[发明专利]一种结合CT与PVT计算CO2盐水扩散系数的方法

说明书

本发明属于多相流体流动测量技术领域，涉及一种结合CT与PVT计算CO₂盐水扩散系数的方法，该方法用于动态测量CO₂‑盐水间传质过程中的界面变化，并对不同温度压力条件下的CO₂‑盐传质变化规律定量描述。其应用CT获得连续变化的CO₂‑盐水界面图像，实时观察两相体积，及压力的动态变化过程，基于CT灰度值计算得到浓度曲线，结合菲克定律计算扩散系数。打破了原有PVT方法无法直接测量盐水体积动态变化的局限。避免了扩散系数计算过程中忽略体积变化所带来的误差。弥补了单独依靠PVT或CT方法在计算扩散系数准确性上的不足。完善了传质理论体系。

技术领域

本发明属于多相流体流动测量技术领域，涉及一种结合CT与PVT定量测量 CO₂-盐水两相扩散规律的方法。

背景技术

以CO₂为主的温室气体排放量逐年增加，CO₂减排已成为世界各国最为关注的焦点。咸水层封存具有储存容量大、封存安全性高等优点，从而成为减排CO₂的一项重要技术。注入的CO₂以游离态或固化形式封存在咸水层。CO₂在储层中运移将导致大量CO₂气泡被多孔岩石结构所束缚，并随着盐水的吸渗过程缓慢溶解。饱和CO₂水溶液在重力作用下向下迁移，未被溶解饱和的水溶液向上迁移，这种迁移提高了溶解速度，促进了二氧化碳的溶解封存及提高了封存的安全性。

CO₂与盐水间的溶解过程主要发生于两相界面处，随着溶解过程进行形成浓度梯度层。CO₂溶解到盐水中的速率依赖于活跃的传质机制，如对流和扩散机制。当主导机制为分子扩散时，较小的浓度梯度将缩减溶解现象所发生的空间分布范围，导致溶解速度衰减。气体扩散系数是确定注入气体在水中溶解速度的重要参数，测定多孔介质内CO₂在盐水中的扩散系数将增加对于CO₂地质封存的安全性评估的准确性。

CO₂在盐水中的扩散系数受到多方面因素影响。由于扩散源于分子的热运动，在大多数情况下扩散系数随环境温度的升高而增加，除此之外，对于CO₂-盐水体系，扩散系数还随着CO₂注入压力的升高而增加；随着扩散时间的延长扩散系数逐渐降低，直至达到扩散平衡状态。

一般而言，扩散系数测量技术分为直接法和间接法。直接法可以在扩散过程中直接测量扩散相的浓度分布，但是这类方法相对经济性差，测量过程复杂，并且通常样品的内部环境会遭到破坏。而间接法是对与扩散系数相关的物理参数进行测量。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。常用的扩散系数测量方法包括压力衰减法、恒压法等。压力衰减法是在一个恒温的密闭容器中进行的，随着注入的气体扩散至容器中，系统压力会逐渐下降最终达到平衡状态。系统压力达到平衡所需的时间取决于气体的扩散系数。基于压力衰减曲线确定溶解的气体量，并计算得到扩散系数。但是该方法假设扩散过程中气-液界面始终处于平衡状态，实际界面的压力和位置的变化率与扩散过程中各阶段的扩散率有关，此方法缺少气-液界面的实时标定。恒压法是在压降法的基础上进行改进得到的，与压降法不同的是实验是在恒温恒压条件下进行的。连续注入气体来维持气液界面压力，气体注入的量通过气体计量器计量，根据注入气体的体积可计算出气体扩散系数。但是该方法不适合高压下气体扩散系数测量。在实际地层中，咸水层温度压力环境会极大地影响盐水的流态发展与CO₂-盐水间的非稳态传质，上述技术手段对于CO₂-盐水传质过程中的扩散系数的测定均有一定的不足。

发明内容