一种基于光电效应的最小混相压力测量装置及实验方法

本发明涉及一种基于光电效应的最小混相压力测量装置及实验方法，属于co2驱油。

背景技术：

1、随着非常规能源的大规模开采与双碳目标的提出，co2驱油技术在非常规油藏开采领域的应用越来越重要，co2驱油技术分为混相驱、近混相驱、非混相驱，其中混相驱由于可以和原油达到混相，彻底消除界面张力而具有很高的驱油效率。最小混相压力（mmp）是评价能否实现混相的重要参数。中国油藏由于陆相沉积及成藏条件差等原因，原油具有高密度、高黏度、重质组分含量多等特点，这些特点造成油藏具有较高的混相压力，在实际生产中表现出混相压力大于地层破裂压力的特征，从而无法达到混相驱，co2驱采收率较低。因此，要实现co2混相驱，降低最小混相压力是急需解决的现实问题。由于混相是在高温高压下进行，且涉及到复杂的相行为，最小混相压力的准确测量一直是一个需要不断完善的难题。

2、目前，实验室内最小混相压力的测量方法主要有细管实验法、界面张力消失法、升泡仪法、可视化釜等方法，其中，细管实验法已形成行业标准，具有较强的说服力，但细管实验法存在实验周期长、成本高等问题；界面张力消失法由于是测量油滴界面张力与压力的关系，通过外推得到mmp，但界面张力与压力并不是线性关系，因此，由外推得到的mmp存在较大的误差，并且具体参与到界面处的co2/油分子数量不可测，实验方法本身存在准确性问题；升泡仪法通过分析上升气泡在油相中的流型、上升速度等参数判断是否达到混相，由于流型没有精确的判断依据，该方法受主观影响较大。为此，提出本发明。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于光电效应的最小混相压力测量装置，利用激光单色性好、亮度高、方向性强等特点，通过光电探头，将激光信号转化为电信号，通过电流值大小表征混相釜内混相程度，能够准确、快速、低成本的测量co2-油之间的最小混相压力，并且不受油样的限制，可以测量不同组分油样与co2之间的mmp。

2、本发明还提供上述基于光电效应的最小混相压力测量装置的实验方法。

3、本发明的技术方案如下：

4、一种基于光电效应的最小混相压力测量装置，包括中间容器、压力控制模块、混相釜、激光强度监测模块和数据记录模块，其中，中间容器分别连接有压力控制模块和混相釜，混相釜两侧设置有激光强度监测模块，激光强度监测模块连接有数据记录模块；

5、激光强度监测模块包括激光发射器、光电探头和检流计，混相釜对称两侧分别设置有透明窗口，用于观察和检测混相情况，2个透明窗口外侧分别设置有激光发射器和光电探头，光电探头通过检流计连接有数据记录模块。

6、激光发射器用于发射激光，光电探头用于接收透过混相釜后的激光，并将光信号转化为电信号，电信号通过检流计显示，检流计具有调节电流强度功能，能够根据需要放大电流信号。激光发射器可根据混相釜内油样混相后表现出的颜色选择波长，保证透过激光的有效性。

7、根据本发明优选的，压力控制模块包括co2气瓶、手摇泵和isco泵，co2气瓶、手摇泵和isco泵分别通过六通阀a连接有中间容器底部三通阀，中间容器顶部分别连接有混相釜和六通阀a。

8、中间容器的co2气体通过手摇泵给其进行加压处理，手摇泵可快速使中间容器中的co2气体到达超临界状态，进而使混相釜内co2与油达到混相状态，进行降压时，通过六通阀a与中间容器底部三通阀控制开关，使isco泵在恒速条件下，对中间容器、混相釜组成的密闭系统进行恒速降压，进而对混相釜内混相状态进行观察。

9、根据本发明进一步优选的，中间容器顶部设置有压力表a。

10、根据本发明优选的，数据记录模块为计算机，计算机通过压力传感器和六通阀b连接有混相釜顶部，六通阀b上还连接有压力表b，用于记录实验过程中混相釜内压力变化。

11、根据本发明优选的，混相釜外侧设置有加热套，加热套连接有温度控制器。加热套用于给混相釜提供稳定加热，温度范围为20~100℃，加热套对混相釜进行加热时，实验温度必须大于co2临界温度。

12、上述基于光电效应的最小混相压力测量装置的实验方法，包括以下步骤：

13、（1）用co2气体吹扫混相釜，并在烘干的混相釜内加入一定体积的油样，拧紧混相釜上盖；

14、（2）通过控制六通阀a，将co2气瓶与中间容器相连，使中间容器充满co2气体，并通过中间容器上部压力表a观察压力，待压力不再变化时，断开co2气瓶连接；

15、（3）通过控制六通阀a，将中间容器顶部与手摇泵相连，使用手摇泵对中间容器进行加压，加压过程中，检测手摇泵压力显示与压力表a读数，确保中间容器上下不会窜漏；

16、（4）待中间容器压力达到7.38mpa，将中间容器与混相釜连接，使中间容器内高压气体进入混相釜内，继续使用手摇泵，将中间容器内剩余co2气体全部推入混相釜，若混相釜内不能达到混相，继续重复（2）~（4）步，直至混相釜内形成清澈透明的一相；

17、（5）关闭混相釜与中间容器的联通开关，观察六通阀b上的压力表b，待压力表b示数不再变化后，混相釜内系统达到稳定状态，记录此时混相釜压力、温度，通过数据库查得此状态下co2密度，已知混相釜体积，通过密度公式计算求得co2质量；

18、（6）检测透过混相釜的激光强度，按照设计位点摆放激光发射器、混相釜、光电探头位置，确保每次实验各仪器间距相同，位置相同，并且三者在同一水平线，实验前进行激光强度调节及检流计示数调零；

19、（7）混相釜与中间容器联通，利用六通阀a将中间容器底部与手摇泵连接，先利用手摇泵给中间容器-混相釜降压，降压过程中观察混相釜内混相情况，待观察到混相釜内出现浑浊现象时，停止退泵；

20、（8）使用手摇泵对混相釜进行缓慢加压，再次观察到混相釜内清澈情况时，停止手摇泵动作，通过六通阀a将中间容器底部与isco泵相连，使用isco泵对混相釜进行匀速、慢速降压；

21、（9）isco泵降压过程中，记录混相釜内压力值与检流计电流值，待电流值随压力值变化出现急速下降时，mmp为电流拐点对应压力值；

22、（10）由计算机导出数据，做压力与电流强度关系图，曲线拐点即为该实验条件下co2-油mmp值。

23、根据本发明优选的，混相釜内油样为纯烃、组合烃或原油等，油样混相压力范围在40mpa以下；

24、激光发射器光源根据油样选择红光、绿光或蓝光等。

25、根据本发明优选的，步骤（5）中，密度公式为：

26、

27、式中：m为co2质量，单位为g；ρ为co2密度，单位为g/cm3；v1为混相釜体积，单位为cm3；v2为油相体积，单位为cm3。

28、根据本发明优选的，步骤（8）中，降压过程中，isco泵的流速选择0.01ml/min~0.05ml/min，确保电流强度变化速率在可检测范围内。

29、本发明的有益效果在于：

30、1、本发明基于光电效应，利用混相前后釜内相态对光敏感的特征，将通过透明窗口的激光光信号转化为电信号，并用检流计检测电流值，通过电流值与压力的关系取得co2-油最小混相压力，从一个新颖的角度解决了co2混相驱最小混相压力不易测量的难点。

31、2、本发明利用了激光单色性好、亮度高、方向性强的特点，避免了白光因发散性强，监测点不能准确代表体系整体情况的缺点。

32、3、本发明是在准确电流数值的基础上求得，最小混相压力数值受主观因素影响小，实验误差小，更接近实际情况。

33、4、本发明搭建的测量装置成本较低、实验周期较短，可以更好的推广。