针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法技术

本发明专利技术提供一种针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法，包括：步骤1，对CO2在油水两相中的扩散阶段进行划分；步骤2，建立CO2在油水两相中扩散的不同扩散阶段的数学模型；步骤3，根据物质守恒定律，建立CO2在油水两相中扩散系数关系式；步骤4，进行数学模拟得到CO2浓度分布以及压降曲线；步骤5，建立微观扩散过程的压降模型；步骤6，进行CO2在油水相体系中扩散实验；步骤7，计算得出CO2在油相中的有效扩散系数D

【技术实现步骤摘要】
针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法


[0001]本专利技术涉及油田开发
，特别是涉及到一种针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法。

技术介绍

[0002]致密油储层物性条件差，孔隙结构复杂，广泛分布纳米级孔隙，非均质性较强，流体可动用性差、自然产能低，提高采收率是致密油开发面临的首要问题。但常规水力压裂难以实现经济有效开发。研究表明，CO2增能压裂可以在实现压裂改造储层物性的同时，较好的实现降黏、膨胀及混相，从而有效补充能量，提高致密油采收率。
[0003]针对致密油储层中CO2增能压裂技术，国内的相关研究仍较少。致密油储层CO2增能压裂技术在实现储层改造的同时，在改善储层的特性，如润湿性、补充能量等方面都有着较好的作用。研究表明，CO2增能压裂后，水湿性储层润湿性由亲水改善为强亲水，有利于原油在多孔介质中的流动和残余油的启动，可以降低驱替压力，提高注入效率，改善驱替效果，提高采收率。并且由于CO2对原油轻质组分的抽提作用，注入CO2后原油体积膨胀较大，膨胀系数与体积系数增加较多，原油泡点压力上升，并且CO2溶解于原油中，会大幅降低致密原油的粘度和密度。
[0004]CO2进入地层后，与原油相互作用，受限于储层低孔低渗的物性，CO2注入地层后通过扩散传质与地层原油发生作用。而目前的大部分相关的扩散研究忽略了CO2在水相中的研究，而主要讨论在油相中的扩散。实际上，储层中水通常以束缚水的形式与原油同时存在于孔喉之中，水相的存在对扩散和方案设计会产生较大的影响，如影响CO2的注入速率和注入量设计和原油的膨胀速率等。因此，水相对于CO2在地层流体中的扩散是不可忽略且影响重大的。
[0005]在申请号：CN201410777991.4的中国专利申请中，涉及到一种CO2从水相向油相扩散过程中扩散系数及平衡浓度的测量方法，将U型管底部水相饱和CO2，形成饱和碳酸水，U型管a端注入CO2，b端注入原油，由于，水相中的CO2向油相扩散，碳酸水中的CO2不再饱和，从而使气相CO2溶解在碳酸水中。通过测定CO2向饱和碳酸水扩散造成的压力变化，结合压降公式即可求出CO2从水相向油相扩散时的扩散系数以及平衡后CO2在原油中的平衡浓度。
[0006]在申请号：CN201410777991.4的中国专利申请中，涉及到一种CO2从水相向油相扩散过程中扩散系数及平衡浓度的测量方法，将U型管底部水相饱和CO2，形成饱和碳酸水，U型管a端注入CO2，b端注入原油，由于，水相中的CO2向油相扩散，碳酸水中的CO2不再饱和，从而使气相CO2溶解在碳酸水中。通过测定CO2向饱和碳酸水扩散造成的压力变化，结合压降公式即可求出CO2从水相向油相扩散时的扩散系数以及平衡后CO2在原油中的平衡浓度。
[0007]在申请号：CN201710267211.5的中国专利申请中，涉及到一种测量CO2在油水两相间扩散过程及扩散系数的方法，该方法将单液相压力降落法与双液相扩展浓度分布模型相结合，根据压力降落法测定的CO2在单液相中的扩散系数，通过扩展浓度分布模型可以直接得到CO2在两个液相中的浓度分布，进而获得CO2在油水两相间的扩散系数。
[0008]以上现有技术均与本专利技术有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们专利技术了一种新的针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种可用于确定CO2增能压裂中焖井的时机，评价增能的效果的针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法。
[0010]本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法，该针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法包括：
[0011]步骤1，对CO2在油水两相中的扩散阶段进行划分；
[0012]步骤2，建立CO2在油水两相中扩散的不同扩散阶段的数学模型；
[0013]步骤3，根据物质守恒定律，建立CO2在油水两相中扩散系数关系式；
[0014]步骤4，进行数学模拟得到CO2浓度分布以及压降曲线；
[0015]步骤5，建立微观扩散过程的压降模型；
[0016]步骤6，进行CO2在油水相体系中扩散实验；
[0017]步骤7，利用实验得到的压降曲线与模拟曲线进行拟合，具有较高的拟合度，再将有关实验参数代入数值模拟模型中得到计算得出CO2在油相中的有效扩散系数D
o
和水相的有效扩散系数D
w
。
[0018]本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现：
[0019]在步骤1中，CO2从井底注入后，首先在占据孔喉中央的油相中扩散，因此将此扩散阶段定义为第一扩散阶段；扩散前缘到达了油与束缚水的边界之后，CO2通过油相向水相中扩散，此时CO2同时在油相和水相中扩散，因此将此扩散阶段定义为第二扩散阶段；第一扩散阶段中CO2仅在油相中扩散，第二扩散阶段中CO2同时油相和水相中扩散。
[0020]在步骤2中，扩散阶段划分好后，在考虑原油膨胀的情况下，建立CO2在油水两相中扩散的不同扩散阶段的数学模型，得到第一扩散阶段CO2在油相中的扩散数学模型为：
[0021][0022]其中c
o
是CO2在油相中的浓度，mol/m3；D
o
是CO2在油相中的扩散系数，m2/s；t0是CO2扩散前缘到达油水界面的时间，t；L
o1
(t)是考虑第一扩散阶段过程中原油膨胀效应的油气界面位置函数，m；c
eq
是CO2在油气界面的平衡浓度，mol/m3；z是位置。
[0023]在步骤2中，第二扩散阶段CO2在油、水两相中的扩散数学模型分别为：
[0024]初始条件：c
o
(z,T＝0)＝f(z),z0<z<L
o
(t)
[0025]内边界条件：c
o
(z0,T)＝c
z
,T>0
[0026]外边界条件：c
o
(L
o2
(t),T)＝c
eq
,T＝t
‑
t0>0
[0027][0028]其中c
o
是CO2在油相中的浓度，mol/m3；c
w
是CO2在水相中的浓度，mol/m3；D
o
是CO2在油相中的扩散系数，m2/s；D
w
是CO2在水相中的扩散系数，m2/s；t0是CO2扩散前缘到达油水界面的时间，t；c
eq
是CO2在油气界面的平衡浓度，mol/m3；z是位置；L
o2
(t)
‑
第二扩散阶段的油气界面位置函数；T
‑
第二扩散阶段的时间变量；f(z)是第一扩散阶段末(t＝t0)CO2在油相中的浓度分布函数；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法，其特征在于，该针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法包括：步骤1，对CO2在油水两相中的扩散阶段进行划分；步骤2，建立CO2在油水两相中扩散的不同扩散阶段的数学模型；步骤3，根据物质守恒定律，建立CO2在油水两相中扩散系数关系式；步骤4，进行数学模拟得到CO2浓度分布以及压降曲线；步骤5，建立微观扩散过程的压降模型；步骤6，进行CO2在油水相体系中扩散实验；步骤7，计算得出CO2在油相中的有效扩散系数D
o
和水相的有效扩散系数D
w
。2.根据权利要求1所述的针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法，在步骤1中，CO2从井底注入后，首先在占据孔喉中央的油相中扩散，因此将此扩散阶段定义为第一扩散阶段；扩散前缘到达了油与束缚水的边界之后，CO2通过油相向水相中扩散，此时CO2同时在油相和水相中扩散，因此将此扩散阶段定义为第二扩散阶段；第一扩散阶段中CO2仅在油相中扩散，第二扩散阶段中CO2同时油相和水相中扩散。3.根据权利要求2所述的针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法，在步骤2中，扩散阶段划分好后，在考虑原油膨胀的情况下，建立CO2在油水两相中扩散的不同扩散阶段的数学模型，得到第一扩散阶段CO2在油相中的扩散数学模型为：其中c
o
是CO2在油相中的浓度，mol/m3；D
o
是CO2在油相中的扩散系数，m2/s；t0是CO2扩散前缘到达油水界面的时间，t；L
o1
(t)是考虑第一扩散阶段过程中原油膨胀效应的油气界面位置函数，m；c
eq
是CO2在油气界面的平衡浓度，mol/m3；z是位置。4.根据权利要求3所述的针对CO2在油水同时存在情况下的扩散传质的计算方法，在步骤2中，第二扩散阶段CO2在油、水两相中的扩散数学模型分别为：
其中c
o
是CO2在油相中的浓度，mol/m3；c
w
是CO2在水相中的浓度，mol/m3；D
o
是CO2在油相中的扩散系数，m2/s；D
w
是CO2在水相中的扩散系数，m2/s；t0是CO2扩散前缘到达油水界面的时间，t；c
eq
是CO2在油气界面的平衡浓度，mol/m3；z是位置；L
o2
(t)
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王增林，陈勇，贾庆升，张潦源，王东英，张子麟，卢娜娜，李爱山，郁登朗，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：