一種測定二氧化碳-地層水作用生產沉淀量的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種測定二氧化碳-地層水作用生產沉淀量的方法及裝置。該方法包括：在高壓反應釜中倒入地層水，通過調整壓力獲得在設定溫度、不同壓力下的樣品溶液；然后調整溫度獲得在設定壓力、不同溫度下的樣品溶液；用鹽酸溶液滴定每次取出的樣品溶液，檢測樣品溶液和初始地層水的離子濃度，通過計算得到不同溫度、壓力條件下的離子濃度變化量，再計算出沉淀物的質量。本發明還提供了一種能用于上述方法的裝置。采用上述方法和裝置能夠測定出各溫度和壓力變化過程中的沉淀量，建立溫度、壓力變化對儲層物性的影響的定量關系。
【專利說明】一種測定二氧化碳-地層水作用生產沉淀量的方法及裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測定co2-地層水作用生產沉淀量的方法及裝置，屬于石油開采技 術領域。
【背景技術】
[0002] C02驅是一種非常有效的提高原油采收率的方法，它不但能有效提高原油采收率 還能顯著降低溫室氣體排放量；C0 2驅過程中，C02與高礦化度地層水作用會產生CaC03等沉 淀，從而改變儲層物性（如滲透率、孔隙結構等）影響C0 2驅的原油采收率。測定C02驅過 程中C02與地層水作用引起的沉淀量是研究關鍵。目前的C0 2驅實驗研究和數值模擬研究 很少考慮C02與高礦化度地層水作用會產生CaC03等沉淀對儲層物性和采收率的影響，缺少 C02驅過程中C02與地層水作用引起的沉淀量的定量實驗研究。
[0003] C02溶解于地層水生成碳酸如式（1. 1)所示：
[0004] co2+h2o - H2C03 (1.1)
[0005] 碳酸是弱酸，分兩級電離。
[0006] 一級電離：
[0007] H2C03 - H++HCCV (1. 2)(為碳酸電離主要形式）
[0008] 二級電離：
[0009] HCCV - H++C0廣 （1. 3)(電離量非常小，電離度僅是一級電離的ΚΓ3)，C02在水 中主要以hco3_和H2C03形式存在。
[0010] 當壓力升高、溫度降低時，〇)2在水中的溶解度增加，co2溶于地層水，反應式 C02+H20 -H2C03(1. 1)，向右方向移動，H2C03增力口，從而使反應式4〇)3 -H++HC03_(L 2)，向右 方向移動，H+增加，從而使反應式HC03- - H++C032-(1. 3)，向左方向移動，抑制C032-的生成。
[0011] 因此C02溶解于地層水后，C02在水中主要以HC0 3_和H2C03形式存在，與Ca2+生成 Ca (HC03)2〇
[0012] 當壓力降低、溫度升高時，〇)2在水中的溶解度降低，co2從水中逸出，反應式 C02+H20 -H2C03(1. 1)，向左方向移動，H2C03減少，從而使反應式H2C03 -H++HC03-(L 2)，向左 方向移動，H+減少，從而使反應式HC03- - H++C032-(1. 3)，向右方向移動，生成C032-，C032-與 地層中的Ca 2+生成CaC03沉淀。
[0013] CaCl2型地層水中0&(：12含量較高，其中Ca2+有可能與C0廣反應會形成不溶物沉 淀CaC0 3，使得地層結垢，影響到儲層孔隙的滲透率。
[0014] 在C02注入及地層驅替過程，C02與水反應形成H 2C03，溶液呈酸性，在酸性條件下 C02在水中主要以HC03_和H2C03形式存在，而HC0 3_與Ca2+、Mg2+結合所形成的Ca(HC03) 2和 Mg(HC03)2溶于水，因此，不會形成CaC03和MgC0 3垢而堵塞儲層孔隙。
[0015] 當C02在溶液中的分壓降低時，反應向左側進行，緩慢的降壓速率使溶液中原先處 于溶解狀態的Ca(HC0 3)2分解形成CaC03垢。
[0016] CaCO, + CO; + H;0 ? Ca(HCO;);
[0017] 現有技術中還存在一種測試方法，其是利用掃描電鏡觀察巖石切片的外表形貌， 在高壓反應釜中放入地層水和巖石切片，關閉反應釜，然后注入C0 2，在設定的溫度和壓力 下保持24h，然后取出巖石切片，再利用掃描電鏡觀察巖石切片，對比反應前后巖石切片外 表形貌的變化來判斷是否發生了沉淀。該方法只能定性的觀察出是否發生了沉淀，不能得 出沉淀量的確切值。另外，該方法只能觀察壓力降低到大氣壓時巖石切片的沉淀情況，不能 觀察壓力降低到高于一個大氣壓（如5MPa)時的沉淀情況。
[0018] 現有技術中還存在一種測試方法，其是在高壓反應釜中放入地層水和巖石切片， 然后注入C0 2，在設定的溫度和壓力下保持24h，攪拌溶液，然后取出10mL，利用濾紙過濾溶 液，干燥濾紙，測帶有沉淀的濾紙的重量，減去原來濾紙的質量，得出沉淀的質量。該方法只 能測出降低到大氣壓時的沉淀量，不能測得壓力降低高于一個大氣壓（如5MPa)時的沉淀 量。
【發明內容】
[0019] 為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種測定C02_地層水作用生產沉淀 量的方法，采用該方法可以很容易地測試出不同溫度、壓力條件下的沉淀量。
[0020] 本發明的目的還在于提供一種能用于上述方法的測定co2-地層水作用生產沉淀 量的裝置。
[0021] 為達到上述目的，本發明首先提供了一種測定C02_地層水作用生產沉淀量的方 法，其包括以下步驟：
[0022] 在高壓反應釜中倒入地層水，封閉好高壓反應釜，將溫度升高到設定溫度，根據 C02在設定溫度、第一預定升壓壓力值下的溶解度，注入足量的C02，使壓力升高至第一預定 升壓壓力值，保持24h以上，在高壓反應釜的中部取出適量溶液；
[0023] 再把壓力升高到第二預定升壓壓力值，并保持24h以上，然后再從高壓反應釜的 中部取出適量溶液；
[0024] 依次把壓力升高到各個預定升壓壓力值，分別進行保持24h以上和在高壓反應釜 的中部取出適量溶液的操作；
[0025] 然后再依次降壓到各個預定降壓壓力值并分別進行保持24h以上和在高壓反應 釜的中部取出適量溶液的操作；
[0026] 之后，在高壓反應釜中倒入地層水，封閉好高壓反應釜，根據C02在設定壓力、第一 預定升溫溫度值下的溶解度，注入足量的C0 2，將壓力升高到設定壓力，并將高壓反應釜的 溫度升高至第一預定升溫溫度值，保持24h以上，在高壓反應釜的中部取出適量溶液；
[0027] 再把溫度升高到第二預定升溫溫度值，并保持24h以上，然后再從高壓反應釜的 中部取出適量溶液；
[0028] 依次把溫度升高到各個預定升溫溫度值，分別進行保持24h以上和在高壓反應釜 的中部取出適量溶液的操作；
[0029] 然后再依次降溫到各個預定降溫溫度值并分別進行保持24h以上和在高壓反應 釜的中部取出適量溶液的操作；
[0030] 用鹽酸溶液滴定每次取出的樣品溶液，然后利用離子色譜儀檢測每次取出的樣品 溶液和初始地層水的離子濃度，利用初始地層水的離子濃度減去每次取出液體的離子濃 度，得到不同溫度、壓力條件下的離子濃度變化量，再根據沉淀物的分子量計算出沉淀物的 質量。
[0031] 在上述方法中，升壓過程和降壓過程中的預定升壓壓力值、預定降壓壓力值根據 需要進行選擇即可，可以采用等差數列的形式，例如升壓過程控制為5MPa、10MPa、15MPa、 20MPa、25MPa，降壓過程控制為20MPa、15MPa、10MPa、5MPa、0. IMPa等。同時，相關的設定溫 度也可以根據需要進行選擇。在升壓、降壓過程中，每次升壓或降壓之后，均進行保持24h 以上以及在反應釜的中部取出適量溶液（能夠滿足離子色譜儀的檢測即可）的操作，以得 到相應的樣品溶液。優選地，在反應釜的中部取出的溶液的體積為10mL。
[0032] 在上述方法中，升溫過程和降溫過程中的預定升溫溫度值、預定降溫溫度值根 據需要進行選擇即可，可以采用等差數列的形式，例如升溫過程控制為20°C、3(TC、4(rC、 50°C、60°C、70°C、80°C、90°C、100°C，降溫過程控制為 90°C、80°C、70°C、60°C、50°C、40°C、 30°C、20°C等。同時，相關的設定壓力也可以根據需要進行選擇。在升溫、降溫過程中，每次 升溫或降溫之后，均進行保持24h以上以及在反應釜的中部取出適量溶液（能夠滿足離子 色譜儀的檢測即可）的操作，以得到相應的樣品溶液。
[0033] 在上述方法中，優選地，還包括建立設定溫度、壓力、沉淀物的質量之間的關系曲 線的步驟。
[0034] 在上述方法中，優選地，利用離子色譜儀檢測每次取出的樣品溶液和初始地層水 的離子濃度主要為Ca2+濃度。
[0035] 在上述方法中，高壓反應釜中加入的地層水能夠滿足測試需要，并留一定的空間 用來注入C0 2即可，優選地，所述地層水的加入量為200mL至所述高壓反應釜容積的2/3。上 述高壓反應釜的容積大于500mL就可以，容積范圍優選為500-2000mL。
[0036] 根據本發明的具體實施方案，優選地，上述方法可以包括以下具體步驟：
[0037] 在高壓反應釜中倒入地層水，封閉好高壓反應釜，將溫度升高到設定溫度，根據 C02在高壓反應釜中倒入地層水，封閉好高壓反應釜，將溫度升高到設定溫度，根據C02在設 定溫度、5MPa下的溶解度，注入足量的C0 2，使壓力升高至5MPa，保持24h，在高壓反應釜的 中部取出10mL溶液；
[0038] 再把壓力升高到lOMPa，并保持24h，然后從高壓反應釜的中部取出10mL溶液；
[0039] 依次把壓力升高到15MPa、20MPa、25MPa，分別進行保持24h和在高壓反應釜的中 部取出10mL溶液的操作；
[0040] 然后再依次降壓到20MPa、15MPa、10MPa、5MPa、0. IMPa并分別進行保持24h和在高 壓反應釜的中部取出10mL溶液的操作；
[0041] 之后，在高壓反應釜中倒入地層水，封閉好高壓反應釜，將壓力升高到設定壓力， 根據C0 2在設定壓力、20°C下的溶解度，注入足量的C02，使壓力升高至20°C，保持24h，在高 壓反應釜的中部取出10mL溶液；
[0042] 再把壓力升高到30°C，并保持24h，然后從高壓反應釜的中部取出10mL溶液；
[0043] 依次把壓力升高到401：、501：、601：、701：、801：、901：、1001：，分別進行保持2411 和在高壓反應釜的中部取出10mL溶液的操作；
[0044] 然后再依次降壓到90°C、80°C、70°C、60°C、50°C、40°C、30°C、20°C并分別進行保持 24h和在高壓反應釜的中部取出lOmL溶液的操作；
[0045] 用鹽酸溶液滴定每次取出的樣品溶液，然后利用離子色譜儀檢測每次取出的樣品 溶液和初始地層水的離子濃度，利用初始地層水的離子濃度減去每次取出液體的離子濃 度，得到不同溫度、壓力條件下的離子濃度變化量，再根據沉淀物的分子量計算出沉淀物的 質量；
[0046] 建立設定溫度、壓力、沉淀物的質量之間的關系曲線。
[0047] 在上述方法中，所采用的鹽酸溶液的濃度沒有特殊的影響，總量足夠即可，優選 地，所述鹽酸溶液的濃度為l〇wt%左右。
[0048] 在C02驅替過程中，C02溶于高礦化度的地層水中，在溫度、壓力等條件發生變化 時，發生CaC0 3等沉淀，對儲層物性和采收率造成影響，采用本發明提供的上述方法可以很 容易地測出不同溫度、壓力條件下的沉淀量，為定量研究溫度和壓力變化對沉淀量的影響 提供幫助。
[0049] 本發明還提供了一種用于測定C02-地層水作用生產沉淀量的裝置，其包括回壓緩 沖器、壓力表、回壓閥、試管、高壓反應釜、回壓泵，其中 ：
[0050] 所述回壓緩沖器與所述回壓閥連接，并且，二者的連接管路上設有壓力表；
[0051] 所述回壓閥還分別與所述試管和高壓反應釜的頂部入口連接；
[0052] 所述高壓反應釜的頂部設有一排空口，所述高壓反應釜的底部出口與所述回壓泵 連通。
[0053] 在上述裝置中，高壓反應釜用于提供高溫高壓反應空間，可以加溫加壓，維持一定 的溫度和壓力，是反應的主要場所。高壓反應釜的溫度范圍可以為室溫至180°C，壓力范圍 可以為0_70MPa。
[0054] 回壓閥、回壓緩沖器、回壓泵和壓力表組成一個回壓控制系統，使取液時反應釜內 的壓力不低于設定的壓力。當反應釜內的壓力低于設定壓力時會自動停止出液，只有在反 應釜內的壓力高于設定壓力時才出液。回壓閥是控制開關部件。回壓緩沖器用于保持壓力 穩定。回壓泵用來提供壓力，壓力表觀察壓力。試管用來從高壓反應釜的中部取出溶液和 測量取液量。
[0055] 采用本發明提供的上述方法和裝置能夠測定出各個溫度和壓力變化過程中的沉 淀量，建立溫度、壓力變化對儲層物性的影響的定量關系，從而在〇) 2驅油過程中加入溫度、 壓力變化對儲層物性的定量影響，使co2驅油過程中的參數優化研究更加準確。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0056] 圖1為實施例1的用于測定C02-地層水作用生產沉淀量的裝置的結構示意圖。
[0057] 圖2為CaC03沉淀量隨壓力升高和降低變化圖。
[0058] 圖3為CaC03沉淀量隨溫度升高和降低變化圖。
[0059] 主要附圖標號說明：
[0060] 回壓緩沖器1壓力表2回壓閥3試管4高壓反應荃5回壓泵6
【具體實施方式】
[0061] 為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技 術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施范圍的限定。
[0062] 實施例1
[0063] 本實施例提供了一種用于測定C02-地層水作用生產沉淀量的裝置，其結構如圖1 所示，該裝置包括回壓緩沖器1、壓力表2、回壓閥3、試管4、高壓反應釜5、回壓泵6,其中：
[0064] 回壓緩沖器1與回壓閥3連接，并且，二者的連接管路上設有壓力表2 ;
[0065] 回壓閥3還分別與試管4和高壓反應釜5的頂部入口連接；
[0066] 高壓反應釜5的頂部設有一排空口，高壓反應釜5的底部出口與回壓泵6連通；
[0067] 并且，在該裝置的適當位置還分別設有相應的閥門。
[0068] 實施例2
[0069] 本實施例提供了一種用于測定C02-地層水作用生產沉淀量的方法，其可以采用實 施例1提供的裝置進行，該方法包括以下步驟：
[0070] 在高壓反應釜中倒入CaCl2型地層水（請具體參數如表1所示）1L，封閉好反應 釜，將溫度升高到30°C，注入500mL壓力為5MPa的C0 2，以使壓力達到5MPa，保持24h，在反 應釜的中部取出10mL溶液；
[0071] 再把壓力升高到lOMPa，并維持壓力，保持24h，然后再從反應釜的中部取出10mL 的溶液；依次把壓力升高到15MPa、20MPa，重復進行保持24h和從反應釜的中部取出10mL 溶液的操作；
[0072] 然后再依次降壓到15MPa、10MPa、5MPa、0. IMPa并取樣；
[0073] 之后，在高壓反應釜中倒入CaCl2型地層水1L，封閉好反應釜，注入C0 2，使壓力升 高到lOMPa，同時，將溫度升高到20°C，保持24h，在反應釜的中部取出10mL溶液；
[0074] 再把溫度依次升高到 30°C、40°C、50°C、60°C、70°C、80°C、90°C、100°C，重復進行保 持24h和從反應釜的中部取出lOmL溶液的操作；
[0075] 然后再依次降溫到 90°〇、801：、701：、601：、501：、401：、301：、201：并取樣；
[0076] 用鹽酸溶液滴定每個樣品溶液，然后利用離子色譜儀測每次取出的液體和初始地 層水的Ca 2+濃度，利用初始地層水的Ca2+濃度減去每次取出液體的Ca2+濃度，得到不同溫 度、壓力條件下Ca 2+濃度的變化量（不同壓力下地層水Ca2+濃度和CaC03沉淀量如表2所 示，升溫過程中地層水Ca 2+濃度和CaC03沉淀量如表3所示，降溫過程中地層水Ca2+濃度和 CaC03沉淀量如表4所示），再根據沉淀物的分子量計算出CaC03質量；
[0077] 建立溫度、壓力和CaC03沉淀量（質量）的關系曲線，其中，CaC03沉淀量隨壓力升 高和降低變化圖如圖2所示，CaC03沉淀量隨溫度升高和降低變化圖如圖3所示。
[0078] 表1地層水的相關參數
[0079]
【權利要求】
1. 一種測定二氧化碳-地層水作用生產沉淀量的方法，其包括以下步驟： 在高壓反應釜中倒入地層水，封閉好高壓反應釜，將溫度升高到設定溫度，根據co2在 設定溫度、第一預定升壓壓力值下的溶解度，注入足量的co2，使壓力升高至第一預定升壓 壓力值，保持24h以上，在高壓反應釜的中部取出適量溶液； 再把壓力升高到第二預定升壓壓力值，并保持24h以上，然后再從高壓反應釜的中部 取出適量溶液； 依次把壓力升高到各個預定升壓壓力值，分別進行保持24h以上和在高壓反應釜的中 部取出適量溶液的操作； 然后再依次降壓到各個預定降壓壓力值并分別進行保持24h以上和在高壓反應釜的 中部取出適量溶液的操作； 之后，在高壓反應釜中倒入地層水，封閉好高壓反應釜，根據C02在設定壓力、第一預定 升溫溫度值下的溶解度，注入足量的C02，將壓力升高到設定壓力，并將高壓反應釜的溫度 升高至第一預定升溫溫度值，保持24h以上，在高壓反應釜的中部取出適量溶液； 再把溫度升高到第二預定升溫溫度值，并保持24h以上，然后再從高壓反應釜的中部 取出適量溶液； 依次把溫度升高到各個預定升溫溫度值，分別進行保持24h以上和在高壓反應釜的中 部取出適量溶液的操作； 然后再依次降溫到各個預定降溫溫度值并分別進行保持24h以上和在高壓反應釜的 中部取出適量溶液的操作； 用鹽酸溶液滴定每次取出的樣品溶液，然后利用離子色譜儀檢測每次取出的樣品溶液 和初始地層水的離子濃度，利用初始地層水的離子濃度減去每次取出液體的離子濃度，得 到不同溫度、壓力條件下的離子濃度變化量，再根據沉淀物的分子量計算出沉淀物的質量。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括以下步驟： 建立設定溫度、壓力、沉淀物的質量之間的關系曲線。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，利用離子色譜儀檢測每次取出的樣品溶液和初 始地層水的離子濃度為Ca2+濃度。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述地層水的加入量為200mL至所述高壓反應釜 容積的2/3,優選地，所述高壓反應釜的容積為500-2000mL。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中，在高壓反應釜的中部取出的溶液的體積為10mL。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，該方法包括以下步驟： 在高壓反應釜中倒入地層水，封閉好高壓反應釜，將溫度升高到設定溫度，根據C02在 設定溫度、5MPa下的溶解度，注入足量的C02，使壓力升高至5MPa，保持24h，在高壓反應釜 的中部取出10mL溶液； 再把壓力升高到lOMPa，并保持24h，然后從高壓反應釜的中部取出10mL溶液； 依次把壓力升高到15MPa、20MPa、25MPa，分別進行保持24h和在高壓反應釜的中部取 出10mL溶液的操作； 然后再依次降壓到20MPa、15MPa、10MPa、5MPa、0. IMPa并分別進行保持24h和在高壓反 應釜的中部取出10mL溶液的操作； 之后，在高壓反應釜中倒入地層水，封閉好高壓反應釜，將壓力升高到設定壓力，根據 C02在設定壓力、20°C下的溶解度，注入足量的C02，使壓力升高至20°C，保持24h，在高壓反 應釜的中部取出10mL溶液； 再把壓力升高到30°C，并保持24h，然后從高壓反應釜的中部取出10mL溶液； 依次把壓力升高到40°C、50°C、60°C、70°C、80°C、90°C、100°C，分別進行保持24h和在 高壓反應釜的中部取出lOmL溶液的操作； 然后再依次降壓到90°C、80°C、70°C、60°C、50°C、40°C、30°C、20°C并分別進行保持24h 和在高壓反應釜的中部取出lOmL溶液的操作； 用鹽酸溶液滴定每次取出的樣品溶液，然后利用離子色譜儀檢測每次取出的樣品溶 液和初始地層水的離子濃度，利用初始地層水的離子濃度減去每次取出液體的離子濃度， 得到不同溫度、壓力條件下的離子濃度變化量，再根據沉淀物的分子量計算出沉淀物的質 量； 建立設定溫度、壓力、沉淀物的質量之間的關系曲線。
7. 根據權利要求1或6所述的方法，其中，所述鹽酸溶液的濃度為10wt%。
8. -種用于測定二氧化碳-地層水作用生產沉淀量的裝置，其包括回壓緩沖器、壓力 表、回壓閥、試管、高壓反應釜、回壓泵，其中 ： 所述回壓緩沖器與所述回壓閥連接，并且，二者的連接管路上設有壓力表； 所述回壓閥還分別與所述試管和高壓反應釜的頂部入口連接； 所述高壓反應釜的頂部設有一排空口，所述高壓反應釜的底部出口與所述回壓泵連 通。
【文檔編號】G01N31/02GK104155405SQ201410394830
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】趙東鋒, 廖新維, 趙曉亮, 殷丹丹 申請人:中國石油大學(北京)
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