[发明专利]一种测量CO2从水相向油相扩散过程中扩散系数和平衡浓度的方法

权利要求书

1.一种CO₂从水相向油相扩散过程中扩散系数和平衡浓度的测量方法，其特征在于，其中,该方法的实施应用到测量装置，所述测量装置包括垂直固定设置的U型管，所述U型管包括a端和b端，所述a端和所述b端均开口朝上；具体步骤包括：

(1)测定所述U型管容积V₁及所述U型管内径横截面面积A₁，检验整个所述测量装置的气密性；

(2)将温度为T的蒸馏水注入所述U型管，使所述U型管内充满蒸馏水，所述T的取值范围为25℃-90℃,；

(3)将连接回压泵的回压阀连接在所述U型管b端，连通回压，所述回压泵设定到预定压力P₀，所述P₀的取值范围为0.1MPa-25MPa；

(4)将CO₂从所述a端注入所述U型管，注入体积为V₂，所述V₂取值范围为1/4V₁-1/3V₁，注入过程保持压力P₀不变；

(5)密闭所述U型管，通过压力传感器记录所述U型管内的初始平衡压力P₁，所述初始平衡压力P₁是指所述U型管内的压力下降幅度不超过1KPa时所述U型管内的压力；

(6)将连接回压泵的回压阀连接在所述U型管a端，连通回压，所述回压泵设定成所述压力P₁；

(7)将原油从所述b端注入所述U型管，注入体积为V₃，V₃取值范围为1/3V₂-2/3V₂，注入过程保持压力P₁不变；

(8)密闭所述U型管，利用压力传感器记录所述U型管内压力P(t)随时间t变化数据，测量最终平衡压力P_eq，所述最终平衡压力是指所述U型管内的压力下降幅度不超过1KPa时所述U型管内的压力；计算出不同时间t下压力P(t)与最终平衡压力P_eq之间的压差△P以及△P的对数Ln(△P)，得到所述U型管内压力P(t)、最终平衡压力P_eq、△P的对数Ln(△P)与时间t的关系表；绘制成压力-时间关系图及压差对数-时间关系图；所述U型管内处于最终平衡状态，计算出所述U型管内原油高度为：所述U型管内CO₂高度为：

(9)结合Riazi和Zhang建立的扩散系数数学模型：

In[P(t)-Peq]=In8zgRTACeqLVgπ2-D(π2L)2t---(I)]]>

式(I)中,P(t)为t时刻的压力值,单位为Pa；P_eq为步骤(8)中得到的最终平衡压力，单位为Pa；z_g为CO₂压缩因子；R为气体常数，R＝8.314m³·Pa·K^-1·mol^-1；T为步骤(2)所述温度T，单位为℃；A为所述U型内径横截面面积A₁，单位为m²；C_eq为CO₂从水相向油相扩散的平衡浓度，单位为mol/L；L为步骤(8)中注入所述U型管的原油高度，单位为m；V_g为注入所述U型管内的CO₂体积，单位为m³；D为扩散系数，单位为m²/s；t为扩散时间，单位为s；

由式(I)可知压差对数Ln[P(t)-P_eq]与时间t线性相关，因此，对压差对数-时间关系图进行线性拟合，求出拟合式中的斜率k和截距a，根据式(I)可得：

斜率k=D(π2L)2---(II)]]>

即：D=4L2kπ2---(III)]]>

根据式(Ⅲ)，即可求得CO₂从水相向油相扩散过程的扩散系数D；

截距a=In8zgRTACeqLVgπ2---(IV)]]>

即：Ceq=eaπ2Vg8zgRTAL=eaπ2hg8zgRTL=eaπ2hgρg8PML---(V)]]>

式(Ⅴ)中，h_g为步骤(8)中注入所述U型管的CO₂高度，单位为m；P为测试过程中的平均压力，单位为Pa；ρ_g为平均压力和对应温度下CO₂的密度，单位为kg/m³，其值参考美国国家标准与技术研究院NIST提供的不同温压条件下CO₂的密度值；M为CO₂的摩尔质量，M＝44×10^-3kg/mol；

根据式(Ⅴ)，求得CO₂从水相向油相扩散的平衡浓度C_eq。