本发明涉及一种基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置及方法，属于非常规油藏开采。
背景技术：
1、随着非常规油气的大规模开采，co2驱油技术在非常规油藏开采领域的应用越来越重要。co2混相驱可以和原油形成一相，大大提高原油流动性，具有活塞驱动的特点，因此具有较高的采收率。但我国原油由于沉积环境及成藏条件差等原因，具有原油黏度高、密度高、重质组分多等特点，在实际开发中往往表现出较高的混相压力，难以达到混相驱的条件。近年来，气溶性化学剂的出现为co2混相驱的大规模推广提供了可能条件。
2、气溶性化学剂是一种具有亲油-亲co2两亲结构的小分子化学剂。其可以作用于co2-原油界面处，消除相界面，大大降低混相压力，从而使co2与原油在较低压力下实现混相。气溶性化学剂能否成功降低混相压力的前提条件是其需要通过co2携带到地层中，因此需要其在co2中具有较好的溶解度。但是由于涉及到高温高压环境，并且是在气体溶剂中，目前并没有严格的测量气溶性化学剂在co2中溶解度的方法。
3、目前研究中出现了一些测量溶解度的方法，例如，文章中提到溶解度的表示方法是在一定量co2中加入一定量的化学剂，通过加压使其形成清澈透明的一相，然后对整个体系进行降压，当体系出现浑浊时，记录此时浊点压力，通过浊点压力的高低评判溶解度的大小，但该方法只是定性的评价化学剂在co2中的溶解性，并不能说明具体溶解到co2中的化学剂的量，并且并不能确定加入的化学剂是否百分百溶解于co2中。这也是目前研究中用的最多的方法之一。此外还有通过取样法计算溶解度，取可视釜中溶解的co2-化学剂体系，使其通过共溶剂，利用共溶剂吸收co2中的化学剂，并利用分光光度计计算共溶剂中化学剂的量，而co2的量通过气体流量计计算，最终得到溶解度。但此法所取样品是否具有代表性，并且通过流量计计量co2时，由于气体是高压状态下排出，co2是否还溶解有化学剂，而共溶剂能否完全吸收化学剂，这都是造成误差的重要因素。
4、因此现在亟需一种能够准确测量高温高压状态下co2中化学剂溶解度的实验方法及装置。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，根据气溶性化学剂为手性分子的属性，利用其可以使光线发生偏转的特点，本发明提供一种基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置及方法，该方法能够准确、快速、低成本的测量一定温度、压力下的化学剂在co2中的溶解度。
2、本发明采用以下技术方案：
3、一方面，本发明提供一种基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置，包括加压模块、微量泵入模块、旋光度测量模块和数据记录模块；所述加压模块包括中间容器a、co2气瓶、手摇泵和isco泵，co2气瓶通过六通阀a连接中间容器a，用于为中间容器a提供充足co2气体，手摇泵和isco泵均与六通阀a连接，手摇泵和isco泵用于对中间容器a中的co2气体加压，其中手摇泵可以快速使中间容器a中的co2气体到达超临界状态，而isco泵可以在匀速状态下使co2与气溶性化学剂相互溶解，手摇泵和isco泵之间的切换通过六通阀a控制；中间容器a上连接有压力表a；
4、所述旋光度测量模块包括高温高压可视釜，中间容器a上端通过管线与高温高压可视釜上端的三通阀连接，所述高温高压可视釜为co2与气溶性化学剂溶解场所，可视釜前后设有蓝宝石制作而成透明视窗，用于观察co2与气溶性化学剂的溶解情况，其最高可耐40mpa压力；所述高温高压可视釜的透明视窗两侧设置有旋光观测仪，用于测量旋光度；
5、所述微量泵入模块包括中间容器b，装有气溶性化学剂，化学剂主要为聚醚类或酯类，例如脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧丙烯醚等，高温高压可视釜上端的三通阀连接六通阀b，六通阀b与中间容器b通过二通阀连接，中间容器b还连接一平流泵，能够将气溶性化学剂缓速泵入高温高压可视釜；
6、所述数据记录模块包括计算机，所述六通阀b上接有压力表b，用于监测可视釜内压力，六通阀b上还连接有一压力传感器，压力传感器与计算机连接，用于实时记录实验压力。
7、优选的，所述高温高压可视釜外部设有柔性加热套，用于稳定加热高温高压可视釜，温度范围为20~100℃，柔性加热套连接温度控制器。
8、优选的，所述高温高压可视釜将旋光观测仪分为前后两部分，前半部分包括光源、毛玻璃、透镜、滤色镜、起偏器和石英半波片，该部分主要在高温高压可视釜前侧产生偏振光，后半部分包括检偏器、物镜、度盘调节手轮、刻度盘和目镜，该部分主要接收并测量经过高温高压可视釜内介质旋转一定角度的偏振光，该角度经过刻度盘读出，该角度即为气溶性化学剂的旋光度。
9、优选的，所述毛玻璃、透镜、滤色镜、起偏器和石英半波片通过一不透光圆管连接并固定，检偏器、物镜、度盘调节手轮、刻度盘和目镜通过另一不透光圆管连接并固定，两不透光圆管与高温高压可视釜之间采用可拆卸式连接；
10、高温高压可视釜与旋光观测仪共同构成旋光度测量模块，为减少外部自然光源影响，旋光度测量模块外部整体套有一暗箱，有助于更精准观测到三分视场。
11、优选的，旋光观测仪的光源选择钠灯、led光源、卤钨灯或脉冲灯。
12、优选的，高温高压可视釜的透明视窗尺寸为15mm×80mm或10mm×100mm，可根据需求定制。起偏器、检偏器根据可视釜尺寸选择配套尺寸。优选的，旋光观测仪前后部分与可视釜的透明视窗之间距离根据三分视场调节。
13、另一方面，本发明提供一种根据上述的基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置的实验方法，包括如下步骤：
14、s1：根据实验设计温度、实验设计压力，设计一系列质量梯度的化学剂用量，确保在该设计温度、实验设计压力下，一系列质量梯度的化学剂均可完全溶解在co2中，即能够形成清澈透明的一相；将一系列质量梯度的化学剂分别放入高温高压可视釜，利用co2气瓶对高温高压可视釜吹扫，排出空气，拧紧高温高压可视釜的釜盖，按照图2连接实验管线，并检查整个线路气密性；
15、s2：打开co2气瓶开关，通过控制六通阀a开关将co2气体注入中间容器a，并通过控制六通阀a开关，使手摇泵与中间容器a底部连通，利用手摇泵将co2气体打到超临界状态，实验过程中实时观察压力表压力，当压力到达7.38mpa以上时，即co2已到达超临界状态，停止加压；
16、s3：通过温度控制器设定实验温度，使柔性加热套达到实验设计温度，并对高温高压可视釜进行充分预热；
17、s4：设置空白组，即不加高温高压可视釜时，进行旋光观测仪基准示数标定，转动度盘调节手轮，当目镜出现三分视场，记录此时刻度盘上游标读数（刻度盘上带有游标，用于读出旋转角度），作为基准读数；
18、s5：通过控制六通阀a开关，将isco泵与中间容器a底部连通，打开中间容器a顶部与高温高压可视釜相连的开关，将超临界状态的co2注入高温高压可视釜内，并通过isco泵将高温高压可视釜内压力打到实验设计压力，通过温度、压力参数查得此条件下的co2密度 ρ1，计算该实验压力下的co2质量m；
19、s6：将高温高压可视釜与旋光观测仪组装，并确保高温高压可视釜与旋光观测仪、光源在同一条直线上，在该实验设计温度、实验设计压力下利用旋光观测仪观测该化学剂的旋光特性，转动度盘调节手轮，当出现与空白组（不加高温高压可视釜时）相同的视场时，停止转动度盘调节手轮，记录此时刻度盘上游标读数，多次转动度盘调节手轮记录游标读数取平均值，优选测量4次取平均值，该游标读数减去基准读数即为旋光度；
20、通过步骤s1~s6得到一系列质量梯度的化学剂用量所对应的旋光度，并计算旋光率；
21、步骤s1中设计一系列质量梯度的化学剂用量，目的是测得多组旋光度，作旋光度与浓度曲线，通过斜率求得旋光率。
22、s7：在求得旋光率 α后，求得某一旋光率下所用化学剂的饱和浓度，并利用该饱和浓度求得该实验压力、温度下的溶解度。
23、优选的，s5中，co2质量m= ρ1v，v为高温高压可视釜的体积。
24、优选的，s6中旋光率的计算过程如下：
25、利用化学剂质量和co2质量求得化学剂质量浓度 c（即化学剂质量占化学剂、co2总质量的比例），由公式（1）得到旋光率 α与 l的乘积为旋光度与浓度 c曲线的斜率：
26、（1）
27、其中， α为旋光率，单位为g/ml；为旋光度，单位为°； c为化学剂质量浓度； l为高温高压可视釜前侧视窗与后侧视窗之间的距离，单位为cm；
28、以化学剂质量浓度 c为横坐标，旋光度为纵坐标绘制散点图，得到旋光度-浓度曲线，通过拟合求得斜率，进而得到旋光率 α。其中旋光度由刻度盘读出， c、 l均为已知，因此可求得该实验温度、实验压力下的旋光率 α，用于后续计算。
29、优选的，其特征在于，s7的实现过程为：
30、s71：设定同一实验温度、实验压力，设计一系列质量浓度梯度的化学剂用量，目前使用气溶性化学剂的溶解度对应化学剂质量浓度一般小于5%，此处需要保证化学剂质量浓度低于5%，但可根据具体实验现象进行扩充或缩减；
31、s72：逐次将化学剂加入高温高压可视釜内，在实验温度、压力下进行步骤s2~s5，并观察高温高压可视釜内溶解情况，此处为初步确定可通过人眼观察，会出现明显的乳色现象；若在实验温度、压力条件下出现浑浊情况，记录此时化学剂浓度a%，即过饱和浓度；
32、s73：加入略小于a%浓度（减少量应低于1%）的化学剂于高温高压可视釜内，确保其在实验温度、压力下能与co2形成清澈透明的一相，利用isco泵将高温高压可视釜打到实验设计压力，测定该压力下的旋光度；
33、s74：在中间容器b中加入一定量的化学剂，设定平流泵泵入入速度为0.01ml/min~0.05ml/min，利用平流泵将化学剂缓慢打入高温高压可视釜，每打入0.01ml，关闭平流泵，使体系达到平衡，对旋光度进行测量；此步骤中，应确保加入后化学剂总加量小于过饱和浓度a%；
34、s75：每加一次化学剂，测量多次旋光度，并做旋光度随时间变化曲线，当旋光度不再随时间变化时进行下一次加量，当旋光度随时间变化曲线不再随加量增加而产生变化时，说明上一次加量已经达到气溶性化学剂在此实验温度、压力下co2中的饱和状态，停止旋光度测量，记录饱和时的旋光度进行浓度计算；
35、通过公式（2）计算化学剂浓度：
36、（2）
37、联立公式（3）、公式（4），求得该化学剂在此实验温度、压力下的溶解度：
38、（3）
39、（4）
40、将公式（3）代入公式（4）得溶解度计算公式：
41、（5）
42、式中： c n为化学剂摩尔浓度，单位 mol/ l； ρ为化学剂密度，单位 g/ cm3； c为化学剂质量浓度，单位%； m为化学剂摩尔质量，单位为 g/ mol；为实验温度、压力下的co2密度，单位为 g/ cm3； s为溶解度，单位为%；
43、通过公式（5）即可求得该实验温度、压力下的化学剂在co2中的溶解度。
44、本发明首先在高温高压可视釜内加入较小浓度的化学剂，在实验温度、压力下测试溶解性，确保可完全溶解，并测量化学剂旋光率，通过旋光率求得饱和溶液浓度，最后利用饱和浓度与溶解度的关系求得该实验温度、压力下的溶解度。
45、优选的，本发明的实验压力为7.38~40mpa，实验温度在32~100℃之间。
46、本发明未详尽之处，均可参见现有技术。
47、本发明的有益效果为：
48、1、本发明首次利用具有旋光性化学剂特点，通过测量化学剂在co2中旋光度来确定化学剂在超临界co2中的溶解度，从一个新颖的角度更准确的解决了这个领域的技术难题。
49、2、通过本发明测量的溶解度更符合溶解度的定义，准确表达了确定温度、压力下化学剂在co2中的溶解度，而不同于现有方法通过浊点压力定性评价化学剂溶解性的优劣。
50、3、本发明通过测量化学剂在co2中的旋光度（准确数值）求取了其在超临界co2中的溶解度，避免了主观因素、人为因素的影响。
51、4、本发明测量的溶解度是在高温高压下进行的，并且整个系统是稳定均一的，不同于取样法，本发明求得的溶解度更接近真实情况下的溶解度。
52、5、本发明实验装置利用实验室仪器搭建，成本较低、实验周期较短，便于推广使用。
1.一种基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置，其特征在于，包括加压模块、微量泵入模块、旋光度测量模块和数据记录模块；所述加压模块包括中间容器a、co2气瓶、手摇泵和isco泵，co2气瓶通过六通阀a连接中间容器a，用于为中间容器a提供充足co2气体，手摇泵和isco泵均与六通阀a连接，手摇泵和isco泵用于对中间容器a中的co2气体加压；中间容器a上连接有压力表a；
2.根据权利要求1所述的基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置，其特征在于，所述高温高压可视釜外部设有柔性加热套，用于加热高温高压可视釜，柔性加热套的温度范围为20℃~100℃，柔性加热套连接温度控制器。
3.根据权利要求2所述的基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置，其特征在于，所述高温高压可视釜和旋光观测仪外部设置有一暗箱。
4.根据权利要求3所述的基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置，其特征在于，旋光观测仪的光源选择钠灯、led光源、卤钨灯或脉冲灯。
5.根据权利要求4所述的基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置，其特征在于，高温高压可视釜的透明视窗尺寸为15mm×80mm或10mm×100mm。
6.一种根据权利要求5所述的基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置的实验方法，其特征在于，s5中，co2质量m=ρ1v，v为高温高压可视釜的体积。
8.根据权利要求6所述的基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置的实验方法，其特征在于，s6中旋光率的计算过程如下：
9.根据权利要求8所述的基于旋光性测量化学剂在二氧化碳中溶解度的装置的实验方法，其特征在于，s7的实现过程为：
