油藏条件下二甲醚-烃类体系相平衡及黏/密度实验与理论研究

Dimethyl ether enhanced waterflooding (DEW) is considered as a novel and promising technology for enhanced oil recovery. The application of DEW technology is based on the accurate thermophysical properties of dimethyl ether with crude oil (or its pure components) mixtures. However, to the best of our knowledge, the research on its properties is still limited in the literature. In this project, the experimental and theoretical investigations on phase equilibria, viscosity and density for binary mixtures of dimethyl ether and hydrocarbons at reservior conditions will be carried out. A new synthetic apparatus with variable-volume view cell to measure high-pressure phase behavior will be constructed. The high-pressure phase behavior, viscosity and density of dimethyl ether with hydrocarbons (including different n-alkanes, cyclic and aromatics) will be measured using the new phase equilibria apparatus and the existed falling-body viscometer and vibrating-tube densimeter in our laboratory. In addition, in order to establish the theoretical model to calculate the phase equilibria, viscosity and density of dimethyl ether/hydrocarbon mixtures, suitable mixing rules will be proposed in this project. At the same time, we will try to seek the relationship between the mixture properties and the carbon numbers in the hydrocarbons. The results of this project will not only provide fundamental experimental data and prediction model for the further investigation of dimethyl ether enhanced waterflooding technology, but also assist researchers to further understand the thermodynamic characteristics of dimethyl ether/hydrocarbon mixtures.

二甲醚强化水驱采油被认为是一种非常有潜力的提高原油采收率新技术。准确的二甲醚/原油（或其纯组分）混合物的热物理性质是该技术应用的基础，然而目前国内外对其研究十分有限。本项目拟采用实验和理论相结合的方法，对油藏条件下二甲醚/烃类混合物的相平衡、黏度和密度等性质展开研究。实验方面，在建立基于变容积平衡釜的合成法高压相平衡实验系统的基础上，结合实验室已有的落体法黏度和振动法密度实验装置，获得二甲醚与烃类（包括烷烃、环烷烃或芳香烃）混合物的高压相平衡、黏度和密度高精度的实验数据。理论方面，通过构建适用于二甲醚/烃类混合物的合适的混合法则，寻求烃类物质中碳原子数对混合物性质的影响规律，建立能够推算二甲醚-烃类体系相平衡、黏度和密度的理论模型。本项目所得结论可为二甲醚强化水驱采油技术的进一步研究提供基础的物性数据和预测模型，也有助于人们深入了解二甲醚/烃类这一典型二元体系的热力学特征。

由于二甲醚黏度低、无毒、不易氧化、与烃类物质完全互溶、在水中有较高的溶解度等优良的物化性质，其与原油接触后可以有效地降低原油的黏性，增强其流动性。因此，二甲醚强化水驱采油被认为是一种非常有潜力的提高原油采收率的新技术，而准确的二甲醚/原油混合物的热物理性质是该技术应用的基础。原油是一个复杂的多组分体系，主要成分是各种烷烃、环烷烃和芳香烃等。然而目前国内外对二甲醚/烃类物质、烃类混合物等相平衡、黏度和密度等物性的研究十分有限。基于此，本项目通过搭建或改进相平衡、黏度和密度实验系统，开展二甲醚与烃类混合物的相关物性测试和理论模型研究，所得结论可为未来二甲醚强化水驱采油技术的工程应用提供基础的物性数据。本项目的主要研究成果如下：.1）搭建了高精度的高压相平衡和双毛细管高压黏度实验系统（测温范围273.15~373.15 K、压力~15 MPa），改进了实验室原有的振动管法密度和落体法黏度实验系统（测温范围253.15~373.15 K、压力~100 MPa）。.2）对二甲醚与三十烷、二十烷、十八烷、十六烷等烷烃类物质的相平衡进行了实验研究，获得了高精度的相平衡数据。测量了二甲醚与三十烷、异丁烷与三十烷、癸烷与邻二甲苯等醚/烷烃、烷烃/芳香烃类混合物的黏度和密度。所测量的相平衡、黏度和密度实验数据的不确定度分别小于3%、5%和1%。.3）对自由体积理论黏度模型进行了深入的研究，以38种不同的脂肪酸酯为研究对象，获得了模型系数随碳原子数的变化规律。对Eyring-NRTL黏度模型进行了改进，建立了CO2/癸烷，CO2/十四烷，CO2/十八烷，CO2/三十烷等混合物的黏度模型，并分析了vdW、van Laar、RK、MHV1等不同混合法则对模型计算精度的影响，获得了较好的混合法则。