[发明专利]一种结合CT与PVT计算CO2盐水扩散系数的方法

摘要

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。

主权项

1.一种结合CT与PVT计算CO₂盐水扩散系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：用CT连续扫描获得不同温压条件下稳态和非稳态的图像；对填充多孔介质的反应釜抽真空，从反应釜下端注入占反应釜1/4～1/3体积的盐水；利用CT扫描获得CO₂注入前的图像；再将预先准备的气体CO₂注入反应釜内，待目标压力稳定，关闭阀门形成封闭系统；利用CT连续扫描CO₂通过气液两相界面扩散进入盐水的动态图像片层；同时采集反应釜压力数据；第二步：图像处理及数据处理；将CT扫描拍摄的图像片层作去除噪声处理；然后进行三维重建，结合CT成像灰度与密度的关系原理，获得不同灰度分布的CT图像，基于气液两相密度上的差异，提取气液相界面；ρ_mix是CO₂‑盐水混合相的密度；ρ_brine是盐水的原始密度；ρ₀是两相界面的密度；CT_mix是CO₂‑盐水混合相的灰度；CT_brine是盐水的原始灰度；CT₀是两相界面的灰度；S_nl＝A‑S_ng(n＝1，2...x)                 (2)S_nl是每个图像片层中液相占据的面积，A是反应釜的横截面积，S_ng是每个图像片层中气相占据的面积；对不同时刻得到的CO₂‑盐水混合相的体积作积分，计算得出不同时刻的体积；S_nl，x＝f(t，P₀) (4)V_mix是在t时刻混合相的体积，h_vox表示每一片层的厚度，x表示含有液相的片层数量；对于动态扩散过程，x与S_nl均是与扩散时间t和初始注入压力P₀相关的变量；h_vox则与CT拍摄分辨率有关；FOV_Z表示在垂直方向上的拍摄间距，N表示片层总数量；第三步：计算CO₂盐水扩散系数；将计算得出的混合相体积与扩散过程中采集的压力‑时间数据带入PVT方程，求得气液两相二氧化碳物质的量的动态分布；用传质的物质量对时间的平方根作图，经过线性拟合得出曲线的斜率；根据传质的物质量与时间的经验公式，计算得出CO₂的扩散系数；具体步骤为：将计算得出的混合相体积结合扩散过程中采集的压力‑时间数据带入PVT方程，求得气液两相二氧化碳物质的量的动态分布；n_t是在时间t时刻溶解CO₂分子量，P₀和P_t分别是初始时刻和t时刻气体的压力，V₀和V_t分别是初始时刻和t时刻气体的体积，Z₀和Z_t分别是初始时刻和t时刻气体的压缩系数，R是常数，T是温度；c_int是气液两相的界面浓度，P_e、V_e、Z_e分别是平衡态的压力、体积和膨胀系数；根据传质的物质量与时间的经验公式，计算得出CO₂向盐水的宏观扩散系数；结合上面公式进一步得到CO₂扩散系数的计算公式；为了简化计算过程，定义溶解的物质的量n_t与时间关系图的斜率是k，k与扩散系数D的计算关系如下：