超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置和测试方法与流程

1.本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置和测试方法。


背景技术：

2.超临界凝析气藏含有丰富的凝析油，在其衰竭式开发过程中，由于压力的降低，使得大量的凝析油析出，反凝析污染严重，造成产量快速递减。衰竭式开发完成之后，地层中还存在大量的残余油，为了应对此问题，提出了注干气的开发方式，注入干气后，使得地层压力得以维持，减缓了反凝析污染，但由于超临界态的凝析气密度近于液体，导致两者不会在短时间互溶，形成较为明显的“气-气界面”。随后，在浓度差的动力下经过漫长时间的非平衡扩散，两者最终达到平衡。
3.目前文献中关于非平衡相态中扩散系数的实验装置以及测试方法，基本都在可视化pvt(p为压力，v为体积，t为温度)筒内进行，但是由于该实验过程较长，需要实验人全程使用摄像机进行拍摄记录，后续的处理分析也较为繁琐，并且由于实验所用透明玻璃筒的缘故，操作不当时容易引起玻璃筒炸裂。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置和测试方法，以解决超临界条件下扩凝析气-干气扩散系数测试时间较长、测试方法繁琐的问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置，包括：
7.反应釜，所述反应釜内设有第一活塞，所述第一活塞两侧分别为第一活塞腔和第二活塞腔，所述第一活塞腔内用于容置凝析气和干气的混合气，所述第二活塞腔内用于容置传压介质，所述第二活塞腔连通有第一高压自动驱替泵；所述干气为含有
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c的
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ch4；
8.放射性元素检测装置，设置在所述反应釜的外部以检测所述反应釜内的放射性元素分布；
9.放射性元素分析仪，连接所述放射性元素检测装置，用于接收所述放射性元素检测装置的输出数据以得到扩散系数。
10.可选地，所述反应釜为高温高压反应釜，工作压力≤10000psi，工作温度≤180℃。
11.可选地，所述超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置还包括干气配样器，所述干气配样器内设有第二活塞，所述第二活塞的两侧分别为第三活塞腔和第四活塞腔，所述第三活塞腔内容置有干气且所述第三活塞腔能够与所述第一活塞腔连通以提供干气，所述第四活塞腔内容置有传压介质。
12.可选地，所述超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置还包括凝析气配样器，所述凝析气配样器内设由第三活塞，所述第三活塞的两侧分别为第五活塞腔和第六活塞腔，所述第五活塞腔内容置有凝析气，所述第五活塞腔能够与所述第一活塞腔连通以为所
述第一活塞腔提供凝析气，所述第六活塞腔内容置有传压介质。
13.可选地，所述超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置还包括第二高压自动驱替泵，所述第二高压自动驱替泵的输出端连通所述第四活塞腔或所述第六活塞腔。
14.可选地，所述第一活塞腔设有温度传感器和压力传感器。
15.可选地，所述传压介质为液压油。
16.可选地，所述放射性元素检测装置的外侧设有放射性元素屏蔽装置。
17.可选地，所述第三活塞腔和所述第五活塞腔通过三通连通所述第一活塞腔。
18.本发明还提供一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试方法，根据所述超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置，包括如下步骤：
19.s1，反应釜升温至试验温度并保持恒温，通过第一高压自动驱替泵维持所述反应釜的试验压力为恒压；
20.s2，选择含有
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c的
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ch4为干气，向第一活塞腔内充入等量的干气和凝析气；
21.s3，放射性元素检测装置实时采集放射性元素在高度和浓度数据，并发送给放射性元素分析仪；
22.s4，放射性元素分析仪绘制放射性元素浓度-高度-时间曲线，并计算扩散系数。
23.本发明的有益效果：
24.本发明的一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置，通过设置放射性元素检测装置和放射性元素分析仪，可以直观反映干气与凝析气扩散过程的非平衡相态特征，测试装置简单，扩散系数测试数据准确，能够减少实验人员的工作量并减少人为因素误差，对凝析气田后期注气开发非平衡相态研究具有重要意义。
25.本发明的一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试方法，将
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ch4作为干气与凝析气在高温高压反应釜内进行扩散反应，并通过放射性元素检测装置和放射性元素分析仪可以直观获得干气与凝析气扩散过程的非平衡相态特征，测试扩散系数数据准确，方法简单。
附图说明
26.图1是本发明的一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置结构示意图。
27.图中：
28.1.反应釜；11.第一阀门；12.温度传感器；13.压力传感器；2.放射性元素检测装置；3.放射性元素分析仪；4.第一高压自动驱替泵；41.第五阀门；5.干气配样器；51.第二阀门；6.凝析气配样器；61.第三阀门；7.第二高压自动驱替泵；71.第四阀门；8.三通阀门；9.放射性元素屏蔽装置。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
30.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也
可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
33.下面结合图1对本发明提供一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置和测试方式进行详细说明。
34.本实施例首先提供一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置，如图1所示，包括反应釜1、放射性元素检测装置2和放射性元素分析仪3，反应釜1内设有第一活塞，第一活塞两侧分别为第一活塞腔和第二活塞腔，第一活塞腔内用于容置凝析气和干气的混合气，第二活塞腔内用于容置传压介质，第二活塞腔连通有第一高压自动驱替泵4；干气为含有
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c的
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ch4；放射性元素检测装置2设置在反应釜1的外部以检测反应釜1内的放射性元素分布；放射性元素分析仪3连接放射性元素检测装置2，用于接收放射性元素检测装置2的输出数据以得到扩散系数。
35.需要解释说明的是，
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c的制备：通过宇宙射线中的中子与大气中的大量存在的稳定核素
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n发生核反应能够产生
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c，
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c和h2在高温无氧条件下反应生产
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ch4，作为实验所需干气，而
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c又会发生半衰期t＝5730年的β衰变变成
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n，放射出β射线，β射线的屏蔽一般采用低原子序数的材料，如铝、塑料、有机玻璃等。
36.本实施例采用含有
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c的
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ch4做为干气，通过放射性元素分析仪3对不同时间、不同高度位置的放射性元素浓度的分析，可直观的反映扩散过程中各高度处放射性元素浓度变化，据此计算扩散系数并分析气-气界面消失时间，对凝析气田中后期注气开发非平衡相态研究具有重要意义。需要说明的是，第一高压自动驱替泵4为恒压模式，第一高压自动驱替泵4的输出端上设置第五阀门41，在气体扩散过程中起到维持压力平衡的作用。
37.本发明的一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置通过设置放射性元素检测装置2和放射性元素分析仪4，可以实时监测高温高压反应釜1内放射性元素的扩散情况，直观反映干气与凝析气扩散过程的非平衡相态特征，测试装置简单，扩散系数测试数据准确，能够减少实验人员的工作量并减少人为因素误差，对凝析气田后期注气开发非平衡相态研究具有重要意义。
38.可选地，反应釜1为高温高压反应釜，工作压力≤10000psi，工作温度≤180℃。
39.本实施例中选择高温高压反应釜的容积300ml，高度量程200mm，通过设定合适的工作温度和工作压力，可以加快凝析气和干气的扩散速度，节省测试时间。高温高压反应釜
自带加热系统和上下两个第一阀门11，上部第一活塞腔作为样品端提供凝析气与干气的扩散场所，下部第二活塞腔设置传压介质，连通第一高压自动驱替泵4以维持恒压，利于对扩散气体的压力变化进行实时监测和采集，得到实时数据。
40.可选地，超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置还包括干气配样器5，干气配样器5内设有第二活塞，第二活塞的两侧分别为第三活塞腔和第四活塞腔，第三活塞腔内容置有干气且第三活塞腔能够与第一活塞腔连通以提供干气，第四活塞腔内容置有传压介质。
41.如图1所示，干气配样器5的两端设有第二阀门51，分别用于控制第三活塞腔与第一活塞腔的连通，以及密封第四活塞腔内传压介质以保持一定的压力，确保干气能够输出。传压介质一般为液压油。其中，干气配样器5自带加热装置以及测温测压装置，并且可以对干气样品进行搅拌。
42.可选地，超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置还包括凝析气配样器6，凝析气配样器6内设由第三活塞，第三活塞的两侧分别为第五活塞腔和第六活塞腔，第五活塞腔内容置有凝析气，第五活塞腔能够与第一活塞腔连通以为第一活塞腔提供凝析气，第六活塞腔内容置有传压介质。
43.凝析气配样器6与干气配样器5的结构相同，功能上分别用于提供凝析气和干气，凝析气配样器6的两端分别设有第三阀门61，分别控制凝析气配样器6与第一活塞腔的连通，以及用于密封第六活塞腔内传压介质以保持一定的压力，确保凝析气能够输出。传压介质一般为液压油。其中，凝析气配样器6自带加热装置和测温测压装置，可以对凝析气样品进行搅拌。
44.可选地，超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置还包括第二高压自动驱替泵7，第二高压自动驱替泵7的输出端连通第四活塞腔或第六活塞腔。
45.如图1所示，本实施例设有两个三通，第二高压自动驱替泵7的输出端设有第四阀门71，第四阀门71能够通过一个三通分别与干气配样器5底端的第二阀门51和凝析气配样器6底端的第三阀门61之间连接，可以交替为第四活塞腔和第六活塞腔提供足够的传压介质，以维持干气和凝析气的压力。干气配样器5顶端的第二阀门51和凝析气配样器6顶端的第三阀门61均通过另一个三通连接，可以实现第三活塞腔和第五活塞腔交替与第一活塞腔的连通，以分别提供干气和凝析气。该三通上设有三通阀门8，用于控制干气和凝析气的供给。
46.需要说明的是，在扩散试验过程中，第二高压自动驱替泵7为恒速控制模式，以便提供恒速的干气和凝析气。
47.可选地，第一活塞腔设有温度传感器12和压力传感器13，用以实时监测第一活塞腔内的试验温度和试验压力，整个扩散试验过程中，反应釜1内温度恒定，扩散开始后，记录压力传感器13的读数与时间，当试验压力在30min内变化小于1psi，认为扩散已经达到平衡。
48.可选地，传压介质为液压油。如图1所示，液压油所在第二活塞腔、第四活塞腔和第六活塞腔能够分别与第一高压自动驱替泵4或第二高压自动驱替泵7连通，通过液压油传递压力或速度，相应实现对第一活塞、第二活塞或第三活塞恒速和恒压控制。
49.可选地，放射性元素检测装置2的外侧设有放射性元素屏蔽装置9。
50.本实施例中，放射性元素屏蔽装置9采用含铝材料制成，能够屏蔽
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c放射出的β射线。
51.本发明还提供一种超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试方法，根据上述实施例提供的超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试装置，包括如下步骤：
52.s1，反应釜1升温至试验温度并保持恒温，通过第一高压自动驱替泵4维持反应釜1的试验压力为恒压；
53.s2，选择含有
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c的
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ch4为干气，向第一活塞腔内充入等量的干气和凝析气；
54.s3，放射性元素检测装置2实时采集放射性元素的高度和浓度数据，并发送给放射性元素分析仪3；
55.s4，放射性元素分析仪3绘制放射性元素浓度-高度-时间曲线，并计算扩散系数。
56.该超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试方法，将含
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c的
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ch4作为干气，与凝析气在高温高压反应釜内进行扩散反应，并通过放射性元素检测装置2和放射性元素分析仪3可以直观获得干气与凝析气扩散过程的非平衡相态特征，测试扩散系数数据准确，方法简单。
57.下面给出一个具体的实施例来详细说明该超临界条件下凝析气-干气扩散系数测试方法。
58.首先选择可承受温度180℃、压力10000psi的高温高压反应釜1，并将该高温高压反应釜1外侧设置放射性元素检测装置2，并将二者同时置于放射性元素屏蔽装置9中，第一活塞腔作为样品端，为干气-凝析气扩散场所。第二活塞腔为液压油，方便控制高温高压反应釜1内的压力。在高温高压反应釜1的第一活塞腔内设置温度传感器12和压力传感器13。需要说明的是，第一活塞采用耐高温高压材料制成，通过密封性胶圈来隔开第一活塞腔和第二活塞腔。
59.初始时，将第一活塞置于反应釜1的最上端(第一活塞腔体积为0)，下端的第二活塞腔内充满液压油，将上下端盖拧紧，上端盖通过管线与三通阀门8连接，下端盖通过管线与第一高压自动驱替泵4连接。
60.反应釜1打开加热开关加热并维持试验温度，第一高压自动驱替泵4设置为恒压模式，打开第五阀门41，第一高压自动驱替泵4与第二活塞腔连通，将反应釜1内压力升至试验压力。
61.将一侧的第二阀门51和第三阀门61连接三通阀门8，另一侧第二阀门51和第三阀门61连接第四阀门71，以将第二高压自动驱替泵7接入；第二高压自动驱替泵7设置为恒速模式，速度为1ml/l。
62.依次打开第四阀门71、凝析气配样器6两端的第三阀门61和三通阀门8，打开反应釜1上与第一活塞腔连接的第一阀门11，将凝析气样缓慢转入反应釜1，通过第一高压自动驱替泵4退泵，维持高温高压反应釜1内压力恒定。
63.然后，关闭凝析气配样器6两端的第三阀门61，打开干气配样器5两端的第二阀门51，将等量(等体积)的干气转入反应釜1内。
64.关闭所有阀门，开始扩散试验。
65.整个过程保持高温高压反应釜1内温度恒定，扩散开始后，记录压力传感器13上示数与时间，当压力在30min内变化小于1psi，即可认为扩散已经达到平衡。
66.分析放射性元素分析仪3的结果，绘制放射性元素浓度与时间以及高度变化关系曲线，直观的看出混合气的浓度和密度分别随时间、高度的变化过程，动态的反映出整个非平衡扩散过程，当任意高度放射性元素浓度梯度在某一极小值(浓度梯度0.0065mol/cm2)内，即可认为“气-气界面”消失；并计算浓度梯度为一个单位时，单位时间内通过单位面积的气体量，此即为扩散系数。
67.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。