[發明專利]一種利用磁共振成像技術檢測氣液擴散過程的裝置及其方法

有效

• 申請號: 201210380112.5
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102879306A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 趙越超;宋永臣;劉瑜;朱寧軍;鄭鴻飛;王同雷;宿博;郝敏;周欣歡;沈勇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

????本發明涉及一種利用磁共振成像（MRI）技術檢測氣液擴散過程的裝置及其方法，屬于化學工程和石油工程技術領域。?

背景技術

準確把握氣體在多孔介質內所賦存的流體中的擴散過程，對評估地下污染物遷移、煤層氣體運移、注氣（二氧化碳、N₂、輕烴）驅油提高采收率、天然氣地下儲氣庫擴散損耗及化工領域的填充床反應器的催化反應速度和效率等方面研究也具有重要指導意義。?

近年來，關于氣體在液體中的擴散系數研究，提出了許多測試方法。目前檢測研究上多采用單室壓力衰減法，其優點是裝置簡單，操作方便，但是由于很難確定通入樣品室的氣體量，測量誤差較大。在此基礎上發展的雙室壓力衰減法不僅可以有效減少泄漏概率，而且可以方便準確的確定初始氣體密度。該方法的缺點是氣體溶解量的測定需要較復雜的操作和計算，不能實現對擴散傳質過程中氣體溶解量的實時監控。?

另外，由于多孔介質內部結構復雜，不同的擴散距離、孔隙空間尺度和幾何特性對擴散過程影響都很大。目前對于多孔介質模型的檢測研究停留在整體分析階段，不能全面考慮孔隙介質的非均質性和各相異性的影響。?

發明內容

本發明的目的，旨在克服上述現有技術存在的問題，開發一種利用核磁共振成像技術檢測氣液擴散過程的裝置及其方法，結合磁懸浮天平與MRI技術的雙室壓力衰減法，測量并分析得到氣體質量分數與溶液密度、濃度、體積膨脹系數、弛豫時間等與擴散系數的變化關系，在此基礎上建立擴散過程的數學物理模型，從而揭示多孔介質內氣體-液體擴散過程規律。?

本發明的技術方案是：一種利用磁共振成像技術檢測氣液擴散過程的裝置，它主要包括一個磁共振成像系統，它還包括一個雙室壓力衰減系統，所述磁共振成像系統在磁共振成像儀中設有一個巖心夾持器，由往復式加壓泵、液體容器和巖心夾持器的外腔采用管道連接構成循環回路，一個圍壓泵采用管道與液體容器連接；在巖心夾持器的入口連接所述雙室壓力衰減系統，出口經一個背壓調節器連接一個電子天秤和收集器；所述雙室壓力衰減系統包含一個液體注入系統和一個氣體注入系統；所述液體注入系統采用第一注入泵經空氣恒溫箱中的中間容器與巖心夾持器的入口連接，在第一注入泵與中間容器之間連接一個蓄水罐；所述氣體注入系統采用第二注入泵經磁懸浮天平與巖心夾持器的入口連接，在第二注入泵與磁懸浮天平之間連接一個氣瓶和一個標準稱重鈦罐；所述磁共振成像儀與數據采集和處理系統采用電連接。?

所述液體容器中設有電加熱裝置和溫控裝置。?

所述中間容器采用第一中間容器、第二中間容器和第三中間容器并聯連接。?

所述的一種利用磁共振成像技術檢測氣液擴散過程的方法包括以下步驟：?

（1）將巖心裝載入夾持器，采用氣測孔隙度法測巖心孔隙度；

（2）向鈦罐中注入一定量的氮氣，并稱重，依次打開第十針閥、第十一針閥、第十二針閥、第十三針閥，關閉其他閥，使得鈦罐中的氮氣進入磁懸浮天平空腔和相關管線中，用系統中總的氮氣質量除以密度得到系統空腔體積；

（3）將系統中的管線用加熱帶纏好，采用電加熱的方法預加熱并控溫，向液體容器注入氟油，對夾持器預加熱2小時,并在檢測開始后實時控溫；

（4）利用空氣恒溫箱對裝有注入液體的第一中間容器、第二中間容器、第三中間容器進行控溫，并提前注入巖心進行飽和，利用注入氟油的液體容器對夾持器進行循環控溫；

（5）注入工作氣體，開始檢測，利用壓力變送器記錄壓力與時間關系，利用磁共振成像技術得到不同時刻多孔介質不同位置所賦存的流體的質子密度、縱向弛豫時間、橫向弛豫時間、表觀擴散系數及擴散張量分布圖像，同時利用磁懸浮天平實時記錄氣體密度的變化；

（6）檢測數據處理，對壓力衰減曲線進行分析處理，建立氣體在多孔介質內所賦存的液體中擴散模型計算徑向或軸向以及一維或二維的擴散系數，計算得到整體平均擴散系數，通過對MRI獲取的質子密度圖像進行標定，得到沿擴散方向溶液密度梯度分布，根據磁懸浮天平記錄的氣體密度變化，并結合空腔體積推算氣體溶解量，得到氣體溶解量與擴散系數的關系。