含油、水多孔介质中CO2扩散传质过程研究

The method of injecting CO2 into depleted or low permeability reservoirs is an effective way for enhanced oil recovery and greenhouse gas geological storage. In order to effectively evaluate CO2 flooding efficiency and underground storage safety, it's necessary to study the process of CO2 diffusion and mass transfer in porous media saturated with oil and water. In this study, magnetic resonance imaging (MRI) is used to visualized and quantitative analyze the parameters in porous media, such as porosity, permeability and saturation. A digital core model is established which can accurately describe the pore structure of porous media. Then according to magnetic suspension balance and MRI technology, the dual-chamber pressure decay method is used to dynamically visualize the CO2 diffusion and mass transfer prosess in porous media saturated with oil and water, and obtain the fluid distribution images of proton density, longitudinal relaxation time, transverse relaxation time and apparent diffusion coefficient at different locations and time within the porous media. Through the analysis of experiment results, we obtain the relations of CO2 dissolved volume with the solution density, concentration, volume expansion coefficient, relaxation time and the diffusion coefficient. The impact factors of temperature, pressure, microstructure of porous media and fluid physical properties on CO2 diffusion are analyzed. And the physics and mathematics model is derived to describe the process of CO2 diffusion in porous media saturated with oil and water, which reveals the characteristics of CO2 diffusion and mass transfer process.

将CO2注入枯竭或低渗透油藏是实现提高采收率及解决温室气体地质埋存的有效方法，为了有效评价CO2驱油效率及地质埋存的安全性，必须对含油、水多孔介质中CO2扩散传质过程进行深入研究。本研究应用磁共振成像（MRI）技术对多孔介质孔隙度、渗透率、饱和度等参数实现可视化及量化分析，建立准确描述多孔介质孔隙结构的数字岩心模型；采用磁悬浮天平与MRI技术结合的双室压力衰减法对含油、水多孔介质中CO2扩散传质过程进行动态可视化检测，得到不同时刻、多孔介质中不同位置所赋存的流体的质子密度、纵向弛豫时间、横向弛豫时间及表观扩散系数分布图像，通过分析得到CO2溶解量与溶液密度、浓度、体积膨胀系数、弛豫时间、扩散系数的变化关系；对温度、压力、孔隙介质微观结构及流体物性等因素对CO2扩散过程的影响进行分析；在此基础上建立描述含油、水多孔介质中CO2扩散过程的物理与数学模型，从而揭示CO2扩散传质过程规律。

将CO2注入枯竭或低渗透油藏是实现提高采收率及解决温室气体地质埋存的有效方法，为了有效评价CO2驱油效率及地质埋存的安全性，必须对含油、水多孔介质中CO2扩散传质过程进行深入研究。本研究提出了一种应用MRI技术研究气体扩散规律的新的研究方法，开发了一套将MRI法与压力衰减法（PVT法）相结合的实验系统，该实验系统在监测系统压力的同时可实现气体扩散全过程的可视化，从而可对扩散过程进行全面、准确的分析。 .研究了CO2在正十六烷、正癸烷纯溶液中的扩散规律以及CO2在正十六烷、水饱和多孔介质中的扩散规律。将MRI法实验结果与PVT法实验结果相对比，二者吻合很好，说明MRI法测试气体扩散系数是可行的。通过对扩散过程的MR图像分析，发现了气体扩散系数与扩散时间和距离的指数关系。 .基于菲克第二定律提出了测试气体扩散系数的核磁纵向弛豫时间（T1）法，研究了不同CO2浓度的正十六烷的纵向弛豫特性。研究发现，在纯溶液和饱和多孔介质体系，正十六烷的T1值均随CO2浓度的增加呈指数增加。该方法只需测试T1值即可得出气体扩散系数，对现场油、气传质特性研究具有重要的借鉴意义。.另外，提出一种利用MRI技术快速测量气-液整体扩散系数的方法，该方法比传统的压力衰减法节省90%以上的测量时间。