多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试装置及方法

摘要

本发明公开了多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试装置及方法，该装置主要由摄像机、样品筒、水样罐、饱和CO

说明书

技术领域

本发明涉及多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试装置及方法，属于油气田开发与温室 气体CO₂地质埋存及有水气藏和水溶性气藏开发相关的技术领域。

背景技术

温室气体CO₂的地质封存是世界研究热点，深部盐水层和废弃气藏是CO₂地质封存的重 要场所。由于CO₂气体在水中溶解度比CH₄高一个数量级，而且属于超临界流体，因此在地 质封存过程中，CO₂-地层水之间的相态特征，特别是多孔介质存在时的CO₂-水互溶和相态变 化对于准确计算CO₂地质封存量和模拟具有至关重要的作用。同时，大量边底水气藏，特别 是水溶性气藏的开发亟需解决地层水中溶解的大量天然气或CO₂在气藏开发，地层压力降低 过程中的相态变化和相互作用，以及对开发的影响规律。因此研究多孔介质中CO₂-水相态变 化对CO₂的地质埋存、边底水气藏和水溶性气藏的开发具有重要意义。

目前，国内外的相态测试主要只针对油气两相的相态变化，而CO₂-水的相态变化研究较 少。目前测试所用的实验装置也无法有效模拟真实地层中多孔介质存在时的CO₂-水相态。因 此，需要寻求一种具有多孔介质环境的可视的CO₂-水相态变化的测试装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试装置，该装置既能有效模 拟储层的真实情况，也能实现CO₂-水相态变化过程的可视化和摄像，可用于进行CO₂在深部 盐水层和废弃气藏中的地质埋存、边底水气藏以及水溶性气藏的开发的物理模拟研究。

本发明的另一目的还在于提供利用该装置进行多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试 的方法，该方法原理可靠，操作简便，可以模拟CO₂在深部盐水层中和废弃气藏中的地质埋 存，以及边底水气藏和水溶性气藏的开发情况，具有广阔的市场前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试装置，主要由摄像机、样品筒、水样罐、饱和 CO₂的水样罐、纯CO₂气样罐组成。所述样品筒顶部有上端盖，底部有下端盖，中间有观察 窗，所述上端盖通过顶部进样口连接纯CO₂气样罐，所述下端盖既连有压力表和温度表，还 通过底部进样口连接水样罐、饱和CO₂的水样罐，所述水样罐、饱和CO₂的水样罐、纯CO₂气样罐均与驱替泵连接。

所述样品筒为可充填石英砂的样品筒，样品筒两端均带有阀门，可供加压、进样及排样 使用；样品筒带耐高温高压的蓝宝石透明玻璃窗，可观察样品筒内CO₂和水的体积变化以及 CO₂-水相态的变化；观察窗两侧带有精度为1mm的刻度尺，可计量样品筒内的CO₂和水的体 积。

多孔介质中CO₂-水相态测试方法是指：通过样品筒填石英砂建立多孔介质模型，将溶解 有CO₂的地层水在恒定压力下存储到装有石英砂的样品筒中，保持实验温度和压力，CO₂部 分溶于水且和水共存于多孔介质模型中，形成气-液-液三相，选择排气降压或排水降压，记 录系统压力，测试排出的气量和水量，通过观察窗观察降压过程中样品筒内CO₂-水的相态变 化，气水界面位置等研究多孔介质中CO₂-水的相态变化。

利用上述装置进行多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试的方法，依次包括以下步骤：

1)向样品筒内充填石英砂，建立多孔介质模型，盖上顶部的上端盖和底部的下端盖；

2)向样品筒内加入地层水样，检查装置的密封性，增加压力，保证样品筒内的压力不低 于实验压力；

3)从样品筒底部进样口加入饱和CO₂的水样，将样品筒内的地层水样全部顶出，此过程 中控制进样速度和排样速度，保证样品筒内的压力不低于CO₂的饱和压力；

4)从样品筒顶部进样口加入纯CO₂气样，从样品筒底部进样口排出一部分水样，形成满 足实验要求的气柱高度和水柱高度，气水界面处于观察窗2/3处为宜；

5)选择从样品筒顶部排气或者底部排水进行降压，通过观察窗观察降压过程中样品筒内 CO₂-水相态的变化，并使用摄像机记录整个实验过程。

本发明是利用填有石英砂且带有透明玻璃观察窗的样品筒模拟实际地层多孔介质中超临 界CO₂-水的相互溶解、降压脱气和相态变化过程。所述样品筒的容积为1000ml，最大承压 70MPa，温度0-100℃，带有顶部和底部两个进样口。通过分别与样品筒顶部和底部相连接的 顶部阀门和底部阀门，选择从底部排水降压或注水升压，或者顶部排气降压或注气升压，测 试不同实验过程多孔介质中CO₂-水互溶过程和CO₂超临界相态变化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)样品筒可填充石英砂，可以根据不同的实验要求进行填砂，模拟多孔介质，因此 能有效的反应地层的真实情况；

(2)在样品筒带有可视化的观察窗，在观察窗两侧有精度为1mm的刻度尺，进样时可 以根据实验要求的不同，通过观察窗和刻度尺可监测进样量，对水样和气样的进 样体积进行控制，形成满足不同要求气水分布；

(3)通过样品筒顶部和底部两个进样口选择不同的进样方式和排样方式；

(4)根据不同的实验要求灵活地选择顶部排气降压和底部排水降压两种降压方式；

(5)可通过观察窗和摄像机全程观测并记录不同实验压力和温度条件下CO₂-水的相 态变化，富含CO₂液相、富含CO₂的气相和水相的分界面变化，以及多孔介质中 气泡的变化。通过刻度定量描述不同相的体积变化。

附图说明

图1是多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试装置的结构示意图。

图1中：1.摄像机；2.压力和温度记录表；3.下端盖；4.观察窗；5.上端盖；6.顶部进样口；7. 底部进样口；8.水样罐；9.饱和CO₂的水样罐；10.纯CO₂气样罐；11.驱替泵；12.样品筒。

具体实施方式

下面根据附图和实施例进一步说明本发明。

参看图1。

多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试装置，主要由摄像机1、样品筒12、纯水样罐8、 饱和CO₂的水样罐9、纯CO₂气样罐10组成，所述样品筒12顶部有上端盖5，底部有下端盖 3，中间有观察窗4，所述上端盖5通过顶部进样口6连接纯CO₂气样罐10，所述下端盖3既 连有压力和温度记录表2，还通过底部进样口7连接水样罐8、饱和CO₂的水样罐9，所述水 样罐8、饱和CO₂的水样罐9和纯CO₂气样罐10连接驱替泵11。

利用上述装置进行多孔介质中二氧化碳-水相态可视化测试，过程如下：样品筒清洗干净 后，充填石英砂，盖好密封盖并连接好与进样口相连的管线；向样品筒中加入地层水样品， 并加压至实验压力；将溶有CO₂气体的地层水水样在实验压力下从样品筒底部进样口泵入， 并从顶部进样口以一定的速度排出水样；在恒定的试验压力下，从样品筒顶部进样口泵入纯 CO₂气体，从底部进样口以恒定的速度排出一部分水样；选择顶部排气或底部排水进行降压， 使用摄像机观察并记录降压过程CO₂-水的相态变化。