專利名稱：二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置，其屬于石油工程和 工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
關(guān)于C02驅(qū)提高石油采收率(EOR)的滲流機(jī)理研究方法主要有物理模 擬、數(shù)值模擬和礦場(chǎng)試驗(yàn)。礦場(chǎng)試驗(yàn)是最能反映方案實(shí)際生產(chǎn)效果的手段，但 是不足之處在于不能解決一些機(jī)理問(wèn)題和工程中的普遍性問(wèn)題，且需要大量財(cái) 力物力支持。因而，更傾向于先進(jìn)行模擬研究。
模擬研究包括數(shù)值模擬和物理模擬，數(shù)值模擬主要依賴于在滲流力學(xué)方面 的理論和經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型，由于實(shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性，許多機(jī)理不 清楚，建立的模型不完善，模擬結(jié)果并不能全面反映多相流體的真實(shí)流動(dòng)狀態(tài)， 因而，為了能使模擬結(jié)果盡可能的接近實(shí)際現(xiàn)象，需要通過(guò)物理模擬得到一些 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式等進(jìn)行修正。
物理模擬是指用物理(而非數(shù)值)的方法，即相對(duì)于原型按一定比例做成 模型在實(shí)驗(yàn)室中再現(xiàn)某種現(xiàn)象變化過(guò)程的技術(shù)。目前大致可以分為宏觀和細(xì) 觀兩個(gè)研究方向，傳統(tǒng)的滲流是研究宏觀特性，即統(tǒng)計(jì)平均特性,不能確切了 解多孔介質(zhì)內(nèi)部的物理化學(xué)過(guò)程及滲流機(jī)理。細(xì)觀滲流是指研究在微細(xì)尺度 上(目前二維像素(pixel)和三維像素(voxel)的線尺度均在100pm以下)滲流的 性狀。細(xì)觀與宏觀研究相互補(bǔ)充可使對(duì)滲流的認(rèn)識(shí)更加透徹。細(xì)觀滲流研究 的內(nèi)容包括多孔介質(zhì)本身的特性如介質(zhì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、孔隙和裂縫的分布情 況、孔隙表面的粗糙度、空隙度和滲透率的分布情況等；多孔介質(zhì)與流體之 間的關(guān)系，如表面潤(rùn)濕性、吸附和解吸特性、飽和度分布和各相之間的分布細(xì)節(jié)等。
目前常用的細(xì)觀研究手段包括層析成像儀(CT)、核磁共振成像儀
(NMRI或MRI)和顯微物理模擬等。其中，常用的顯微物理模擬裝置是采用 激光刻蝕技術(shù)，將真實(shí)孔隙結(jié)構(gòu)在光學(xué)玻璃板上刻蝕出來(lái)，制作成可供觀察用 的透明微觀模型，用顯微技術(shù)和掃描通過(guò)屏幕觀察二維模型內(nèi)的滲流機(jī)理和 規(guī)律，這種研究手段只能大致觀察到驅(qū)替效果，不能為研究多相流體滲流機(jī)理 進(jìn)行量化分析提供精確數(shù)據(jù)幫助。核磁共振成像與X射線CT一樣，能夠顯示 多孔物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且都可以用于巖石樣品的分析中。但是，兩者亦有顯 著的差別。CT是通過(guò)多個(gè)發(fā)射源和多個(gè)接收源的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)陣列掃描；核磁共 振成像則利用磁場(chǎng)梯度來(lái)完成空間定位。CT只能對(duì)電子密度和原子序數(shù)成像， 核磁共振則可以對(duì)核自旋密度、弛豫時(shí)間(縱向及橫向)、流體流動(dòng)速度、自擴(kuò)散 系數(shù)，以及基于化學(xué)位移或弛豫時(shí)間的選擇性成像，并且可以對(duì)多種核素，如 IH， 13c， 19F， 31P, 23Na等進(jìn)行成像。CT在顯示巖石孔隙結(jié)構(gòu)與滲流過(guò)程方 面受滲流過(guò)程方面受到固體骨架的嚴(yán)重不利影響，而核磁共振成像則主要反映 巖石孔隙中流體的各種性質(zhì)，固體骨架幾乎不產(chǎn)生信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述物理模擬研究中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種二氧化碳驅(qū)油 核磁共振成像檢測(cè)裝置，其目的在于利用核磁共振成像(MRI)技術(shù)對(duì)C02驅(qū) 油三維可視化物理模擬研究，對(duì)測(cè)試圖像進(jìn)行定量分析獲取多孔介質(zhì)的空隙度、 滲透率及超臨界C02、水、原油等的飽和度等多項(xiàng)滲流參數(shù)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置主要 包括一個(gè)注入系統(tǒng)、模擬巖心裝置、核磁共振成像裝置、溫度壓力測(cè)控系統(tǒng)和 出口計(jì)量系統(tǒng)；所述模擬巖心裝置設(shè)置在核磁共振成像裝置中，所述注入系統(tǒng) 向模擬巖心裝置依次注入地層水、原油和超臨界二氧化碳，并采用所述溫度壓力測(cè)控系統(tǒng)控制整個(gè)系統(tǒng)的壓力和溫度為要求的設(shè)定值，再用核磁共振成像裝 置進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)測(cè)試圖像進(jìn)行定量分析獲取多孔介質(zhì)的空隙度、滲透率及超 臨界二氧化碳、地層水、原油的飽和度滲流參數(shù)，最后用出口計(jì)量系統(tǒng)測(cè)量通 過(guò)模擬巖心裝置的二氧化碳?xì)怏w、地層水、原油的體積。
所述注入系統(tǒng)主要包含設(shè)置在空氣恒溫箱中的三個(gè)中間容器，由一臺(tái)高壓 計(jì)量泵向這三個(gè)中間容器中的驅(qū)活塞的一側(cè)提供高壓水產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，讓第三中 間容器、第二中間容器和第一中間容器依次向模擬巖心裝置驅(qū)地層水、原油和 超臨界二氧化碳。
所述第一中間容器中的超臨界二氧化碳由一臺(tái)二氧化碳泵從儲(chǔ)罐中抽取液
態(tài)二氧化碳供給；儲(chǔ)存在二氧化碳瓶中的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入設(shè)置在冷浴中的儲(chǔ) 罐，經(jīng)冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)二氧化碳。
所述模擬巖心裝置采用一個(gè)內(nèi)體和二個(gè)封頭組合成中空結(jié)構(gòu)，其中填滿填 料；二個(gè)端蓋和一個(gè)外套與內(nèi)體之間構(gòu)成加熱流體腔，采用二個(gè)隔板把加熱流 體腔在縱向分成二部分；二個(gè)隔板的一端離第二端蓋有一定距離，另一端緊貼 第一端蓋，在第一端蓋上設(shè)有連通加熱流體腔的循環(huán)流體進(jìn)口和循環(huán)流體出口； 采用一個(gè)向加熱流體腔提供循環(huán)熱流體的熱流體浴槽連接循環(huán)流體進(jìn)口和循環(huán) 流體出口。
所述出口計(jì)量系統(tǒng)主要包含一個(gè)連接穩(wěn)壓閥的油水計(jì)量器，第一氣體計(jì)量器 和第二氣體計(jì)量器并聯(lián)連接到油水計(jì)量器上；它還包含一個(gè)連接穩(wěn)壓閩的穩(wěn)壓 罐，采用一個(gè)手動(dòng)泵連接穩(wěn)壓罐。
本發(fā)明的有益效果是這種二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置把模擬巖 心裝置設(shè)置在核磁共振成像裝置中，注入系統(tǒng)向模擬巖心裝置依次注入地層水、 原油和超臨界二氧化碳，并采用測(cè)控系統(tǒng)控制整個(gè)系統(tǒng)的壓力和溫度，再用核 磁共振成像裝置對(duì)測(cè)試圖像進(jìn)行定量分析獲取多孔介質(zhì)的空隙度、滲透率及超臨界二氧化碳、地層水、原油的飽和度滲流參數(shù)，最后用出口計(jì)量系統(tǒng)測(cè)量二
氧化碳?xì)怏w、地層水、原油的體積。該檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)壓力為0 40Mpa，設(shè)計(jì)溫 度為0 180°C，能充分模擬多種復(fù)雜油藏條件下超臨界C02不同驅(qū)替方案的室 內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究；模擬巖心裝置采用黃銅材料，既無(wú)磁又容易滿足高壓強(qiáng)度要求， 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，能多次填充，重復(fù)使用，實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作方便、簡(jiǎn)單適用。


圖1是一種二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置系統(tǒng)圖。
圖2是模擬巖心裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖3是圖4中的B—B剖視結(jié)構(gòu)圖。
圖4是圖2中的A—A剖視結(jié)構(gòu)圖。
圖中1、 二氧化碳瓶，la、針閥，2、儲(chǔ)罐，3、冷浴，4、 二氧化碳泵，4a、 針閥，4b、止回闊，5、蒸餾水箱，6、高壓計(jì)量泵，6a、過(guò)濾器，7、空氣恒溫 箱，8、第一中間容器，8a、針閥，8b、轉(zhuǎn)換閥，9、第二中間容器，9a、 9b、針 閥，10、第三中間容器，10a、 10b、針閥，11、熱流體浴槽，12、模擬巖心裝置， 12a、循環(huán)流體進(jìn)口， 12b、內(nèi)體，12c、外套，12d、填料，12e、封頭，12f、第 一端蓋，12g、循環(huán)流體出口， 12h、隔板，12i、第二端蓋，13、核磁共振成像 裝置，14、穩(wěn)壓閥，15、油水計(jì)量器，15a、 15b、針閥，16、第一氣體計(jì)量器， 16a、 16b、 16c、針閥，17、第二氣體計(jì)量器，17a、 17b、 17c、針閥，18、穩(wěn)壓 罐，19、手動(dòng)泵，19a針閥，20、差壓變送器，21、 22、針閥；P、壓力表，T、 熱電偶。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一種二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置系統(tǒng)圖。它包括一個(gè) 注入系統(tǒng)、模擬巖心裝置12、核磁共振成像裝置13、溫度壓力測(cè)控系統(tǒng)和出口
計(jì)量系統(tǒng)。注入系統(tǒng)主要包含設(shè)置在空氣恒溫箱7中的三個(gè)中間容器，由一臺(tái)高壓計(jì) 量泵6經(jīng)過(guò)濾器6a吸取蒸餾水箱5中的蒸餾水，向這三個(gè)中間容器中的驅(qū)活塞 的左側(cè)提供高壓水產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，讓第三中間容器IO、第二中間容器9和第一中 間容器8依次向模擬巖心裝置12驅(qū)地層水、原油和超臨界二氧化碳。第一中間 容器8中的超臨界二氧化碳由一臺(tái)二氧化碳泵4從儲(chǔ)罐2中抽取液態(tài)二氧化碳 經(jīng)止回閥4b和轉(zhuǎn)換閥8b供給；液態(tài)二氧化碳是讓儲(chǔ)存在二氧化碳瓶1中的二 氧化碳?xì)怏w進(jìn)入設(shè)置在冷浴3中的儲(chǔ)罐2經(jīng)冷卻后生成的。關(guān)閉針閥21和開(kāi)啟 針閥6b和22后，只要開(kāi)啟針閥10a、 10b，就可以向第三中間容器10的右側(cè)加 注地層水，同理只要開(kāi)啟針閥9a、 9b，就可以向第二中間容器9的右側(cè)加注原 油。
模擬巖心裝置12設(shè)置在核磁共振成像裝置13中，采用一個(gè)熱流體浴槽11 向模擬巖心裝置12供給循環(huán)熱流體。
出口計(jì)量系統(tǒng)用來(lái)測(cè)量從模擬巖心裝置12中驅(qū)出的地層水、原油和二氧化 碳?xì)怏w的量，它包含一個(gè)連接穩(wěn)壓閥14的油水計(jì)量器15，兩端設(shè)有針閥15a、 15b;第一氣體計(jì)量器16 (兩端設(shè)有針閥16a、 16b)和第二氣體計(jì)量器17 (兩 端設(shè)有針閥17a、 17b)通過(guò)針閥16c、 17c并聯(lián)連接到油水計(jì)量器15上。穩(wěn)壓 閥14還連接一個(gè)穩(wěn)壓罐18，采用一個(gè)手動(dòng)泵19經(jīng)針閥19a對(duì)穩(wěn)壓罐18的壓力 進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足系統(tǒng)的工作壓力。
溫度壓力測(cè)控系統(tǒng)用來(lái)測(cè)控整個(gè)系統(tǒng)的溫度和壓力，正如圖1中所示設(shè)置 了熱電偶T和壓力表P，在模擬巖心裝置12的進(jìn)出口管道上設(shè)置了差壓變送器 20。
圖1、 2、 3示出了模擬巖心裝置結(jié)構(gòu)。 一個(gè)內(nèi)體12b和二個(gè)封頭12e采用 螺紋連接加密封組合成中空結(jié)構(gòu)，其中填滿采用石英砂的填料12d，兩端均設(shè)有 濾網(wǎng)。二個(gè)端蓋和一個(gè)外套12c與內(nèi)體12b之間構(gòu)成加熱流體腔，采用二個(gè)隔12i有一定距離，使二個(gè)加熱流體腔相通，另一端緊貼第一端蓋12f，在第一端 蓋12f上設(shè)有連通加熱流體腔的循環(huán)流體進(jìn)口 12a和循環(huán)流體出口 12g。采用一 個(gè)熱流體浴槽11連接循環(huán)流體進(jìn)口 12a和循環(huán)流體出口 12g，以便向加熱流體 腔提供加熱流體。
利用上述二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置的試驗(yàn)步驟如下 第一步，完成準(zhǔn)備工作。根據(jù)模擬油藏致密度要求選用合適粒徑石英砂填 充入模擬巖心裝置12中，壓實(shí)封蓋，完成模擬巖心的制備，同時(shí)完成實(shí)驗(yàn)介質(zhì) 模擬原油、地層水、C02氣體的準(zhǔn)備工作，完成實(shí)驗(yàn)流程各部連接、試壓等系列 工作。
第二步，將實(shí)驗(yàn)流體介質(zhì)注入中間容器。首先，讓二氧化碳瓶中的二氧化 碳?xì)怏w進(jìn)入設(shè)置在冷浴3中的儲(chǔ)罐2，經(jīng)冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)二氧化碳，由一臺(tái)二 氧化碳泵4將儲(chǔ)罐中抽取的液態(tài)二氧化碳打入第一中間容器8中，通過(guò)加熱加 壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的超臨界狀態(tài)；通過(guò)針閥22分別將模擬原油和地層水注入第二 中間容器9和第三中間容器10中。
第三步，進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。通過(guò)高壓計(jì)量泵6向中間容器一端注高壓水驅(qū)動(dòng) 活塞產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)力，先將第三中間容器10中地層水注入抽真空后的模擬 巖心裝置12中建立飽和水；浸泡一段時(shí)間后，將第二中間容器9中的模擬原油 注入驅(qū)替地層水建立飽和油；達(dá)到模擬油層要求后，再次將第三中間容器10中 地層水注入含飽和油的模擬巖心裝置12中進(jìn)行水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)過(guò)程；水驅(qū)油過(guò)程達(dá) 到預(yù)定效果后，將第一中間容器8中超臨界二氧化碳注入水驅(qū)后的模擬巖心裝 置12中進(jìn)行氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到預(yù)定效果后，停止實(shí)驗(yàn)。
驅(qū)替實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模擬巖心出口壓力采用穩(wěn)壓閥14及其配套系統(tǒng)(包括手動(dòng) 泵19、穩(wěn)壓罐18)來(lái)實(shí)現(xiàn)；通過(guò)油水計(jì)量器15、第一氣體計(jì)量器16、第二氣 體計(jì)量器17分別計(jì)量出口各相體積流量；溫控部分分別采用恒溫冷浴槽3控制二氧化碳液化溫度，空氣恒溫箱7控制中間容器中實(shí)驗(yàn)流體溫度，置于核磁共 振成像磁體探頭內(nèi)的模擬巖心裝置溫度，通過(guò)與其加熱流體腔連接成循環(huán)回路
的一個(gè)提供循環(huán)熱流體的熱流體浴槽ll來(lái)控制；溫度、壓力、差壓分別采用熱 電偶、壓力表、差壓變送器來(lái)實(shí)時(shí)釆集。
利用核磁共振成像儀13，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行同步、三維可視化定量檢測(cè)，用 核磁共振自旋密度成像，給出巖心中孔隙的二維或三維分布以及驅(qū)替過(guò)程中驅(qū) 替前沿的推進(jìn)過(guò)程；用核磁共振化學(xué)位移選擇成像，分別給出巖心孔隙中油與 水的賦存狀態(tài)；用核磁共振馳豫時(shí)間加權(quán)成像，分別給出C02驅(qū)油后油與水及 co2在巖石孔隙中的滯流位置。對(duì)測(cè)試圖像迸行定量分析獲取多孔介質(zhì)的空隙 度、滲透率及超臨界C02、水、原油等的飽和度等多項(xiàng)滲流參數(shù)。
權(quán)利要求
1、一種二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置；其特征是它主要包括一個(gè)注入系統(tǒng)、模擬巖心裝置(12)、核磁共振成像裝置(13)、溫度壓力測(cè)控系統(tǒng)和出口計(jì)量系統(tǒng)；所述模擬巖心裝置(12)設(shè)置在核磁共振成像裝置(13)中，所述注入系統(tǒng)向模擬巖心裝置(12)依次注入地層水、原油和超臨界二氧化碳，并采用所述溫度壓力測(cè)控系統(tǒng)控制整個(gè)系統(tǒng)的壓力和溫度為要求的設(shè)定值，再用核磁共振成像裝置(13)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)測(cè)試圖像進(jìn)行定量分析獲取多孔介質(zhì)的空隙度、滲透率及超臨界二氧化碳、地層水、原油的飽和度滲流參數(shù)，最后用出口計(jì)量系統(tǒng)測(cè)量通過(guò)模擬巖心裝置(12)的二氧化碳?xì)怏w、地層水、原油的體積。
2、 據(jù)權(quán)利要術(shù)1所述的二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置；其特征是所述注入系統(tǒng)主要包含設(shè)置在空氣恒溫箱(7)中的三個(gè)中間容器，由一臺(tái)高壓 計(jì)量泵(6)向這三個(gè)中間容器中的驅(qū)活塞的一側(cè)提供高壓水產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，讓第 三中間容器(10)、第二中間容器(9)和第一中間容器(8)依次向模擬巖心裝 置(12)驅(qū)地層水、原油和超臨界二氧化碳。
3、 據(jù)權(quán)利要術(shù)2所述的二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置；其特征是 所述第一中間容器(8)中的超臨界二氧化碳由一臺(tái)二氧化碳泵(4)從儲(chǔ)罐(2) 中抽取液態(tài)二氧化碳供給；儲(chǔ)存在二氧化碳瓶(1)中的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入設(shè)置 在冷浴(3)中的儲(chǔ)罐(2)，經(jīng)冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)二氧化碳。
4、 據(jù)權(quán)利要術(shù)1所述的二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置；其特征是 所述模擬巖心裝置(12)采用一個(gè)內(nèi)體(12b)和二個(gè)封頭(12e)組合成中空 結(jié)構(gòu)，其中填滿填料(12d); 二個(gè)端蓋和一個(gè)外套(12c)與內(nèi)體(12b)之間 構(gòu)成加熱流體腔，采用二個(gè)隔板(12h)把加熱流體腔在縱向分成二部分；二個(gè) 隔板(12h)的一端離第二端蓋(12i)有一定距離，另一端緊貼第一端蓋(12f)，口 (12g);采用一個(gè)向加熱流體腔提供循環(huán)熱流體的熱流體浴槽(11)連接循環(huán)流體進(jìn)口 (12a)和循環(huán)流體出口 (12g)。
5、據(jù)權(quán)利要術(shù)1所述的二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置；其特征是 所述出口計(jì)量系統(tǒng)主要包含一個(gè)連接穩(wěn)壓閥(14)的油水計(jì)量器(15)，第一氣 體計(jì)量器(16)和第二氣體計(jì)量器(17)并聯(lián)連接到油水計(jì)量器(15)上；它 還包含一個(gè)連接穩(wěn)壓閥(14)的穩(wěn)壓罐(18),采用一個(gè)手動(dòng)泵(19)連接穩(wěn)壓 罐(18)。
全文摘要
一種二氧化碳驅(qū)油核磁共振成像檢測(cè)裝置，屬于石油工程和工藝技術(shù)領(lǐng)域。該檢測(cè)裝置把模擬巖心裝置設(shè)置在核磁共振成像裝置中，注入系統(tǒng)向模擬巖心裝置依次注入地層水、原油和超臨界二氧化碳，并采用測(cè)控系統(tǒng)控制整個(gè)系統(tǒng)的壓力和溫度，再用核磁共振成像裝置進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)測(cè)試圖像進(jìn)行定量分析獲取多孔介質(zhì)的空隙度、滲透率及超臨界二氧化碳、地層水、原油的飽和度滲流參數(shù)，最后用出口計(jì)量系統(tǒng)測(cè)量二氧化碳?xì)怏w、地層水、原油的體積。該檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)壓力為0～40MPa，設(shè)計(jì)溫度為0～180℃，能模擬復(fù)雜油藏條件下超臨界CO₂不同驅(qū)替方案的實(shí)驗(yàn)研究；模擬巖心裝置采用黃銅材料，既無(wú)磁又滿足高壓強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，能重復(fù)使用，實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作方便、簡(jiǎn)單適用。
文檔編號(hào)G01N24/08GK101458218SQ20081024699
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月28日
發(fā)明者瑜 劉, 劉衛(wèi)國(guó), 宋永臣, 毅 張, 趙越超 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)