一种测定二氧化碳-地层水作用生产沉淀量的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种测定二氧化碳-地层水作用生产沉淀量的方法及装置。该方法包括：在高压反应釜中倒入地层水，通过调整压力获得在设定温度、不同压力下的样品溶液；然后调整温度获得在设定压力、不同温度下的样品溶液；用盐酸溶液滴定每次取出的样品溶液，检测样品溶液和初始地层水的离子浓度，通过计算得到不同温度、压力条件下的离子浓度变化量，再计算出沉淀物的质量。本发明还提供了一种能用于上述方法的装置。采用上述方法和装置能够测定出各温度和压力变化过程中的沉淀量，建立温度、压力变化对储层物性的影响的定量关系。
【专利说明】一种测定二氧化碳-地层水作用生产沉淀量的方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测定co2-地层水作用生产沉淀量的方法及装置，属于石油开采技 术领域。
【背景技术】
[0002] C02驱是一种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 还能显著降低温室气体排放量；C0 2驱过程中，C02与高矿化度地层水作用会产生CaC03等沉 淀，从而改变储层物性（如渗透率、孔隙结构等）影响C0 2驱的原油采收率。测定C02驱过 程中C02与地层水作用引起的沉淀量是研究关键。目前的C0 2驱实验研究和数值模拟研究 很少考虑C02与高矿化度地层水作用会产生CaC03等沉淀对储层物性和采收率的影响，缺少 C02驱过程中C02与地层水作用引起的沉淀量的定量实验研究。
[0003] C02溶解于地层水生成碳酸如式（1. 1)所示：
[0004] co2+h2o - H2C03 (1.1)
[0005] 碳酸是弱酸，分两级电离。
[0006] 一级电离：
[0007] H2C03 - H++HCCV (1. 2)(为碳酸电离主要形式）
[0008] 二级电离：
[0009] HCCV - H++C0广 （1. 3)(电离量非常小，电离度仅是一级电离的ΚΓ3)，C02在水 中主要以hco3_和H2C03形式存在。
[0010] 当压力升高、温度降低时，〇)2在水中的溶解度增加，co2溶于地层水，反应式 C02+H20 -H2C03(1. 1)，向右方向移动，H2C03增力口，从而使反应式4〇)3 -H++HC03_(L 2)，向右 方向移动，H+增加，从而使反应式HC03- - H++C032-(1. 3)，向左方向移动，抑制C032-的生成。
[0011] 因此C02溶解于地层水后，C02在水中主要以HC0 3_和H2C03形式存在，与Ca2+生成 Ca (HC03)2〇
[0012] 当压力降低、温度升高时，〇)2在水中的溶解度降低，co2从水中逸出，反应式 C02+H20 -H2C03(1. 1)，向左方向移动，H2C03减少，从而使反应式H2C03 -H++HC03-(L 2)，向左 方向移动，H+减少，从而使反应式HC03- - H++C032-(1. 3)，向右方向移动，生成C032-，C032-与 地层中的Ca 2+生成CaC03沉淀。
[0013] CaCl2型地层水中0&(：12含量较高，其中Ca2+有可能与C0广反应会形成不溶物沉 淀CaC0 3，使得地层结垢，影响到储层孔隙的渗透率。
[0014] 在C02注入及地层驱替过程，C02与水反应形成H 2C03，溶液呈酸性，在酸性条件下 C02在水中主要以HC03_和H2C03形式存在，而HC0 3_与Ca2+、Mg2+结合所形成的Ca(HC03) 2和 Mg(HC03)2溶于水，因此，不会形成CaC03和MgC0 3垢而堵塞储层孔隙。
[0015] 当C02在溶液中的分压降低时，反应向左侧进行，缓慢的降压速率使溶液中原先处 于溶解状态的Ca(HC0 3)2分解形成CaC03垢。
[0016] CaCO, + CO; + H;0 ? Ca(HCO;);
[0017] 现有技术中还存在一种测试方法，其是利用扫描电镜观察岩石切片的外表形貌， 在高压反应釜中放入地层水和岩石切片，关闭反应釜，然后注入C0 2，在设定的温度和压力 下保持24h，然后取出岩石切片，再利用扫描电镜观察岩石切片，对比反应前后岩石切片外 表形貌的变化来判断是否发生了沉淀。该方法只能定性的观察出是否发生了沉淀，不能得 出沉淀量的确切值。另外，该方法只能观察压力降低到大气压时岩石切片的沉淀情况，不能 观察压力降低到高于一个大气压（如5MPa)时的沉淀情况。
[0018] 现有技术中还存在一种测试方法，其是在高压反应釜中放入地层水和岩石切片， 然后注入C0 2，在设定的温度和压力下保持24h，搅拌溶液，然后取出10mL，利用滤纸过滤溶 液，干燥滤纸，测带有沉淀的滤纸的重量，减去原来滤纸的质量，得出沉淀的质量。该方法只 能测出降低到大气压时的沉淀量，不能测得压力降低高于一个大气压（如5MPa)时的沉淀 量。
【发明内容】
[0019] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种测定C02_地层水作用生产沉淀 量的方法，采用该方法可以很容易地测试出不同温度、压力条件下的沉淀量。
[0020] 本发明的目的还在于提供一种能用于上述方法的测定co2-地层水作用生产沉淀 量的装置。
[0021] 为达到上述目的，本发明首先提供了一种测定C02_地层水作用生产沉淀量的方 法，其包括以下步骤：
[0022] 在高压反应釜中倒入地层水，封闭好高压反应釜，将温度升高到设定温度，根据 C02在设定温度、第一预定升压压力值下的溶解度，注入足量的C02，使压力升高至第一预定 升压压力值，保持24h以上，在高压反应釜的中部取出适量溶液；
[0023] 再把压力升高到第二预定升压压力值，并保持24h以上，然后再从高压反应釜的 中部取出适量溶液；
[0024] 依次把压力升高到各个预定升压压力值，分别进行保持24h以上和在高压反应釜 的中部取出适量溶液的操作；
[0025] 然后再依次降压到各个预定降压压力值并分别进行保持24h以上和在高压反应 釜的中部取出适量溶液的操作；
[0026] 之后，在高压反应釜中倒入地层水，封闭好高压反应釜，根据C02在设定压力、第一 预定升温温度值下的溶解度，注入足量的C0 2，将压力升高到设定压力，并将高压反应釜的 温度升高至第一预定升温温度值，保持24h以上，在高压反应釜的中部取出适量溶液；
[0027] 再把温度升高到第二预定升温温度值，并保持24h以上，然后再从高压反应釜的 中部取出适量溶液；
[0028] 依次把温度升高到各个预定升温温度值，分别进行保持24h以上和在高压反应釜 的中部取出适量溶液的操作；
[0029] 然后再依次降温到各个预定降温温度值并分别进行保持24h以上和在高压反应 釜的中部取出适量溶液的操作；
[0030] 用盐酸溶液滴定每次取出的样品溶液，然后利用离子色谱仪检测每次取出的样品 溶液和初始地层水的离子浓度，利用初始地层水的离子浓度减去每次取出液体的离子浓 度，得到不同温度、压力条件下的离子浓度变化量，再根据沉淀物的分子量计算出沉淀物的 质量。
[0031] 在上述方法中，升压过程和降压过程中的预定升压压力值、预定降压压力值根据 需要进行选择即可，可以采用等差数列的形式，例如升压过程控制为5MPa、10MPa、15MPa、 20MPa、25MPa，降压过程控制为20MPa、15MPa、10MPa、5MPa、0. IMPa等。同时，相关的设定温 度也可以根据需要进行选择。在升压、降压过程中，每次升压或降压之后，均进行保持24h 以上以及在反应釜的中部取出适量溶液（能够满足离子色谱仪的检测即可）的操作，以得 到相应的样品溶液。优选地，在反应釜的中部取出的溶液的体积为10mL。
[0032] 在上述方法中，升温过程和降温过程中的预定升温温度值、预定降温温度值根 据需要进行选择即可，可以采用等差数列的形式，例如升温过程控制为20°C、3(TC、4(rC、 50°C、60°C、70°C、80°C、90°C、100°C，降温过程控制为 90°C、80°C、70°C、60°C、50°C、40°C、 30°C、20°C等。同时，相关的设定压力也可以根据需要进行选择。在升温、降温过程中，每次 升温或降温之后，均进行保持24h以上以及在反应釜的中部取出适量溶液（能够满足离子 色谱仪的检测即可）的操作，以得到相应的样品溶液。
[0033] 在上述方法中，优选地，还包括建立设定温度、压力、沉淀物的质量之间的关系曲 线的步骤。
[0034] 在上述方法中，优选地，利用离子色谱仪检测每次取出的样品溶液和初始地层水 的离子浓度主要为Ca2+浓度。
[0035] 在上述方法中，高压反应釜中加入的地层水能够满足测试需要，并留一定的空间 用来注入C0 2即可，优选地，所述地层水的加入量为200mL至所述高压反应釜容积的2/3。上 述高压反应釜的容积大于500mL就可以，容积范围优选为500-2000mL。
[0036] 根据本发明的具体实施方案，优选地，上述方法可以包括以下具体步骤：
[0037] 在高压反应釜中倒入地层水，封闭好高压反应釜，将温度升高到设定温度，根据 C02在高压反应釜中倒入地层水，封闭好高压反应釜，将温度升高到设定温度，根据C02在设 定温度、5MPa下的溶解度，注入足量的C0 2，使压力升高至5MPa，保持24h，在高压反应釜的 中部取出10mL溶液；
[0038] 再把压力升高到lOMPa，并保持24h，然后从高压反应釜的中部取出10mL溶液；
[0039] 依次把压力升高到15MPa、20MPa、25MPa，分别进行保持24h和在高压反应釜的中 部取出10mL溶液的操作；
[0040] 然后再依次降压到20MPa、15MPa、10MPa、5MPa、0. IMPa并分别进行保持24h和在高 压反应釜的中部取出10mL溶液的操作；
[0041] 之后，在高压反应釜中倒入地层水，封闭好高压反应釜，将压力升高到设定压力， 根据C0 2在设定压力、20°C下的溶解度，注入足量的C02，使压力升高至20°C，保持24h，在高 压反应釜的中部取出10mL溶液；
[0042] 再把压力升高到30°C，并保持24h，然后从高压反应釜的中部取出10mL溶液；
[0043] 依次把压力升高到401：、501：、601：、701：、801：、901：、1001：，分别进行保持2411 和在高压反应釜的中部取出10mL溶液的操作；
[0044] 然后再依次降压到90°C、80°C、70°C、60°C、50°C、40°C、30°C、20°C并分别进行保持 24h和在高压反应釜的中部取出lOmL溶液的操作；
[0045] 用盐酸溶液滴定每次取出的样品溶液，然后利用离子色谱仪检测每次取出的样品 溶液和初始地层水的离子浓度，利用初始地层水的离子浓度减去每次取出液体的离子浓 度，得到不同温度、压力条件下的离子浓度变化量，再根据沉淀物的分子量计算出沉淀物的 质量；
[0046] 建立设定温度、压力、沉淀物的质量之间的关系曲线。
[0047] 在上述方法中，所采用的盐酸溶液的浓度没有特殊的影响，总量足够即可，优选 地，所述盐酸溶液的浓度为l〇wt%左右。
[0048] 在C02驱替过程中，C02溶于高矿化度的地层水中，在温度、压力等条件发生变化 时，发生CaC0 3等沉淀，对储层物性和采收率造成影响，采用本发明提供的上述方法可以很 容易地测出不同温度、压力条件下的沉淀量，为定量研究温度和压力变化对沉淀量的影响 提供帮助。
[0049] 本发明还提供了一种用于测定C02-地层水作用生产沉淀量的装置，其包括回压缓 冲器、压力表、回压阀、试管、高压反应釜、回压泵，其中 ：
[0050] 所述回压缓冲器与所述回压阀连接，并且，二者的连接管路上设有压力表；
[0051] 所述回压阀还分别与所述试管和高压反应釜的顶部入口连接；
[0052] 所述高压反应釜的顶部设有一排空口，所述高压反应釜的底部出口与所述回压泵 连通。
[0053] 在上述装置中，高压反应釜用于提供高温高压反应空间，可以加温加压，维持一定 的温度和压力，是反应的主要场所。高压反应釜的温度范围可以为室温至180°C，压力范围 可以为0_70MPa。
[0054] 回压阀、回压缓冲器、回压泵和压力表组成一个回压控制系统，使取液时反应釜内 的压力不低于设定的压力。当反应釜内的压力低于设定压力时会自动停止出液，只有在反 应釜内的压力高于设定压力时才出液。回压阀是控制开关部件。回压缓冲器用于保持压力 稳定。回压泵用来提供压力，压力表观察压力。试管用来从高压反应釜的中部取出溶液和 测量取液量。
[0055] 采用本发明提供的上述方法和装置能够测定出各个温度和压力变化过程中的沉 淀量，建立温度、压力变化对储层物性的影响的定量关系，从而在〇) 2驱油过程中加入温度、 压力变化对储层物性的定量影响，使co2驱油过程中的参数优化研究更加准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0056] 图1为实施例1的用于测定C02-地层水作用生产沉淀量的装置的结构示意图。
[0057] 图2为CaC03沉淀量随压力升高和降低变化图。
[0058] 图3为CaC03沉淀量随温度升高和降低变化图。
[0059] 主要附图标号说明：
[0060] 回压缓冲器1压力表2回压阀3试管4高压反应荃5回压泵6
【具体实施方式】
[0061] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技 术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0062] 实施例1
[0063] 本实施例提供了一种用于测定C02-地层水作用生产沉淀量的装置，其结构如图1 所示，该装置包括回压缓冲器1、压力表2、回压阀3、试管4、高压反应釜5、回压泵6,其中：
[0064] 回压缓冲器1与回压阀3连接，并且，二者的连接管路上设有压力表2 ;
[0065] 回压阀3还分别与试管4和高压反应釜5的顶部入口连接；
[0066] 高压反应釜5的顶部设有一排空口，高压反应釜5的底部出口与回压泵6连通；
[0067] 并且，在该装置的适当位置还分别设有相应的阀门。
[0068] 实施例2
[0069] 本实施例提供了一种用于测定C02-地层水作用生产沉淀量的方法，其可以采用实 施例1提供的装置进行，该方法包括以下步骤：
[0070] 在高压反应釜中倒入CaCl2型地层水（请具体参数如表1所示）1L，封闭好反应 釜，将温度升高到30°C，注入500mL压力为5MPa的C0 2，以使压力达到5MPa，保持24h，在反 应釜的中部取出10mL溶液；
[0071] 再把压力升高到lOMPa，并维持压力，保持24h，然后再从反应釜的中部取出10mL 的溶液；依次把压力升高到15MPa、20MPa，重复进行保持24h和从反应釜的中部取出10mL 溶液的操作；
[0072] 然后再依次降压到15MPa、10MPa、5MPa、0. IMPa并取样；
[0073] 之后，在高压反应釜中倒入CaCl2型地层水1L，封闭好反应釜，注入C0 2，使压力升 高到lOMPa，同时，将温度升高到20°C，保持24h，在反应釜的中部取出10mL溶液；
[0074] 再把温度依次升高到 30°C、40°C、50°C、60°C、70°C、80°C、90°C、100°C，重复进行保 持24h和从反应釜的中部取出lOmL溶液的操作；
[0075] 然后再依次降温到 90°〇、801：、701：、601：、501：、401：、301：、201：并取样；
[0076] 用盐酸溶液滴定每个样品溶液，然后利用离子色谱仪测每次取出的液体和初始地 层水的Ca 2+浓度，利用初始地层水的Ca2+浓度减去每次取出液体的Ca2+浓度，得到不同温 度、压力条件下Ca 2+浓度的变化量（不同压力下地层水Ca2+浓度和CaC03沉淀量如表2所 示，升温过程中地层水Ca 2+浓度和CaC03沉淀量如表3所示，降温过程中地层水Ca2+浓度和 CaC03沉淀量如表4所示），再根据沉淀物的分子量计算出CaC03质量；
[0077] 建立温度、压力和CaC03沉淀量（质量）的关系曲线，其中，CaC03沉淀量随压力升 高和降低变化图如图2所示，CaC03沉淀量随温度升高和降低变化图如图3所示。
[0078] 表1地层水的相关参数
[0079]
【权利要求】
1. 一种测定二氧化碳-地层水作用生产沉淀量的方法，其包括以下步骤： 在高压反应釜中倒入地层水，封闭好高压反应釜，将温度升高到设定温度，根据co2在 设定温度、第一预定升压压力值下的溶解度，注入足量的co2，使压力升高至第一预定升压 压力值，保持24h以上，在高压反应釜的中部取出适量溶液； 再把压力升高到第二预定升压压力值，并保持24h以上，然后再从高压反应釜的中部 取出适量溶液； 依次把压力升高到各个预定升压压力值，分别进行保持24h以上和在高压反应釜的中 部取出适量溶液的操作； 然后再依次降压到各个预定降压压力值并分别进行保持24h以上和在高压反应釜的 中部取出适量溶液的操作； 之后，在高压反应釜中倒入地层水，封闭好高压反应釜，根据C02在设定压力、第一预定 升温温度值下的溶解度，注入足量的C02，将压力升高到设定压力，并将高压反应釜的温度 升高至第一预定升温温度值，保持24h以上，在高压反应釜的中部取出适量溶液； 再把温度升高到第二预定升温温度值，并保持24h以上，然后再从高压反应釜的中部 取出适量溶液； 依次把温度升高到各个预定升温温度值，分别进行保持24h以上和在高压反应釜的中 部取出适量溶液的操作； 然后再依次降温到各个预定降温温度值并分别进行保持24h以上和在高压反应釜的 中部取出适量溶液的操作； 用盐酸溶液滴定每次取出的样品溶液，然后利用离子色谱仪检测每次取出的样品溶液 和初始地层水的离子浓度，利用初始地层水的离子浓度减去每次取出液体的离子浓度，得 到不同温度、压力条件下的离子浓度变化量，再根据沉淀物的分子量计算出沉淀物的质量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括以下步骤： 建立设定温度、压力、沉淀物的质量之间的关系曲线。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，利用离子色谱仪检测每次取出的样品溶液和初 始地层水的离子浓度为Ca2+浓度。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述地层水的加入量为200mL至所述高压反应釜 容积的2/3,优选地，所述高压反应釜的容积为500-2000mL。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，在高压反应釜的中部取出的溶液的体积为10mL。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，该方法包括以下步骤： 在高压反应釜中倒入地层水，封闭好高压反应釜，将温度升高到设定温度，根据C02在 设定温度、5MPa下的溶解度，注入足量的C02，使压力升高至5MPa，保持24h，在高压反应釜 的中部取出10mL溶液； 再把压力升高到lOMPa，并保持24h，然后从高压反应釜的中部取出10mL溶液； 依次把压力升高到15MPa、20MPa、25MPa，分别进行保持24h和在高压反应釜的中部取 出10mL溶液的操作； 然后再依次降压到20MPa、15MPa、10MPa、5MPa、0. IMPa并分别进行保持24h和在高压反 应釜的中部取出10mL溶液的操作； 之后，在高压反应釜中倒入地层水，封闭好高压反应釜，将压力升高到设定压力，根据 C02在设定压力、20°C下的溶解度，注入足量的C02，使压力升高至20°C，保持24h，在高压反 应釜的中部取出10mL溶液； 再把压力升高到30°C，并保持24h，然后从高压反应釜的中部取出10mL溶液； 依次把压力升高到40°C、50°C、60°C、70°C、80°C、90°C、100°C，分别进行保持24h和在 高压反应釜的中部取出lOmL溶液的操作； 然后再依次降压到90°C、80°C、70°C、60°C、50°C、40°C、30°C、20°C并分别进行保持24h 和在高压反应釜的中部取出lOmL溶液的操作； 用盐酸溶液滴定每次取出的样品溶液，然后利用离子色谱仪检测每次取出的样品溶 液和初始地层水的离子浓度，利用初始地层水的离子浓度减去每次取出液体的离子浓度， 得到不同温度、压力条件下的离子浓度变化量，再根据沉淀物的分子量计算出沉淀物的质 量； 建立设定温度、压力、沉淀物的质量之间的关系曲线。
7. 根据权利要求1或6所述的方法，其中，所述盐酸溶液的浓度为10wt%。
8. -种用于测定二氧化碳-地层水作用生产沉淀量的装置，其包括回压缓冲器、压力 表、回压阀、试管、高压反应釜、回压泵，其中 ： 所述回压缓冲器与所述回压阀连接，并且，二者的连接管路上设有压力表； 所述回压阀还分别与所述试管和高压反应釜的顶部入口连接； 所述高压反应釜的顶部设有一排空口，所述高压反应釜的底部出口与所述回压泵连 通。
【文档编号】G01N31/02GK104155405SQ201410394830
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】赵东锋, 廖新维, 赵晓亮, 殷丹丹 申请人:中国石油大学(北京)