【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及扩散系数测定，尤其涉及一种追踪co2-天然气-水数值扩散方法及扩散系数测定方法。
技术介绍
1、边底水气藏衰竭生产过程中，受储层非均质性影响，边底水会选择性侵入，形成多种形式的水封气，造成储量损失，严重影响气藏开发效果。当气藏发生水侵后，水侵区域地层中出现气水两相流，两相流增加了气相渗流阻力，造成气藏废弃压力增大。对于水体较为活跃的边水气藏，气井生产时出水现象是早晚要出现的。在水侵入产气层段后，气相相对渗透率降低，气井产能大幅下降。气井出水后，井筒内流体密度加大，井筒举升压力损失增大，严重时造成气井停喷。
2、注气控水是指向油气藏特定的位置注入co2、n2、烟道气等气体，抑制水侵。在油藏高温高压条件下，注入气体的相态会发生改变，形成超临界状态。超临界状态介于气体和液体之间，可兼有气体和液体的双重特性，即密度接近液体，粘度又与气体相似，扩散系数为液体的10-100倍，具有良好的传质特性，并具有很强的溶解能力和良好的流动、输运性能。超临界流体具有高度可压缩性，但压缩时并不能产生液相，只能增加其密度，另外，超临界流体表面张力接近零并具有优良的传质性能，使其向多孔介质中的渗透扩散更为容易。
3、注气控水的关键是co2在水侵气藏储层中的扩散能力。co2在不同含水饱和度和天然气含量的多孔岩石介质中的扩散速度对注co2抑制水侵具有决定性作用。此外，注气控水同时可实现二氧化碳地质封存，而在此过程中，co2时刻处于动态的扩散状态，直至达到平衡。为了评估注气控水的可行性、有效性、安全性，需要测定和评价二氧化碳在
4、现有技术中，因为气-液间的扩散较为缓慢，在低压条件下通常用间接法测定气-液间的扩散系数。目前，在气水界面处co2在气-水间扩散系数仍未开展研究；在气藏条件下精确压力监测非常困难，评价方法也不成熟。
5、因此，亟待提出一种追踪co2-天然气-水数值扩散方法及扩散系数测定方法。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种追踪co2-天然气-水数值扩散方法及扩散系数测定方法。
2、第一方面，本专利技术提出了一种追踪co2-天然气-水数值扩散方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、s1：建立天然气-co2-水体系中co2扩散的机理模型；
4、s2：将co2-天然气-水扩散分为第一扩散阶段和第二扩散阶段；所述第一扩散阶段为co2在天然气中的扩散；所述第二扩散阶段为co2进入水界面时，co2在天然气相和水相中同时扩散；
5、s3：设定第一扩散阶段的边界条件和初始条件，建立第一扩散阶段的数学模型；得到co2在天然气中的扩散为不同时间天然气-co2交接界面位置lg1(t)的函数关系为：
6、
7、其中，z为co2-天然气-水体系中的某一高度值，m；
8、t为co2的扩散时间，s；
9、cg为co2在天然气相中的浓度，mol/m3
10、cg(z,t)为co2在天然气相中z高度、t时间的浓度，mol/m3；
11、tg为co2第一阶段扩散结束的时间，s；
12、lg1为co2第一扩散阶段结束时，co2到达天然气相中的位置，m；
13、s4：设定第二扩散阶段的边界条件和初始条件，建立第二扩散阶段的数学模型；得到co2在天然气相和水相中的扩散差分方程：
14、
15、其中，z为co2-天然气-水体系中的某一高度值，m；
16、t为co2的扩散总时间，s；
17、zg为天然气相的初始高度为zg；
18、lg2为第二扩散阶段结束时，co2到达天然气相中的位置，m；
19、t为第二扩散阶段的co2扩散时间，s；
20、s5：建立二维网格块模型，基于移动网格追踪co2在天然气-co2-水体系中的扩散方式，具体地，co2天然气的扩散作用使得网格纵向的尺寸随着时间的推移而产生膨胀效应，网格块的块数迭代过程保持不变离散化；co2-天然气的底部和顶部的网格节点数分别为0和n+1；n为不为0的整数；
21、s6：采用runge-kutta求解，模拟co2在天然气与水界面处的扩散过程。
22、作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤s1中，所述co2-天然气-水体系中co2扩散的机理模型，co2在中间，上部为天然气相，下部为水相；和/或，
23、所述天然气相顶部为0；
24、所述co2与天然气初始接触界面高度为zg；
25、所述天然气相的初始高度为zg；
26、所述初始水的高度+初始co2的高度+初始天然气的高度，就是总高度为zt；
27、所述co2的初始高度为zw-zg；
28、所述水相的初始高度zt-zw；
29、所述水与co2接触的初始界面高度是zw。
30、作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤s3和s4中，各自独立地假设条件为：①体系温度保持恒定不变；②co2与天然气之间的浓度为平衡浓度ceq；③co2在水中的扩散系数为dw，在天然气相中的扩散系数为dg，其中dw和dg为常数；④体系中的对流扩散忽略不计；⑤不考虑天然气在水相中的扩散；⑥不考虑水相的压缩并忽略co2在水中的膨胀作用。
31、作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤s3中，第一扩散阶段：co2在天然气中的扩散，时间节点为：以注入co2后为扩散开始节点，到co2开始向水中扩散为止；其中co2向天然气扩散是从zg向上扩散；
32、初始条件：
33、cg(z，0)＝0，0＜z＜lg1(t)
34、边界条件：如果z＝0时，说明co2已经到达天然气顶部，这时不考虑co2的反扩散；差分方程为：
35、
36、此时，co2与天然气之间完全混合的平衡浓度为：：
37、cg(lg(t)，t)＝ceq，0＜t＜tg
38、当co2扩散到天然气相时，压力降低，导致co2、天然气状态变化。co2向天然气扩散是从zg向上扩散，co2向水扩散是从zw向下扩散，为了描述了扩散过程中的状态采用状态方程。
39、co2天然气接触界面移动速度用下式表示：
40、
41、其中，ρco2为co2密度，kg/m3；
42、mco2为co2摩尔质量，kg/mol；
43、为扩散到天然气相中的速度。
44、作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤s4中，co2同时扩散到天然气和水里面，以co2开始向水中扩散的时间点为开始结点；此时，co2同时在天然气相中和水相中。用以下差分方程描述co2在两相中的扩散：
45、
46、其中，z为co2-天然气-水体系中的某一高度值，m；
47、t为co2的扩散总时间，s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种追踪天然气-CO2-水体系中CO2扩散方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述CO2-天然气-水体系中CO2扩散的机理模型，CO2在中间，上部为天然气相，下部为水相；和/或，
3.根据权利要求1或2所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤S3和S4中，各自独立地假设条件为：①体系温度保持恒定不变；②CO2与天然气之间的浓度为平衡浓度ceq；③CO2在水中的扩散系数为Dw，在天然气相中的扩散系数为Dg，其中Dw和Dg为常数；④体系中的对流扩散忽略不计；⑤不考虑天然气在水相中的扩散；⑥不考虑水相的压缩并忽略CO2在水中的膨胀作用。
4.根据权利要求1-3任一项所述的数值扩散方法，其特征在于，所述步骤S3中，初始条件：
5.根据权利要求1-4任一项所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤S4中，初始条件：在所述第一扩散阶段末期，cg表征公式为：
6.一种CO2-天然气-水扩散系数测定的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的评价方法，
8.根据权利要求6或7所述的评价方法，其特征在于，所述步骤Ⅱ中，所述实验模拟的气水界面处是根据实际储层水侵特点，设计模拟气水界面高度值。
9.根据权利要求6-8任一项所述的评价方法，其特征在于，所述步骤Ⅲ中，所述扩散实验待非连通端的气体组分浓度相同或等时间间隔获取至少10组气体组分浓度时，停止扩散实验。
10.权利要求1-5任一项所述的基于移动网格精细追踪的CO2-天然气-水数值扩散方法和/或权利要求6-9任一项所述的CO2-天然气-水扩散系数测定的评价方法在高含硫气藏领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种追踪天然气-co2-水体系中co2扩散方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述co2-天然气-水体系中co2扩散的机理模型，co2在中间，上部为天然气相，下部为水相；和/或，
3.根据权利要求1或2所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤s3和s4中，各自独立地假设条件为：①体系温度保持恒定不变；②co2与天然气之间的浓度为平衡浓度ceq；③co2在水中的扩散系数为dw，在天然气相中的扩散系数为dg，其中dw和dg为常数；④体系中的对流扩散忽略不计；⑤不考虑天然气在水相中的扩散；⑥不考虑水相的压缩并忽略co2在水中的膨胀作用。
4.根据权利要求1-3任一项所述的数值扩散方法，其特征在于，所述步骤s3中，初始条件：
5.根据权利要求1-4任一项所述的扩散方法，其特征在于，所述步骤s4中...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾英，曾大乾，孙兵，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。