【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气开采，具体涉及一种测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法。
技术介绍
1、在环境退化和气候变化等问题日益加剧的背景下，碳的捕集与封存(ccs)被国际社会确定为减缓温室效应和实现可持续能源生产的关键技术，预估到2050年，碳捕集与封存技术将贡献全球近32％的co2减排量。在ccs技术的基础上，我国进一步拓展了研究的范畴，引入了“co2资源化利用”的新理念，并正式提出了碳捕集、利用和封存(ccus)的综合性技术体系。相较于传统的天然气和氮气，co2在相同的环境条件下展现出更低的混相压力，以及更为显著的抽提能力和原油的降黏效果。co2能够有效降低原油的界面张力，减小其黏度，并且在混相驱应用当中，其降黏效果相较于非混相驱更为突出。这一发现不仅为石油开采领域提供了新的思路，也进一步彰显了ccus技术在能源与环境领域的潜力和价值。
2、在石油开采过程中，co2驱油效率受到其在原油中溶解度及溶解引起的原油性质的变化的影响。而在致密非常规储层中，co2驱油埋存的过程不再是以对流作用为主导的驱替过程，而是对流与扩散并存、相对较为缓慢的过程，而主导扩散过程的重要参数就是扩散系数，而该系数的测定和影响因素都较为复杂，是目前相关领域的研究重点之一。
3、目前测量co2扩散系数的方法主要以实验为主，大致分为两类：直接法和间接法：
4、(1)直接法
5、主要是对扩散过程中混合物成分进行取样分析，测量分析不同时间、不同位置co2的浓度变化，结合菲克定律等数学模型来求得co2的扩散系数。直接法测量的
6、但测量过程中的操作步骤较为复杂；为防止液相中其他成分干扰实验，需要严格控制实验条件；来回取样的过程会打断扩散，影响连续性和扩散的浓度，引起较大的实验误差；扩散过程中液体的挥发、蒸发等问题，也会影响实验的准确性。直接法测量费时又费力，容易产生较大误差，因此一般很少采用直接法测量。
7、(2)间接法
8、间接法是将co2在扩散过程中的相关参数与co2的扩散系数耦合，通过测量扩散过程中因co2溶解扩散引起的系统某些参数(压力、体积、密度等)的相应变化来求解扩散系数。与直接法测量相比，间接法更加的简单方便；主要通过测量相关的间接参数来计算co2的扩散系数，更加的灵活方便；研究过程中不破坏体系的扩散过程，在整个扩散过程中处于一个连续扩散的状态。但间接法在测量过程中需要引入假设条件，建立模型或假设来推测扩散系数，增大了计算误差；在某些复杂或者特殊的体系中可能不太适用。目前间接法主要包括：恒压法、压力降落法、动态垂滴形状分析法、核磁共振分析法、数字全息干涉测量法、x射线计算机辅助断层成像法等。间接法因其操作简单、节约成本等优点，在测量co2在液相中扩散系数等方面得到更广泛的应用。压降法与核磁共振法是目前最常用的两种测量扩散系数的方法。
9、核磁共振法：2022年，赵超越等利用低场磁共振(nmr)技术和相位编码se-spi脉冲序列等对co2-油扩散过程进行监测，得到了原油膨胀对扩散系数的影响，基于菲克第二定律，构建了一个考虑溶液体积膨胀的物理模型，并采用非迭代有限体积法计算了随时间和位置变化的co2扩散系数。
10、压降法：2021年，吕广忠等人对co2在饱和油岩心中的扩散行为进行了深入研究。他们在研究中充分考虑了原油膨胀的影响，通过耦合fick扩散方程与pr状态方程，构建了一个较为精确的数学模型来描述co2在饱和油岩心中扩散的过程。基于这一模型，他们成功求得了相应的扩散系数，为相关领域的研究提供了宝贵的数据和理论支持。
11、现有的最为主流的核磁共振法和压降法，由于涉及复杂偏微分方程的求解问题，因此一般采用数值模拟(有限差分)的方法来求解，计算需要基于编写较为复杂的程序方能完成，在实际使用时有一定的门槛，局限了该类技术的应用。
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出了一种测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其构思合理，提出了结合压降实验和全解析数学模型的方法避免了数值计算过程中所需的编程需要，门槛更低，简单直接，可以直接通过推到得出的数学公式直接拟合实验结果从而得出扩散系数。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其先建立测算多孔介质二氧化碳扩散系数的数学模型，然后通过扩散系数测定实验装置进行压降法测定实验，最后拟合压降法测定实验的实验数据计算多孔介质二氧化碳扩散系数。
3、所述测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其中，所述建立测算多孔介质二氧化碳扩散系数的数学模型的具体过程为：先建立co2在饱和流体岩心中扩散的物理模型，然后建立适用于该物理模型的数学模型并对其进行求解，最后结合理想气体状态方程得到可通过拟合压降曲线计算多孔介质二氧化碳扩散系数的公式。
4、所述测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其中，所述建立co2在饱和流体岩心中扩散的物理模型的具体过程为：将饱和流体岩心垂直放置在一个封闭的耐高温高压腔室中，两个端面封闭，且co2只能从环形空间沿径向扩散，饱和流体岩心半径为r1，高为l；向封闭体系中注入高压co2，使其充满整个腔室后停止注入，并关闭注入口阀门；在此过程中，co2向饱和流体岩心中扩散，并溶解于原油中，该过程会伴随着体系压强的下降；将压力的变化与扩散系数进行耦合，通过动态监测扩散过程腔室内压力的变化，计算co2在饱和流体岩心中的扩散系数，并基于此分析co2的扩散规律和影响因素。
5、所述测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其中，所述的建立适用于该物理模型的数学模型并对其进行求解的过程为：
6、1.2.1)构建饱和流体岩心气体扩散方程
7、基于fi ck扩散定律，扩散气体的浓度(c)与时间(t)以及空间位置(r)的关系可以用如下偏微分方程表示：
8、
9、上式(2.2)中，c为饱和流体岩心中co2的浓度；t为co2向饱和流体岩心扩散的时间；d为扩散系数；r为co2扩散进入饱和流体岩心的半径；
10、1.2.2)初始及边界条件
11、co2在饱和流体岩心中扩散时，根据扩散的物理过程，得到用于求解上式(2.2)的初始和边界条件如下：
12、c＝0,t＝0 (2.3)；
13、c＝co,r＝r1 (2.4)；
14、
15、上式(2.3)-(2.4)中，co为co2在多孔介质饱和的液体中的最大溶解度；r1为饱和流体岩心半径；
16、1.2.3)扩散方程的求解
17、为对偏微本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于：先建立测算多孔介质二氧化碳扩散系数的数学模型，然后通过扩散系数测定实验装置进行压降法测定实验，最后拟合压降法测定实验的实验数据计算多孔介质二氧化碳扩散系数。
2.如权利要求1所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于，所述建立测算多孔介质二氧化碳扩散系数的数学模型的具体过程为：先建立CO2在饱和流体岩心中扩散的物理模型，然后建立适用于该物理模型的数学模型并对其进行求解，最后结合理想气体状态方程得到可通过拟合压降曲线计算多孔介质二氧化碳扩散系数的公式。
3.如权利要求2所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于，所述建立CO2在饱和流体岩心中扩散的物理模型的具体过程为：将饱和流体岩心垂直放置在一个封闭的耐高温高压腔室中，两个端面封闭，且CO2只能从环形空间沿径向扩散，饱和流体岩心半径为R1，高为L；向封闭体系中注入高压CO2，使其充满整个腔室后停止注入，并关闭注入口阀门；在此过程中，CO2向饱和流体岩心中扩散，并溶解于原油中，该过程会伴随着体系压强的下降；将压力的变化与扩散系数进行耦
4.如权利要求2所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于，所述的建立适用于该物理模型的数学模型并对其进行求解的过程为：
5.如权利要求4所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于，所述对物理模型的计算量假设的具体过程为：
6.如权利要求4所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于，所述结合理想气体状态方程得到可以通过拟合压降曲线计算多孔介质二氧化碳扩散系数的公式的具体过程为：
7.如权利要求6所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于:所述的计算多孔介质二氧化碳扩散系数是通过调整所述多孔介质二氧化碳扩散系数的求解公式(2.77)中的扩散系数D，使得模型模拟的压力曲线和实验得到的压力衰减曲线相吻合，从而得到扩散系数的取值。
8.如权利要求1所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于：所述扩散系数测定实验装置包括封闭气腔、真空泵、ISCO泵和二氧化碳储罐；所述封闭气腔和二氧化碳储罐均位于恒温箱内；所述封闭气腔用于放置多孔介质，其进口处安装有第一阀门(1)；所述第一阀门(1)为三通阀；所述真空泵的出口通过管道连接所述第一阀门(1)其中一个进口；所述二氧化碳储罐的出口处安装有第二阀门(2)，进口处安装有第三阀门(3)；所述ISCO泵的出口处安装有第四阀门(4)；所述第二阀门(2)通过管道与所述第一阀门(1)的另一个进口连接；所述第三阀门(3)的进口通过管道与所述第四阀门(4)的进口连接；所述真空泵的出口与所述第一阀门(1)之间的管道上安装有压力计(P)；所述恒温箱内安装有温度计(T)。
9.如权利要求8所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于，所述压降法测定实验基于所述扩散系数测定实验装置，具体过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于：先建立测算多孔介质二氧化碳扩散系数的数学模型，然后通过扩散系数测定实验装置进行压降法测定实验，最后拟合压降法测定实验的实验数据计算多孔介质二氧化碳扩散系数。
2.如权利要求1所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于，所述建立测算多孔介质二氧化碳扩散系数的数学模型的具体过程为：先建立co2在饱和流体岩心中扩散的物理模型，然后建立适用于该物理模型的数学模型并对其进行求解，最后结合理想气体状态方程得到可通过拟合压降曲线计算多孔介质二氧化碳扩散系数的公式。
3.如权利要求2所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于，所述建立co2在饱和流体岩心中扩散的物理模型的具体过程为：将饱和流体岩心垂直放置在一个封闭的耐高温高压腔室中，两个端面封闭，且co2只能从环形空间沿径向扩散，饱和流体岩心半径为r1，高为l；向封闭体系中注入高压co2，使其充满整个腔室后停止注入，并关闭注入口阀门；在此过程中，co2向饱和流体岩心中扩散，并溶解于原油中，该过程会伴随着体系压强的下降；将压力的变化与扩散系数进行耦合，通过动态监测扩散过程腔室内压力的变化，计算co2在饱和流体岩心中的扩散系数，并基于此分析co2的扩散规律和影响因素。
4.如权利要求2所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征在于，所述的建立适用于该物理模型的数学模型并对其进行求解的过程为：
5.如权利要求4所述的测定多孔介质二氧化碳扩散系数的方法，其特征...
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