2實(shí)驗(yàn)方法步驟

2.1孔隙度測試

測試步驟如下：（1）將巖心在烘箱（溫度設(shè)為105°C）中烘干12h,12h以后迅速稱量巖心干重，記為m0.（2）將巖心放在夾持器中，用真空泵對其抽真空5h以上。（3）對巖心逐級加壓注蒸餾水進(jìn)行飽和，并最終在40°C18MPa下飽和12h以上，然后稱量巖心的飽和重，記為m1.（4）根據(jù)下式計(jì)算巖心孔隙度：

δ=(m1-m0)/ρV（1）

式中：δ為巖心的孔隙度；m0為巖心干重，單位為g;m1為巖心飽和重，單位為g;ρ為巖心中水的密度（實(shí)驗(yàn)條件下），單位為g/ml;V為巖心體積，單位為ml.

2.2殘余氣飽和度測試

測試步驟如下：（1）據(jù)Liu等測定的CO2在各溶液（質(zhì)量濃度為10%）中的溶解度，分別配置飽和CO2的驅(qū)替液。（2）將已測孔隙度的巖心放入巖心夾持器中，用超臨界CO2飽和，并通過回環(huán)壓控制系統(tǒng)將回壓控制在10MPa,環(huán)壓控制在20MPa;通過恒溫箱將系統(tǒng)溫度控制在40°C,維持8h以上，確保巖心、驅(qū)替液、CO2溫度均達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度。（3）以恒定的1ml/min流速將飽和CO2的驅(qū)替液注入巖心，進(jìn)行水驅(qū)替CO2實(shí)驗(yàn)，記錄上、下流壓力及出氣量。（4）待氣體流量計(jì)的讀數(shù)變?yōu)?,迅速切換至排水法測定氣體流量系統(tǒng)，并每隔1min記錄一次讀數(shù)。（5）當(dāng)有液體流出后，記錄出水時(shí)間，并改為5min記錄一次讀數(shù)，每隔15min取一次液體樣，分別用NaOH溶液和HCl溶液滴定，并記錄消耗滴定液的體積量。（6）待到排出水的速率和消耗的滴定液體積達(dá)到穩(wěn)定后，停止注水，關(guān)閉巖心夾持器出口端、入口端閥門，撤掉回、環(huán)壓，清洗巖心，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。（7）根據(jù)下式計(jì)算殘余CO2飽和度：

Sgr=V3/δV（2）

式中：Sgr為地下水回流后被束縛在巖石孔隙中的殘余氣飽和度；V3為殘留在巖石孔隙中的CO2體積（實(shí)驗(yàn)條件下），單位為ml;δ為巖心的孔隙度；V為巖心體積，單位為ml.

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3.1巖心夾持器入口、出口壓力的變化特征

雖然在實(shí)驗(yàn)開始前,會通過回壓控制裝置將壓設(shè)置在10 MPa,但是在實(shí)驗(yàn)過程中巖心夾持度的巖心放器的人口、出口壓力會出現(xiàn)波動。通過實(shí)驗(yàn)得到通過回巖心夾持器人口、出口壓力及二者壓力差的變化

由壓力曲線的變化,可以發(fā)現(xiàn),入口、出口溫度均達(dá)到壓力剛開始都迅速升高,然后趨于平緩,總體呈飽微上升趨勢，最終都趨于穩(wěn)定。因?yàn)閹r心夾持器口端回壓設(shè)置為10MPa，即只有在出口壓力超0MPa時(shí)，CO2氣體才能流出。驅(qū)替開始階段力在巖心夾持器內(nèi)聚集，所以入口、出口壓力剛開始都迅速升高。因?yàn)閹r心孔隙十分曲折復(fù)雜，驅(qū)替液對巖石孔隙中CO2的作用力極不穩(wěn)定，所以出口端的出氣速率是劇烈變化的。而入口端是均勻的氣液混合相通過，因此入口壓力波動都比較平緩。而出口端出氣速率不穩(wěn)定，所以出口壓力的波動都較為劇烈。

入口和出口的壓力差總體上隨時(shí)間趨于穩(wěn)定，但中間會隨著出口端壓力的波動而波動。壓力差隨時(shí)間的變化以驅(qū)替液突破巖心的時(shí)間為分界點(diǎn):驅(qū)替液突破巖心前，壓力差波動相對較為劇烈(活塞式驅(qū)替階段);驅(qū)替液突破巖心后，壓力差趨于穩(wěn)定(攜帶式驅(qū)替階段)。因?yàn)轵?qū)替液突破巖心后，從巖心中驅(qū)替出的CO2氣體大為減少，這部分CO2氣體對出口端壓力的影響極小，所以驅(qū)替液突破巖心后，壓力差趨于穩(wěn)定。

3.2CO2流量隨時(shí)間的變化特征

在驅(qū)替實(shí)驗(yàn)開始后，驅(qū)替出來的CO2氣體流量也是隨時(shí)間變化的。實(shí)驗(yàn)得到的CO2流量隨時(shí)間的變化如圖6到圖9所示。

由CO2流量曲線可以發(fā)現(xiàn)，以驅(qū)替液突破巖心為分界點(diǎn)，也可以將CO2流量隨時(shí)間變化劃分為兩個(gè)階段:驅(qū)替液突破巖心前，CO2流量隨時(shí)間都發(fā)生較大的波動(活塞式驅(qū)替階段);驅(qū)替液突破巖心后，CO2氣體流量迅速減少，并且最終趨于一個(gè)穩(wěn)定值，CO2流量曲線幾乎不再波動帶式驅(qū)替階段)。因?yàn)榛钊津?qū)替階段中驅(qū)替出的CO2速率是劇烈變化的，所以CO2流量隨時(shí)間發(fā)生了較大的波動。這一穩(wěn)定值的出現(xiàn)，是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)開始一段時(shí)間后，巖心中可被驅(qū)替的超臨界CO2已被完全驅(qū)替，巖心中只剩下被毛細(xì)力所束縛的CO2。驅(qū)替液流出后，由于溫度和壓力的降低，本來溶解在驅(qū)替液中的CO2散逸出來，而驅(qū)替液初始溶解的CO2量是一定的，散逸出的CO2也是一定的，所以CO2氣體流量最終趨于穩(wěn)定。對比圖6一圖9發(fā)現(xiàn)，10%NaCl和10%CaCl2溶液驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的CO2流量曲線隨時(shí)間波動最為劇烈，混合溶液次之，波動最小的是蒸餾水驅(qū)替實(shí)液驗(yàn)的CO2流量曲線。

與圖2一圖4的壓力變化圖相比較發(fā)現(xiàn)，出口端與入口端之間壓力差隨時(shí)間的變化，與CO2流量隨時(shí)間的變化有著很好的對應(yīng)關(guān)系:壓力差曲分線為波峰處，對應(yīng)的流量曲線也是波峰，波谷以力及平緩段也對應(yīng)很好。