[发明专利]多组分气液体系在岩心中分子扩散系数的测定装置及方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及气-液相间传质分子扩散系数确定，尤其是针对石油行业高温高压条件下实际岩心中多组分油气体系分子扩散系数的确定装置及方法。

背景技术

注气提高采收率是目前国内外提高原油采收率重要技术手段，注入气与地层原油通过相间传质改变原油流体性质，改善原油流动能力。气-油相平衡实验测试是注气方案设计基础性工作，为注气数值模拟提供流体高压物性参数；而其中分子扩散系数确定是描述注入气与地层原油之间动态质量传递快慢的重要参数。分子扩散对注气效果的影响已得到国内外学者的认同，尤其对于基质渗透率低、毛管压力高的裂缝性储层，气油密度差引起重力驱油作用受到限制、分子扩散作用占主导地位。因此合理确定分子扩散系数对于准确评价气驱效率具有重要的意义。

严格地讲，大多数注气开发油藏油气体系相平衡过程发生在多孔介质中、温度压力高、流体组分复杂，因此有必要建立如何准确确定实际油藏储层岩心中分子扩散系数至观重要。目前分子扩散系数值的确定，主要有两大类方法，即实验测定法和理论估算法。理论估算法主要包括一些理论公式和经验关联式，比如Fick扩散定律及Chapman-Enskog公式等。分子扩散系数实验确定方法主要有“间接法”和“直接法”两种。直接法，即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；“间接法”，即通过测试相间由于传质引起的体系压力、流体密度等变化，采用相应的数学模型来确定扩散系数。近年来，随着现代测试技术的发展，间接法成为测试分子扩散系数主要手段；代表性方法有：1996年Riazi，M.R.(SPEJ)建立的定容扩散实验测试方法；1989，Oballa等(JCPT)建立的激光测试法；1996，Das和Butler(CJCE)等建立的X射线扫描方法；2010年，基于Riazi原理，郭平等建立了PVT筒中高温高压多组分油气体系分子扩散系数确定方法，但以上成果均未考虑多孔介质的影响。2004年，Juarez(SPE)等基于多点浓度测试，建立了PVT筒中填砂模型中单组分气液之间分子扩散系数测试方法。目前有关多孔介质中分子扩散系数的确定方法，主要存在以下不足：

(1)理论估算方法仅适用于单组份或三组份油气分子扩散系数计算；

(2)大多数分子扩散系数测试方法没有考虑多孔介质的影响；

(3)实验测试温度、压力条件达不到油田实际注气要求；

(4)Juarez等建立的基于浓度测试分子扩散系数确定方法，仅适用于单组份气液体系在

填砂模型中分子扩散，无法确定真实油气藏储层中多组分油气体系分子扩散系数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温高压多组分气液体系在实际储层岩心中分子扩散系数的测定装置，该装置原理可靠，操作简便，利用该装置能够确定不同油藏温度压力条件下，真实岩心中多组分注入气体与实际原油体系中每一组分在气相、油相中分子扩散系数。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置测定高温高压条件下多组分气液体系在实际储层岩心中分子扩散系数的方法，该方法为定量评价分子扩散效应对注气提高采收率的影响提供了合理的基础数据。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

本发明的具体原理是通过测试岩心中压力变化，通过相应的计算方法来确定分子扩散系数。本发明涉及分子扩散系数的测试装置主要有压力控制系统、扩散过程系统及辅助分析计量系统，压力控制系统由注入泵、围压泵及回压泵组成，扩散过程系统包括存储流体样品的中间容器、全直径岩心夹持器及数值式压力传感器等，辅助分析计量包括气液两相分离器、气相色谱仪。通过压力控制系统先后把一定量油相、气相流体样品转入岩心中，油相与气相接触后即发生扩散，导致气相压力降低；监测气相区压力变化；气液达到平衡后，排出岩心中的流体进入两相分离器后，进入气体体积流量计、色谱分析仪，用于分析测试气相组成和性质的变化。

多组分气液体系在岩心中分子扩散系数的测定装置，主要由入口泵、围压泵、回压泵、中间容器、岩心夹持器、油气两相分离器、压力传感器、计算机组成，其特征在于，所述中间容器包括气样中间容器、油样中间容器和地层水中间容器，所述中间容器一端连接入口泵，一端连接岩心夹持器，岩心夹持器连接回压泵、围压泵和油气两相分离器，所述岩心夹持器两端连接压力传感器和计算机，所述油气两相分离器既连接液相色谱仪和电子天平，又连接气相色谱仪和气量计，所述中间容器、岩心夹持器位于恒温箱中。

多组分气液体系在岩心中分子扩散系数的测定方法，依次包括以下步骤：