一种考虑稠油体积膨胀的甲烷-二氧化碳-丙烷混合气扩散系数的计算方法技术

一种考虑稠油体积膨胀的甲烷‑二氧化碳‑丙烷混合气扩散系数的计算方法，本发明专利技术以菲克定律和质量守恒原理为基础，考虑了扩散过程中稠油体积的膨胀与气体压缩因子的变化，结合本发明专利技术提出的二元相互作用系数计算公式计算了稠油体系密度，并利用隐式差分法建立了一种新的混合气扩散系数计算方法，该方法能准确计算扩散实验过程中气体扩散系数、体系密度和气相浓度等参数。解决了长期以来对混合气在稠油中扩散系数研究不足的问题，并克服了现有模型未同时考虑稠油体积的膨胀与气体压缩因子的变化的缺陷。满足了生产现场工作人员简便掌握稠油注甲烷‑二氧化碳‑丙烷混合气体扩散研究关键参数的需求。本发明专利技术对于研究稠油注气提高采收率技术、油气传质理论及油田地面工程建设等具有重要意义，因此能够在稠油注气高效开发领域广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑稠油体积膨胀的甲烷-二氧化碳-丙烷混合气扩散系数的计算方法
本专利技术涉及一种考虑稠油体积膨胀的甲烷-二氧化碳-丙烷混合气扩散系数的计算方法，属于稠油油藏开发的

技术介绍
在新的能源战略形势下，稠油油藏提高采收率技术亟待发展。目前，稠油常用的开采方式是热力采油，然而对于薄层、低渗、含边底水等复杂油气藏，稠油热采技术存在热损大、效率低、伤害储层等问题，并且开采成本较高，不够环保。但是稠油注气技术可有效避免上述问题。稠油注气技术能促进稠油膨胀，补充地层能量，降低稠油密度和粘度，减小稠油流动阻力，具有良好的应用价值与经济效益。在稠油注气过程中，油藏流体会产生浓度梯度，气体分子会从高浓度区域向低浓度区域迁移，而扩散系数就是定量描述气体在体系中扩散能力的重要参数。稠油注气技术的效率很大程度上取决于气体在稠油中的扩散能力以及气体溶解后原油物性的变化。因此，建立气体在稠油中的扩散模型对于稠油注气提高采收率研究，稠油油藏经济高效开发具有重要意义。稠油注气技术常用气体包括甲烷、二氧化碳与丙烷等，其中丙烷可以提高稠油的膨胀能力，降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑稠油体积膨胀的甲烷-二氧化碳-丙烷混合气扩散系数的计算方法，其特征在于，计算方法包括如下步骤：/n步骤1.确定油藏温度T与混合气的初始注入压力P(t

【技术特征摘要】
1.一种考虑稠油体积膨胀的甲烷-二氧化碳-丙烷混合气扩散系数的计算方法，其特征在于，计算方法包括如下步骤：
步骤1.确定油藏温度T与混合气的初始注入压力P(t0)、混合气的初始气相高度hg(t0)、扩散实验容器高度H、油气界面面积S、稠油质量mo；
各组分相对分子质量：M1是丙烷的相对分子质量、M2是二氧化碳的相对分子质量、M3是甲烷的相对分子质量、M4是稠油的相对分子质量；
混合气体的临界压缩因子Zc；
混合气中各组分所占摩尔分数：y1是丙烷所占摩尔分数、y2是二氧化碳所占摩尔分数、y3是甲烷所占摩尔分数；
气体组分性质参数：Tc1是丙烷的临界温度、Tc2是二氧化碳的临界温度、Tc3是甲烷的临界温度；Pc1是丙烷的临界压力、Pc2是二氧化碳的临界压力、Pc3是甲烷的临界压力；w1是丙烷的偏心因子、w2是二氧化碳的偏心因子、w3是甲烷的偏心因子；
步骤2.进行稠油注甲烷-二氧化碳-丙烷混合气扩散实验：获取混合气压力P随实验时间t变化数据；
步骤3.从实验总时长出发选择一个时间步长Δt，确定多个时刻t∈(t0＝0；t1＝t0+Δt；......tx＝t0+xΔt)，根据气相压力公式(1)计算气体扩散过程中各时刻下的气相压力P(t)；
P(t)＝B1exp(-B2t)+B3exp(-B4t)+B5exp(-B6t)+B7(1)
式中，B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7为公式系数，通过拟合步骤2的实验数据得到；t为实验时间，h；P(t)为时刻t时的气相压力，MPa。
步骤4.根据气体压缩因子计算模型，即公式(2)～(4)计算在各时刻下的混合气体压缩因子Z(t)：









式中，Z(t)为各时刻下混合气压缩因子，无量纲；ρpr(t)为各时刻下的气体对应密度，无量纲；T为油藏温度，K；n为气体种数；Pcj为各气体组分的临界压力，kPa；Tcj为各气体组分的临界温度，K；Zc为混合气临界压缩因子；A1～A11为公式常数，无量纲。
步骤5.根据以下脱气稠油密度公式，即公式(5)～(8)计算各时刻下的脱气稠油密度ρ4(t)；



ρs＝a1+a2T+a3T2(6)
A＝c1+c2T(7)
B＝b1+b2T-1+b3T-2(8)
式中，ρ4(t)为各时刻下的脱气稠油密度，kg/m3；T为油藏温度，K；ρs为大气压下脱气稠油密度，kg/m3；A、B、a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2均为公式常数，无量纲。
步骤6.根据变形的PR状态方程，即公式(9)计算各时刻下的各气体参数Cj(t)值，进而得到各气体摩尔体积Vj(t)，再通过公式(18)计算在各时刻下稠油-甲烷-二氧化碳-丙烷体系中各气体组分密度ρj(t)：












aj＝acjα(Trj,ωj)(j＝1,2,3)(13)






Trj＝T/Tcj(j＝1,2,3)(16)






式中，Aj(t)、Bj(t)和Cj(t)为PR状态方程变形时所引入的参量；aj为吸引力系数，无量纲；bj为范德华摩尔体积，m3/kmol；Vj(t)为时刻t下各气体摩尔体积，m3/kmol；R为通用气体常数，8.314kPa·m3/(K·kmol)；Trj为混合气中各气体组分的折算温度，无量纲；ωj为各气体组分的偏心因子，无量纲；Mj为各气体组分的相对分子质量，g/mol；ρj(t)为时刻t下各气体组分的密度，kg/m3。
步骤7.根据公式(20)计算不同时刻下各气体组分间的二元相互作用系数βij(t)，其中β12为C3H8和CO2二元相互作用系数、β13为C3H8和CH4二元相互作用系数、β23为CO2和CH4二元相互作用系数；根据公式(21)计算不同时刻下气体与稠油间的密度二元相互作用系数βij(t)，其中β14为C3H8和稠油二元相互作用系数、β24为CO2和稠油二元相互作用系数、β34为CH4和稠油二元相互作用系数：









式中，ρi(t)为时刻t下组分i的密度，kg/m3；ρj(t)为时刻t下组分j的密度，kg/m3；vNij(t)为时刻t下组分i和组分j的归一化比容差，无量纲；式(20)中的βij(t)为气体组分间的二元相互作用系数，无量纲；式(21)中的βij(t)为气体与稠油间的二元相互作用系数，无量纲。
步骤8.估计一个t1时刻下气相高度hg(t1)的值，结合质量守恒原理与真实气体状态方程，计算t1时刻下的溶解气质量md(t1)；
步骤9.根据超额体积混合准则，按照公式(30)计算在t1时刻下的溶气稠油的密度ρmix(t1)；



x1(t1)＝y1ng(t1)(25)
x2(t1)＝y2ng(t1)(26)
x3(t1)＝y3ng(t1)(27)
x4(t1)＝1-ng(t1)(28)

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓飞，蔡林峰，宋兆尧，张艳玉，张耘实，施昱昊，聂佳程，罗兆雯，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37