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制造方法及圖紙

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，屬于化學工程和石油工程技術領域。該裝置主要包括磁共振成像系統和雙室壓力衰減系統，磁共振成像系統在磁共振成像儀中設有一個巖心夾持器，磁共振成像儀與數據采集和處理系統采用電連接。上述裝置通過MRI技術可實時、直觀、無損傷的測量流體在多孔介質中的質子密度圖像，縱向和橫向弛豫時間、表觀擴散系數以及擴散張量分布圖像。對多孔介質孔隙度，滲透率，飽和度等重要參數可進行定量分析；改進的雙室壓力衰減法可減少泄漏的概率，并且能夠方便準確地確定初始氣體密度；磁懸浮天平可實時監控氣體密度變化，從而彌補傳統雙室壓力衰減法的不足。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術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

技術介紹
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。
技術實現思路
本專利技術的目的，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。本專利技術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。上述技術方案利用磁共振成像(MRI)技術檢測氣液擴散過程，以實現對于多孔介質內氣液體系擴散過程的微觀可視化及量化分析，揭示孔隙結構分布對擴散過程的影響。MRI技術作為一種強力的非侵入測試技術，通過脈沖場梯度核磁共振方法可以得到多孔介質中流體隨時間變化的自擴散系數。該技術還可以對滲透率，飽和度等參數實現可視化及量化分析，建立準確的描述多孔介質內部結構的數字巖心模型。同時對雙室壓力衰減法進行改進，加入磁懸浮天平裝置，以實現對氣體溶解量的實時監控。本專利技術的效果和益處是這種利用磁共振成像技術檢測氣液擴散過程的裝置主要包括磁共振成像系統和雙室壓力衰減系統，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，采用圍壓泵保持循環回路中的壓力；在巖心夾持器的入口連接雙室壓力衰減系統，出口經一個背壓調節器連接一個電子天秤和收集器；磁共振成像儀與數據采集和處理系統采用電連接。上述裝置通過MRI技術可實時、直觀、無損傷的測量流體在多孔介質中的質子密度圖像，縱向和橫向弛豫時間、表觀擴散系數以及擴散張量分布圖像。對多孔介質孔隙度，滲透率，飽和度等重要參數可進行定量分析；改進的雙室壓力衰減法可減少泄漏的概率，并且能夠方便準確地確定初始氣體密度；磁懸浮天平可實時監控氣體密度變化，從而彌補傳統雙室壓力衰減法的不足。附圖說明 圖I是一種利用核磁共振成像技術檢測氣液擴散過程的裝置系統圖。圖中1、磁共振成像儀，2、磁懸浮天平，3、標準稱重鈦罐，4、氣瓶，5a、第一注入泵，5b、第二注入泵,6a、第一中間容器,6b、第二中間容器,6c、第三中間容器,7a、7b、…、7q、第一針閥，第二針閥，…，第十七針閥，8a、第一單向閥，Sb、第二單向閥，9、空氣恒溫箱，10、液體容器，11、往復式加壓泵，12、圍壓泵，13a、第一排液槽，13b、第二排液槽，14、蓄水罐，15、背壓調節器，16、電子天秤和收集器，17、數據采集和處理系統，18a、18b、…、18e、第一壓力變送器，第二壓力變送器，…，第五壓力變送器，19a、第一熱電偶，1%、第二熱電偶，19c、第三熱電偶，20、巖心夾持器。具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本專利技術的具體實施方式。圖I示出了一種利用核磁共振成像技術檢測氣液擴散過程的裝置系統圖。圖中，這種利用磁共振成像技術檢測氣液擴散過程的裝置主要包括一個磁共振成像系統，它還包括Iv雙室壓力裳減系統，磁共振成像系統在磁共振成像僅I中設有Iv巖心夾持器20，由往復式加壓泵11、液體容器10和巖心夾持器20的外腔采用管道連接構成循環回路，一個圍壓泵12采用管道與液體容器10連接，在液體容器10中設有電加熱裝 置和溫控裝置。在巖心夾持器20的入口連接雙室壓力衰減系統，出口經一個背壓調節器15連接一個電子天秤和收集器16。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。液體注入系統采用第一注入泵5a經空氣恒溫箱9中的中間容器與巖心夾持器20的入口連接，在第一注入泵5a與中間容器之間連接一個蓄水罐14。氣體注入系統采用第二注入泵5b經磁懸浮天平2與巖心夾持器20的入口連接，在第二注入泵5b與磁懸浮天平2之間連接一個氣瓶4和一個標準稱重鈦罐。在空氣恒溫箱9中的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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，其特征在于：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（1）中設有一個巖心夾持器（20），由往復式加壓泵（11）、液體容器（10）和巖心夾持器（20）的外腔采用管道連接構成循環回路，一個圍壓泵（12）采用管道與液體容器（10）連接；在巖心夾持器（20）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（15）連接一個電子天秤和收集器（16）；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（5a）經空氣恒溫箱（9）中的中間容器與巖心夾持器（20）的入口連接，在第一注入泵（5a）與中間容器之間連接一個蓄水罐（14）；所述氣體注入系統采用第二注入泵（5b）經磁懸浮天平（2）與巖心夾持器（20）的入口連接，在第二注入泵（5b）與磁懸浮天平（2）之間連接一個氣瓶（4）和一個標準稱重鈦罐（3）；所述磁共振成像儀（1）與數據采集和處理系統（17）采用電連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：