測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于非常規(guī)油氣增產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種快速測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置及方法。該測量裝置包括儲罐、緩沖罐、萃取容器、收集容器；儲罐通過第一管線與緩沖罐的入口相連，緩沖罐的出口通過第二管線與萃取容器的入口相連，萃取容器的出口通過第三管線與收集容器的入口相連，收集容器的出口通過第四管線與大氣連通；萃取容器中放置密封玻璃樣品管，密封玻璃樣品管內(nèi)置聚合物樣品或者內(nèi)標物。本發(fā)明可以同時測量多種聚合物在超臨界二氧化碳中的溶解度，測量速度快，有利于加速發(fā)現(xiàn)新的溶于超臨界二氧化碳的聚合物，用于評價用作增粘劑的聚合物在超臨界二氧化碳壓裂液中的溶解性，為超臨界二氧化碳壓裂液增粘研究提供技術(shù)支撐。
【專利說明】測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非常規(guī)油氣增產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種快速測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置及方法，用于研究用作增粘劑的聚合物在超臨界二氧化碳壓裂液中的溶解性。
【背景技術(shù)】
[0002]超臨界二氧化碳(SC-CO2)壓裂是一種新型的非常規(guī)油氣藏儲層改造技術(shù)，具有常規(guī)水力壓裂技術(shù)不可比擬的一系列優(yōu)勢:對儲層和環(huán)境無污染，造縫能力強，易返排，能夠改善近井地帶的油氣滲流通道，還可驅(qū)替游離態(tài)甲烷和置換吸附態(tài)甲烷，提高油氣采收率，同時可以節(jié)約大量水資源。因此，超臨界二氧化碳壓裂是提高非常規(guī)油氣儲層導(dǎo)流能力，實現(xiàn)非常規(guī)油氣資源商業(yè)開采的重要手段。但是，超臨界二氧化碳具有粘度低、攜砂能力差的缺點。要實現(xiàn)超臨界二氧化碳的加砂壓裂，必須采取增粘措施來提高其攜砂能力。增粘的有效途徑是向超臨界二氧化碳中添加聚合物增粘劑，將超臨界二氧化碳與聚合物增粘劑混合用作壓裂液。
[0003]超臨界二氧化碳是非極性分子，對聚合物而言是一種弱溶劑。進行增粘劑評價、優(yōu)選，首先要測量聚合物在超臨界二氧化碳中的溶解度。測量聚合物在超臨界流體中溶解度的傳統(tǒng)方法是濁點測量，這涉及到使用可變?nèi)莘e的視圖單元格。該技術(shù)并不適合快速測量溶解度，并且對于大量材料庫的使用也是不切實際的。須尋找一種能夠快速測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的方法，以利于加速發(fā)現(xiàn)新的溶于超臨界二氧化碳的聚合物，為超臨界二氧化碳壓裂液增粘研究提供技術(shù)支撐。目前國內(nèi)尚未有此方面報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置及方法，用于快速測量用作增粘劑的聚合物在超臨界二氧化碳壓裂液中的溶解度，為超臨界二氧化碳壓裂液增粘研究提供技術(shù)支撐。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下:
[0006]一種測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置，包括:儲罐、緩沖罐、萃取容器、收集容器；緩沖罐上設(shè)有入口、出口 ；萃取容器的底部設(shè)有入口、頂部設(shè)有出口 ；收集容器上設(shè)有入口、出口 ；儲罐通過第一管線與緩沖罐的入口相連，緩沖罐的出口通過第二管線與萃取容器的入口相連，萃取容器的出口通過第三管線與收集容器的入口相連，收集容器的出口通過第四管線與大氣連通；第一管線上安裝有第一針閥和真空泵，真空泵位于第一針閥與緩沖罐的入口之間；第二管線上安裝有注射泵；萃取容器中放置密封玻璃樣品管，密封玻璃樣品管內(nèi)置聚合物樣品或者內(nèi)標物；第三管線上從萃取容器的出口至收集容器的入口方向依次安裝有流量計、第二針閥、回壓閥，回壓閥上連接有壓力發(fā)生裝置。
[0007]優(yōu)選地，萃取容器上安裝有第一溫度傳感器、第一壓力傳感器，萃取容器和收集容器置于溫控裝置內(nèi)。[0008]優(yōu)選地，收集容器上安裝有第二溫度傳感器、第二壓力傳感器。
[0009]優(yōu)選地，第四管線上安裝有第三針閥。
[0010]優(yōu)選地，密封玻璃樣品管包括玻璃管、雙層密封膜，玻璃管兩端開口，玻璃管內(nèi)可放入試劑，試劑為不同種類的聚合物樣品或內(nèi)標物；玻璃管內(nèi)放入聚合物樣品或內(nèi)標物后，兩端開口處均用雙層密封膜密封。
[0011]優(yōu)選地，雙層密封膜采用聚四氟乙烯密封膜；第三管線外敷保溫夾層，用于保溫。
[0012]優(yōu)選地，內(nèi)標物采用小分子材料，如偶氮二異丁腈。
[0013]測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的方法，采用如上所述的實驗裝置，其特征在于，包括如下步驟:
[0014](I)、稱重聚合物樣品和內(nèi)標物
[0015]準確稱取一定質(zhì)量的聚合物樣品，放入密封玻璃樣品管中；準確稱取一定質(zhì)量公知二氧化碳溶解度的內(nèi)標物放入另一密封玻璃樣品管中；
[0016](2)、利用超臨界二氧化碳萃取聚合物樣品和內(nèi)標物
[0017]調(diào)節(jié)第一針閥、第三針閥處于關(guān)閉狀態(tài)，第二針閥處于打開狀態(tài)，注射泵處于未啟動狀態(tài)，將裝有聚合物樣品的密封玻璃樣品管和裝有內(nèi)標物的密封玻璃樣品管放入萃取容器中，利用真空泵排除實驗管路中的空氣；
[0018]調(diào)節(jié)溫控裝置，將 萃取容器和收集容器的溫度調(diào)節(jié)為設(shè)定萃取溫度；關(guān)閉真空泵和第二針閥，打開第一針閥， 啟動注射泵，將注射泵的注入流量調(diào)節(jié)為設(shè)定萃取流量，使二氧化碳由儲罐流出，經(jīng)緩沖罐 注入到萃取容器內(nèi)，對聚合物樣品和內(nèi)標物進行萃??；將壓力發(fā)生裝置的壓力調(diào)節(jié)為實驗設(shè)定萃取壓力；
[0019]當?shù)谝粔毫鞲衅鞯淖x數(shù)達到實驗設(shè)定的萃取壓力后，打開第二針閥，萃取了聚合物樣品和內(nèi)標物的超臨界二氧化碳便由萃取容器流入收集容器，使萃取容器內(nèi)的壓力保持恒定，從而使超臨界二氧化碳在恒定的溫度、壓力和流量下萃取聚合物樣品和內(nèi)標物；
[0020]萃取時間達到設(shè)定的時間后，關(guān)閉第一針閥和注射泵，通過計算機將壓力發(fā)生裝置的壓力勻速降至常壓，使萃取容器內(nèi)的二氧化碳緩慢排入收集容器，當?shù)谝粔毫鞲衅鞯淖x數(shù)降至常壓后關(guān)閉第二針閥，打開萃取容器，將裝有聚合物樣品的密封玻璃樣品管和裝有內(nèi)標物的密封玻璃樣品管取出；
[0021]調(diào)節(jié)溫控裝置，降低收集容器內(nèi)的溫度，使收集容器內(nèi)的二氧化碳成為氣態(tài)，聚合物樣品和內(nèi)標物便從二氧化碳中析出；靜置5分鐘后，打開第三針閥，使收集容器內(nèi)的氣態(tài)二氧化碳通過第四管線排入大氣，而析出的聚合物樣品和內(nèi)標物則留存于收集容器中；
[0022](3)、再稱重聚合物樣品和內(nèi)標物，計算聚合物樣品和內(nèi)標物的萃取率
[0023]將從萃取容器內(nèi)取出的裝有聚合物樣品的密封玻璃樣品管和裝有內(nèi)標物的密封玻璃樣品管充分干燥，然后分別重新稱量聚合物樣品和內(nèi)標物的質(zhì)量，計算聚合物樣品和內(nèi)標物的萃取率:
【權(quán)利要求】
1.一種測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置，包括:儲罐、緩沖罐、萃取容器、收集容器；其特征在于:緩沖罐上設(shè)有入口、出口 ；萃取容器的底部設(shè)有入口、頂部設(shè)有出口 ；收集容器上設(shè)有入口、出口 ；儲罐通過第一管線與緩沖罐的入口相連，緩沖罐的出口通過第二管線與萃取容器的入口相連，萃取容器的出口通過第三管線與收集容器的入口相連，收集容器的出口通過第四管線與大氣連通；第一管線上安裝有第一針閥和真空泵，真空泵位于第一針閥與緩沖罐的入口之間；第二管線上安裝有注射泵；萃取容器中放置密封玻璃樣品管，密封玻璃樣品管內(nèi)置聚合物樣品或者內(nèi)標物；第三管線上從萃取容器的出口至收集容器的入口方向依次安裝有流量計、第二針閥、回壓閥，回壓閥上連接有壓力發(fā)生裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置，其特征在于:萃取容器上安裝有第一溫度傳感器、第一壓力傳感器，萃取容器和收集容器置于溫控裝置內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置，其特征在于:收集容器上安裝有第二溫度傳感器、第二壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置，其特征在于:第四管線上安裝有第三針閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置，其特征在于:密封玻璃樣品管包括玻璃管、雙層密封膜，玻璃管兩端開口，玻璃管內(nèi)可放入試劑，試劑為不同種類的聚合物樣品或內(nèi)標物；玻璃管內(nèi)放入聚合物樣品或內(nèi)標物后，兩端開口處均用雙層密封膜密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置，其特征在于:雙層密封膜采用聚四氟乙烯密封膜；第三管線外敷保溫夾層，用于保溫。`
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的裝置，其特征在于:內(nèi)標物采用小分子材料，如偶氮二異丁腈。
8.測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的方法，采用權(quán)利要求1-7所述的實驗裝置，其特征在于，包括如下步驟: (1)、稱重聚合物樣品和內(nèi)標物 準確稱取一定質(zhì)量的聚合物樣品，放入密封玻璃樣品管中；準確稱取一定質(zhì)量公知二氧化碳溶解度的內(nèi)標物放入另一密封玻璃樣品管中； (2)、利用超臨界二氧化碳萃取聚合物樣品和內(nèi)標物 調(diào)節(jié)第一針閥、第三針閥處于關(guān)閉狀態(tài)，第二針閥處于打開狀態(tài)，注射泵處于未啟動狀態(tài)，將裝有聚合物樣品的密封玻璃樣品管和裝有內(nèi)標物的密封玻璃樣品管放入萃取容器中，利用真空泵排除實驗管路中的空氣； 調(diào)節(jié)溫控裝置，將萃取容器和收集容器的溫度調(diào)節(jié)為設(shè)定萃取溫度；關(guān)閉真空泵和第二針閥，打開第一針閥，啟動注射泵，將注射泵的注入流量調(diào)節(jié)為設(shè)定萃取流量，使二氧化碳由儲罐流出，經(jīng)緩沖罐注入到萃取容器內(nèi)，對聚合物樣品和內(nèi)標物進行萃??；將壓力發(fā)生裝置的壓力調(diào)節(jié)為實驗設(shè)定萃取壓力； 當?shù)谝粔毫鞲衅鞯淖x數(shù)達到實驗設(shè)定的萃取壓力后，打開第二針閥，萃取了聚合物樣品和內(nèi)標物的超臨界二氧化碳便由萃取容器流入收集容器，使萃取容器內(nèi)的壓力保持恒定，從而使超臨界二氧化碳在恒定的溫度、壓力和流量下萃取聚合物樣品和內(nèi)標物； 萃取時間達到設(shè)定的時間后，關(guān)閉第一針閥和注射泵，通過計算機將壓力發(fā)生裝置的壓力勻速降至常壓，使萃取容器內(nèi)的二氧化碳緩慢排入收集容器，當?shù)谝粔毫鞲衅鞯淖x數(shù)降至常壓后關(guān)閉第二針閥，打開萃取容器，將裝有聚合物樣品的密封玻璃樣品管和裝有內(nèi)標物的密封玻璃樣品管取出； 調(diào)節(jié)溫控裝置，降低收集容器內(nèi)的溫度，使集容器內(nèi)的二氧化碳成為氣態(tài)，聚合物樣品和內(nèi)標物便從二氧化碳中析出；靜置5分鐘后，打開第三針閥，使收集容器內(nèi)的氣態(tài)二氧化碳通過第四管線排入大氣，而析出的聚合物樣品和內(nèi)標物則留存于收集容器中； (3)、再稱重聚合物樣品和內(nèi)標物，計算聚合物樣品和內(nèi)標物的萃取率 將從萃取容器內(nèi)取出的裝有聚合物樣品的密封玻璃樣品管和裝有內(nèi)標物的密封玻璃樣品管充分干燥，然后分別重新稱量聚合物樣品和內(nèi)標物的質(zhì)量，計算聚合物樣品和內(nèi)標物的萃取率:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的方法，其特征在于:通過改變設(shè)定的萃取溫度和萃取壓力，可以研究不同壓力、溫度條件下聚合物在超臨界二氧化碳中的溶解度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8-9所述的測量聚合物在超臨界二氧化碳中溶解度的方法，其特征在于:萃取前向萃取容器內(nèi)加入多根裝有質(zhì)量相同聚合物樣品的密封玻璃樣品管和多根裝有質(zhì)量相同內(nèi)標物的密封玻璃樣品管，萃取完成后將再稱重的質(zhì)量取平均值，根據(jù)平均值計算萃取率，可以減小誤差:

【文檔編號】G01N5/04GK103512826SQ201310488756
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】孫文超, 孫寶江, 王凌霄, 范志 申請人:中國石油大學(xué)(華東)