

59-第二排液管； 61-显微摄像设备；

62-显示设备； 63-照明设备；

7-气液分离器； 8-排水集气装置；

9-废液回收装置； 91-称量天平。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图1为本实用新型实施例提供的用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的微观可视装置和围压控制装置的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的微观可视装置的结构示意图。

如图1至图3所示，本实施例提供的用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统，包括可视化微观模型1、乳液注入装置(未图示)、原油注入装置(未图示)、温度控制装置4、围压控制装置5，其中：

可视化微观模型1包括上下粘合设置的上玻片11和下玻片12，在上玻片11和下玻片12相向设置的表面上均设有盲孔13以及与盲孔13连通的沟槽14，两个盲孔13对合形成了供超临界二氧化碳乳液向原油中扩散的扩散空间(未图示)；两个沟槽14对合形成了流体通道(未图示)；

流体通道两端分别连接有第一进液管15和第一排液管16；第一排液管16上设有调压阀17，用于将可视化微观模型1的回压调节至实验回压；第一进液管17上设有压力计18，用于测量超临界二氧化碳乳液向原油中扩散时的压力；

乳液注入装置与第一进液管15连通，用于将超临界二氧化碳乳液注入流体通道；

原油注入装置与第一进液管15连通，用于将原油注入流体通道；

温度控制装置4围设在可视化微观模型1外，用于将可视化微观模型1的温度调节至实验温度；

围压控制装置5围设在可视化微观模型1外，用于将可视化微观模型1的温度调节至实验围压。

在采油工程技术领域，可视化微观模型1也可被称为可视化微观物理模型。本实施例中，在可视化微观模型1中实现超临界二氧化碳乳液向原油中扩散过程的模拟，并且通过整个系统实现对整个扩散过程中温度和压力的控制，以及整个扩散过程的可视化和可计量化，从而能够确定超临界二氧化碳乳液向原油中扩散时的扩散系数。

如图2和图3所示，在本实施例具体实施过程中，可视化微观模型1可以是由两个玻片加工而成，比如采用激光刻蚀(激光溶蚀)或氢氟酸腐蚀等手段，在玻片的一个表面上刻蚀出盲孔13以及与盲孔13的开口相连通的沟槽14，且两个玻片上的盲孔13及沟槽14的位置和形状分别相互对应，然后将两个玻片设有盲孔13和沟槽14的表面相向对合设置，并将两个玻片的周边用胶水粘合，从而得到了可视化微观模型。

本实用新型中，如无特别说明，上玻片11和下玻片12分别指的是位于上方和下方的玻片。上玻片11的下表面和下玻片12的上表面粘合设置，从而使上玻片11的下表面上的盲孔13和下玻片12的上表面上的盲孔13对合形成了扩散空间，沟槽14对合形成了流体通道。

可以理解，两个玻片的形状和尺寸最好保持一致，比如均为正方形玻璃板，其边长为10cm。盲孔13具体可以位于玻片表面的中心位置，其尺寸可以根据实验需求设置，一般为毫米级，以达到微观孔喉条件；沟槽14具体可以沿玻片表面的对角线设置，沟槽14的宽度和深度也均为毫米级。

围压控制装置5用于控制可视化微观模型1内的围压，即超临界二氧化碳乳液向原油扩散过程中的围压。请进一步参考图1至图3，围压控制装置5具体可以包括上耐压玻璃51和下耐压玻璃52，其中上耐压玻璃51设置在上玻片11的上方，并与上玻片11形成了用于容置压力液体的上空腔；下耐压玻璃52设置在下玻片12的下方，并与下玻片12形成了用于容置压力液体的下空腔。

可以理解，上耐压玻璃51和下耐压玻璃52均应能够承受一定的压力，并最好具有良好的透明度，以方便观察可视化微观模型1中，超临界二氧化碳乳液和原油的注入过程以及扩散过程。

本实施例中，上耐压玻璃51和下耐压玻璃52均采用蓝宝石玻璃，其具有透光性良好和耐压性好的特质。

本实施例对于如何形成上述上空腔和下空腔不做特别限定，以上空腔为例，比如可以在上耐压玻璃51和上玻片11之间的边缘处设置密封垫(未图示)，密封垫的上、下两个表面分别与上耐压玻璃51的下表面和上玻片11的上表面粘合设置，从而形成了上空腔；下空腔的形成方式类似，不赘述。

优选的，请参考如2和图3，上玻片11和下玻片12的横截面为正方形；

上玻片11与上耐压玻璃51之间固设有上密封件53；上密封件53的横截面呈圆环形，上密封件53下表面的内径不大于上玻片11的边长，外径不小于上玻片11的对角线；上密封件53的下表面与上玻片11的上表面粘合设置；上密封件53的下表面未与上玻片11的上表面粘合的部分向下延伸形成凸台，凸台的高度与上玻片11的厚度相同；

下玻片12与下耐压玻璃52之间固设有下密封件54；下密封件54的横截面呈圆环形，下密封件54上表面的内径不大于下玻片的边长，外径不小于下玻片12的对角线；下密封件54的上表面与下玻片12的下表面粘合设置；下密封件54的上表面未与下玻片12的下表面粘合的部分与凸台粘合设置；

上密封件53的内侧壁上设有第一凹槽(未图示)，上耐压玻璃51的边缘卡接在第一凹槽内；

下密封件54的内侧壁上设有第二凹槽(未图示)，下耐压玻璃52的边缘卡接在第二凹槽内。

通过上述围压控制装置5的结构设置，使得上玻片11与上耐压玻璃51之间形成了结构牢固的上空腔，下玻片12与下耐压玻璃52之间形成了结构牢固的下空腔，通过分别向上空腔和下空腔内注入压力液体，达到调节可视化微观模型1内围压的目的。

进一步的，还可以在第一凹槽内涂抹一定量的胶水，以将上耐压玻璃51的边缘固定在第一凹槽内；或者也可以在第一凹槽内设置纵截面呈U型或L型的卡接件，通过该卡接件实现上耐压玻璃51的固定。

相应的，也可以在第二凹槽内涂抹胶水，以将下耐压玻璃52的边缘固定在第二凹槽内；或者也可以在第二凹槽内设置纵截面呈U型或L型的卡接件，通过该卡接件实现下耐压玻璃52的固定。

具体的，上密封件53具体可以包括固定连接的上连接件和上密封垫，其中第一凹槽开设在上连接件的内侧壁上，上密封垫的下表面上形成有上述凸台。其中，上连接件和上密封垫均可以为金属材质，保证整体结构的稳定性并利于加工。

相似的，下密封件54也可以包括固定连接的下连接件和下密封垫，其中第二凹槽开设在下连接件的内侧壁上，下密封垫的上表面与凸台粘合设置。

进一步参考图2，围压控制装置还可以包括固设在上密封件53上方的上承托环55以及固设在下密封件54下方的下承托环56。

上述上承托环55和下承托环56均可以分别通过螺栓58与上密封件53和下密封件54固定连接，目的是为了保证围压控制装置5整体结构的牢固性。具体的，在可视化微观模型1上方，螺栓57依次穿过上承托环55、上连接件后进入上密封垫内，实现固定；在可视化微观模型1下方，螺栓57依次穿过下承托环56、下连接件后进入下密封垫内。

上承托环55和下承托环56均可以为金属材质，其形状为圆环状的薄片，内径尺寸以不影响观察上空腔、下空腔以及可视化微观模型1内的扩散过程为宜。

进一步参考图2，可以将流体通道两端的开口均设置在下玻片12上，在加工可视化微观模型1时，可以在下玻片12表面的沟槽14两端各开设一通孔，通孔的直径可以为2mm～3mm。在每一开口与下密封件54之间各设有一密封圈541，密封圈541内径的尺寸与通孔尺寸相同，第一进液管15的端部穿过该密封圈541与其中一个开口连通，第一排液管16的端部穿过另一密封圈541与另一个开口连通。

上述两个密封圈541的设置，能够保持在向可视化微观模型1内注入超临界二氧化碳流体和原油、以及超临界二氧化碳流体和原油从可视化微观模型1中排出时，不会发生渗漏，也避免污染下空腔内的压力液体。

如上所述，上空腔和下空腔均用于容置压力液体，以调节实验围压。具体的，如图1和图2所示，围压控制装置5还可以包括两个第二进液管58，其中一个第二进液管58与上空腔连通，另一个第二进液管58与下空腔连通，使压力液体分别通过上述第二进液管58进入上空腔和下空腔内。

具体的，上述第二进液管58可以穿过上密封件53和下密封件54后分别与上空腔和下空腔连通。

进一步参考图1和图2，还可以在每一进液管58上均设有手摇泵581。手摇泵581是以手摇作动力的油泵，通过活塞或刮板在泵壳内运动所形成的容积变化，分别向上空腔和下空腔内注入和吸出压力液体，以调整实验围压。

相应的，如图2所示，围压控制装置5还可以包括两个第二排液管59，其中一个第二排液管59与上空腔连通，另一个第二排液管59与下空腔连通。这样在注入压力液体时，上空腔和下空腔内的空气和多余的压力液体可经第二排液管59排出。

具体的，上述第二排液管59可以穿过上密封件53和下密封件54后分别与上空腔和下空腔连通。

进一步参考图1，乳液注入装置具体可以包括用于容置表面活性剂的第一中间容器21、用于容置二氧化碳的二氧化碳气瓶22以及乳液发生器23，其中：

第一中间容器21一端与第一平流泵24连接，另一端与乳液发生器23连通；

二氧化碳气瓶22与乳液发生器23连通，在二氧化碳气瓶22和乳液发生器23之间还设有增压泵25；

乳液发生器23与第一进液管15连通。

具体的，第一中间容器21内部设有活塞(未图示)，外部连接有第一平流泵24，第一平流泵24推动活塞运动，以将第一中间容器21内的表面活性剂注入到乳液发生器23中，并且第一平流泵24(或称为柱塞泵)还可以控制表面活性剂的流量。

二氧化碳气瓶22内的二氧化碳在增压泵25的作用下注入到乳液发生器23中，与表面活性剂混合并反应生成超临界二氧化碳流体，并且增压泵25还可以控制二氧化碳的流量。

原油注入装置用于将原油注入可视化微观模型1内。如图1所示，原油注入装置可以包括用于容置原油的第二中间容器31，第二中间容器31的一端与第二平流泵32连接，另一端与第一进液管15连通。

具体的，第二中间容器31内部设有活塞(未图示)，外部连接有第二平流泵32，第二平流泵32推动活塞运动，将第二中间容器31内的原油经第一进液管15注入到可视化微观模型1中，并且还可以通过第二平流泵32调节原油的流量。

进一步的，如图1所示，还可以在乳液发生器23与可视化微观模型1之间的第一进液管15上设置六通阀19，使超临界二氧化碳乳液和原油经过该六通阀19注入到可视化微观模型1内的流体通道甚至扩散空间内。

具体的，上述设置在第一进液管15上的压力计18可以设置在六通阀19处，具体可以使用高精度电子压力计，其量程为50MPa，测量精度为0.001MPa。

温度控制装置用于控制可视化微观模型1内的温度，如图1和图2所示，温度控制装置具体可以包括环形加热温控罩41以及用于控制环形加热温控罩41温度的温控设备42。

该环形加热温控罩41围设在可视化微观模型1外部，具体可以由两个半环形的加热温控罩对接而成，其中半环形的温控罩的侧壁上设有小孔，或者两个半环形的加热温控罩之间设有缝隙，以方便第一进液管15和第一排液管16等管线的通过。

进一步参考图1，本实施例所提供的系统，还可以进一步包括图像采集装置(未图示)，用于采集超临界二氧化碳乳液向原油中扩散过程中的图像及视频。

具体的，图像采集装置可以包括显微摄像设备61以及与显微摄像设备61连接的显示设备62，通过该显示设备62，可以将显微摄像设备61所采集的图像和视频清晰的展示出来，有利于直观观测超临界二氧化碳乳液向原油中扩散的全过程，也有利于测量扩散过程中超临界二氧化碳乳液和原油的分布情况。

进一步的，如图1所示，还可以安装照明设备63，为显微摄像设备61提供光源，以保证图像和视频的清晰度。

进一步参考图1，本实施例所提供的系统，还包括气液分离器7、排水集气装置8和废液回收装置9，其中：气液分离器7通过第一排液管16与流体通道连接，排水集气装置8和废液回收装置9均与气液分离器7连接。

这样，从可视化微观模型1中排出的流体，比如超临界二氧化碳乳液和原油的混合物即可经第一排液管16排出，在气液分离器7中实现气液分离，其中的气体部分被排水集气装置8所收集和计量，而液体部分则被废液回收装置9所收集，并可以在废液回收装置9下方设置称量天平91，称量液体部分的重量。

本实施例提供的用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统，能够用于模拟实现超临界CO₂乳液在微观孔喉条件下与原油接触后并扩散的过程，从能能够根据扩散过程中的压力和体积变化，确定超临界CO₂乳液在原油中的扩散系数，为研究二氧化碳驱油原理以提高原油采收率、实现二氧化碳长期地质埋存提供参考。

实施例二

本实施例提供一种用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的方法，首先安装得到上述实施例一中的系统，然后进行如下步骤：

(1)开启调压阀17、围压控制装置和温度控制装置，将可视化微观模型1的回压、围压和温度分别调节至实验回压、实验围压和实验温度；

(2)打开乳液注入装置，向可视化微观模型1中注入超临界二氧化碳乳液，直至扩散空间和流体通道内充满超临界二氧化碳乳液，关闭乳液注入装置；

(3)打开原油注入装置，将原油注入到可视化微观模型1中，直至流体通道内充满原油，关闭原油注入装置和调压阀17；

(4)根据不同时刻下压力计18的压力变化以及扩散空间内超临界二氧化碳乳液和原油分布情况，确定超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数。

具体的，在步骤(1)中，可以首先打开手摇泵581，通过第二进液管分别向上空腔和下空腔中注入压力液体，比如水或者水溶液。上空腔和下空腔内的空气以及多余的压力液体通过第二排液管59排出。

当可视化微观模型1的围压达到实验围压后，关闭手摇泵581。一般控制可视化微观模型1上端的压力比下端的压力高出0.1～0.5MPa，比如高出0.1～0.2MPa。

打开调压阀17并设定调压阀17的压力为14MPa，且调压阀17的压力比围压低0.1～0.5MPa。

打开环形加热温控罩41和温控设备42，并通过温控设备42设定环形加热温控罩41的温度为80℃。

在步骤(2)中，打开第一平流泵24，使第一中间容器21内的表面活性剂以0.2mL/min的流速进入乳液发生器23中。与此同时，打开增压泵25，使二氧化碳气瓶22中的二氧化碳以0.5mL/min的流速进入到乳液发生器23中。

二氧化碳与表面活性剂在乳液发生器23中混合并形成的超临界二氧化碳乳液，随后经过六通阀19进入微观可视化装置1中，直至充满整个扩散空间和流体通道，然后关闭第一平流泵24和增压泵25，停止向微观可视化装置1中注入超临界二氧化碳乳液。

在步骤(3)中，打开第二平流泵32，将第二中间容器31中的原油注入微观可视化装置1。当流体通道内充满原油后，即可关闭第二平流泵32以停止向微观可视化装置1中注入原油，并关闭调压阀17，同时开始记录时间和六通阀19处压力计18的压力，以及超临界二氧化碳乳液和原油分布情况。

并且，还可以打开显微摄像设备61、显示设备62和照明设备63，在流体通道被原油充满时，开始录制并显示临界二氧化碳乳液向原油中扩散的视频。

在步骤(4)中，可以根据下式确定超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数：

其中，J为扩散通量，kg/(m²·s)；D为扩散系数，m²/s；为超临界二氧化碳乳液在原油中的浓度梯度。

进一步的，还可以重复执行上述步骤(1)至步骤(4)，其中每次实验时都相应步骤(1)中的实验回压和实验温度，然后继续执行上述步骤(2)至步骤(4)，从而确定在不同回压和温度条件下，超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数。

或者，上述步骤(1)至步骤(4)可以重复执行两次或多次，且每次执行顺序及条件均保持一致，最后根据实验结果的平均值，确定某一特定回压和温度条件下，超临界二氧化碳乳液在原油中的扩散系数。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种用于测定超临界二氧化碳乳液在原油中扩散系数的系统，其特征在于，包括可视化微观模型、乳液注入装置、原油注入装置、温度控制装置、围压控制装置，其中：

所述可视化微观模型包括上下粘合设置的上玻片和下玻片，在所述上玻片和下玻片相向设置的表面上均设有盲孔以及与所述盲孔连通的沟槽，两个所述盲孔对合形成了供超临界二氧化碳乳液向原油中扩散的扩散空间；两个所述沟槽对合形成了流体通道；

所述流体通道两端分别连接有第一进液管和第一排液管；所述第一排液管上设有调压阀，用于将所述可视化微观模型的回压调节至实验回压；所述第一进液管上设有压力计，用于测量超临界二氧化碳乳液向原油中扩散时的压力；

所述乳液注入装置和原油注入装置均与所述第一进液管连通，分别用于将超临界二氧化碳乳液和原油注入所述流体通道；

所述温度控制装置围设在所述可视化微观模型外，用于将所述可视化微观模型的温度调节至实验温度；

所述围压控制装置围设在所述可视化微观模型外，用于将所述可视化微观模型的温度调节至实验围压。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述围压控制装置包括上耐压玻璃和下耐压玻璃，

所述上耐压玻璃设置在所述上玻片的上方，并与上玻片形成了用于容置压力液体的上空腔；

所述下耐压玻璃设置在所述下玻片的下方，并与下玻片形成了用于容置压力液体的下空腔。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述上玻片和下玻片的横截面为正方形；

所述上玻片与所述上耐压玻璃之间设有上密封件；所述上密封件的横截面呈圆环形，所述上密封件下表面的内径不大于上玻片的边长，外径不小于上玻片的对角线；所述上密封件的下表面与上玻片的上表面粘合设置；所述上密封件的下表面未与上玻片的上表面粘合的部分向下延伸形成凸台，所述凸台的高度与所述上玻片的厚度相同；

所述下玻片与所述下耐压玻璃之间设有下密封件；所述下密封件的横截面呈圆环形，所述下密封件上表面的内径不大于下玻片的边长，外径不小于下玻片的对角线；下密封件的上表面与下玻片的下表面粘合设置；所述下密封件的上表面未与下玻片的下表面粘合的部分与所述凸台粘合设置；

所述上密封件的内侧壁上设有第一凹槽，所述上耐压玻璃的边缘卡接在所述第一凹槽内；

所述下密封件的内侧壁上设有第二凹槽，所述下耐压玻璃的边缘卡接在所述第二凹槽内。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述围压控制装置还包括固设在所述上密封件上方的上承托环以及固设在所述下密封件下方的下承托环。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述流体通道两端的开口均设置在下玻片上，所述开口与下密封件之间设有密封圈，所述第一进液管的端部和所述第一排液管的端部分别穿过所述密封圈与液体通道两端的开口连通。

6.根据权利要求2-5任一项所述的系统，其特征在于，所述围压控制装置还包括两个第二进液管，两个所述第二进液管各自与上空腔和下空腔连通，每一所述第二进液管上均设有手摇泵，用于分别向所述上空腔和下空腔内注入压力液体。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述乳液注入装置包括用于容置表面活性剂的第一中间容器、用于容置二氧化碳的二氧化碳气瓶以及乳液发生器，其中：

所述第一中间容器一端与第一平流泵连接，另一端与乳液发生器连通；

所述二氧化碳气瓶与乳液发生器连通，在所述二氧化碳气瓶和乳液发生器之间设有增压泵；

所述乳液发生器与所述第一进液管连通。

8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述原油注入装置包括用于容置原油的第二中间容器，所述第二中间容器的一端与第二平流泵连接，另一端与所述第一进液管连通。

9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括用于采集超临界二氧化碳乳液向原油中扩散过程的图像采集装置。

10.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括气液分离器、排水集气装置和废液回收装置，其中：

所述气液分离器通过所述第一排液管与所述流体通道连接，

所述排水集气装置和废液回收装置均与气液分离器连接。