[发明专利]含束缚水多孔介质中天然气与CO2

权利要求书

1.含束缚水多孔介质中天然气与CO₂扩散系数的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对活塞筒及中间容器进行清洗并烘干；

步骤二：将岩心放入加持器并抽真空，然后用地层水对岩心进行全饱和，之后再用天然气进行驱替，将岩心中的水驱替出来，建立束缚水；

步骤三：将天然气和CO₂输送入气室，通过围压增压阀以及加热装置建立实验温度压力；

步骤四：关闭两端气室阀门等待气体扩散；

步骤五：分别打开天然气端与CO₂端取样阀进行取样，进行色谱分析并计算扩散系数。

2.根据权利要求1所述的含束缚水多孔介质中天然气与CO₂扩散系数的测试方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：将岩心放入活塞筒中，连接真空泵抽真空半小时，将适量的地层水装入中间容器中，通过驱替泵设置一定的驱替速度使岩心饱和地层水，然后向中间容器中装入适量天然气，利用天然气驱的方式进行气驱水，在岩心内建立束缚水。

3.根据权利要求1所述的含束缚水多孔介质中天然气与CO₂扩散系数的测试方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：通过泵先给夹持器加3MPa围压，利用泵将气瓶中的二氧化碳与天然气通过中间容器注入两端气室，建立实验压力，升温至地层温度，用自动泵恒定两端气室压力始终与地层压力保持一致，稳定8至10h，此过程中始终保持围压比内压高3至5MPa。

4.根据权利要求1所述的含束缚水多孔介质中天然气与CO2扩散系数的测试方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：关闭气室阀门，调节进气阀时差压变送器的值小于50KPa，等待气体进行扩散一般在10h以上。

5.根据权利要求1所述的含束缚水多孔介质中天然气与CO₂扩散系数的测试方法，其特征在于，所述步骤五中扩散系数的计算方法具体为：

而ΔC_i＝ΔC_1i-ΔC_2i，E＝A(1/V₁+1/V₂)/L，

将式子变形可得到ln(ΔC₀/ΔC_i)＝DE(t_i-t₀)，ln(ΔC₀/ΔC_i)与t_i呈线性关系应用最小二乘法拟合，得到斜率S，根据S可以求得岩样中二氧化碳气体的扩散系数：

D＝S/E，

上述式子中，D为二氧化碳气体在岩样中的扩散系数，单位为cm²/s；ΔC₀为初始时刻二氧化碳气体在两扩散室中的浓度差，以百分比表示；ΔC_i为i时刻二氧化碳气体在两扩散室中的浓度差，以百分比表示；t_i为i时刻，单位是s；t₀为初始时刻，单位是s；C_1i为i时刻二氧化碳气体在甲烷扩散室中的浓度，以百分比表示；C_2i为i时刻二氧化碳气体在甲烷扩散室中的浓度，以百分比表示；A为岩样的截面积，单位为cm²；L为岩样的长度，单位为cm；V₁V₂分别为甲烷扩散室和二氧化碳扩散室容积，单位为cm³；E为中间变量，单位是cm^-2；S为斜率，单位为s^-1。

6.含束缚水多孔介质中天然气与CO2扩散系数的测试装置，用于权利要求1～5任意一项所述的含束缚水多孔介质中天然气与CO2扩散系数测试方法，其特征在于，包括扩散系统A、扩散系统B、扩散系统C、扩散系统D、采集系统A和采集系统B；所述扩散系统B、扩散系统C、扩散系统D分别通过气管与扩散系统A连接；所述采集系统A和采集系统B分别通过气管连接至扩散系统C、扩散系统D与扩散系统A连接气管上；

所述扩散装置A包括设置在温控仪器(3)中的活塞筒(1)和压力平衡阀(7)、差压变送器(4)、恒压泵(8)；所述活塞筒(1)包括岩心(2)、活塞(5)、气室(6)，所述岩心(2)安置于活塞筒(1)中端，气室(6)分布于岩心(2)两侧，所述气室(6)分别纵向放置有活塞(5)；所述恒压泵(8)输出端通过气管分别与活塞筒(1)两端连接；所述压力平衡阀(7)分别安装在恒压泵(8)与活塞筒(1)之间的连接气管上；所述差压变送器(4)两端通过气管与岩心(2)两端连接；

所述扩散系统B包括围压升压阀(20)、围压降压阀(21)和手动加压棒(22)；所述手动加压棒(22)通过两条气管与活塞筒(1)相连接；所述围压升压阀(20)、围压降压阀(21)分别设置在手动加压棒(22)与活塞筒(1)之间的两条连接气管上；

所述扩散系统C与扩散系统D装置结构相同，包括气瓶(9)、进气阀(10)、气瓶开关(11)、中间容器(12)、中间容器活塞(13)和自动泵(23)，所述中间容器(12)通过气管分别与气瓶(9)、自动泵(23)和岩心(2)连接；所述气瓶开关(11)安装在气瓶(9)出口处；所述进气阀(10)安装在中间容器(12)与岩心(2)之间的连接气管上；所述中间容器活塞(13)横向安装在中间容器(12)内；

所述采集系统A和采集系统B装置结构相同，包括取气阀A(14)、取气阀B(15)、标准体积室(16)、锥形瓶(17)、气量计(18)、色谱仪(19)；所述锥形瓶(17)输入端连接至中间容器(12)与岩心(2)间的气管上，锥形瓶(17)输出端通过气管依次与气量计(18)、色谱仪(19)连接；所述取气阀A(14)、标准体积室(16)、取气阀B(15)依次安装在锥形瓶(17)的输入端气管上。