[发明专利]一种利用磁共振成像技术检测气液扩散过程的装置及其方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种利用磁共振成像（MRI）技术检测气液扩散过程的装置及其方法，属于化学工程和石油工程技术领域。 

背景技术

准确把握气体在多孔介质内所赋存的流体中的扩散过程，对评估地下污染物迁移、煤层气体运移、注气（二氧化碳、N₂、轻烃）驱油提高采收率、天然气地下储气库扩散损耗及化工领域的填充床反应器的催化反应速度和效率等方面研究也具有重要指导意义。 

近年来，关于气体在液体中的扩散系数研究，提出了许多测试方法。目前检测研究上多采用单室压力衰减法，其优点是装置简单，操作方便，但是由于很难确定通入样品室的气体量，测量误差较大。在此基础上发展的双室压力衰减法不仅可以有效减少泄漏概率，而且可以方便准确的确定初始气体密度。该方法的缺点是气体溶解量的测定需要较复杂的操作和计算，不能实现对扩散传质过程中气体溶解量的实时监控。 

另外，由于多孔介质内部结构复杂，不同的扩散距离、孔隙空间尺度和几何特性对扩散过程影响都很大。目前对于多孔介质模型的检测研究停留在整体分析阶段，不能全面考虑孔隙介质的非均质性和各相异性的影响。 

发明内容

本发明的目的，旨在克服上述现有技术存在的问题，开发一种利用核磁共振成像技术检测气液扩散过程的装置及其方法，结合磁悬浮天平与MRI技术的双室压力衰减法，测量并分析得到气体质量分数与溶液密度、浓度、体积膨胀系数、弛豫时间等与扩散系数的变化关系，在此基础上建立扩散过程的数学物理模型，从而揭示多孔介质内气体-液体扩散过程规律。 

本发明的技术方案是：一种利用磁共振成像技术检测气液扩散过程的装置，它主要包括一个磁共振成像系统，它还包括一个双室压力衰减系统，所述磁共振成像系统在磁共振成像仪中设有一个岩心夹持器，由往复式加压泵、液体容器和岩心夹持器的外腔采用管道连接构成循环回路，一个围压泵采用管道与液体容器连接；在岩心夹持器的入口连接所述双室压力衰减系统，出口经一个背压调节器连接一个电子天秤和收集器；所述双室压力衰减系统包含一个液体注入系统和一个气体注入系统；所述液体注入系统采用第一注入泵经空气恒温箱中的中间容器与岩心夹持器的入口连接，在第一注入泵与中间容器之间连接一个蓄水罐；所述气体注入系统采用第二注入泵经磁悬浮天平与岩心夹持器的入口连接，在第二注入泵与磁悬浮天平之间连接一个气瓶和一个标准称重钛罐；所述磁共振成像仪与数据采集和处理系统采用电连接。 

所述液体容器中设有电加热装置和温控装置。 

所述中间容器采用第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器并联连接。 

所述的一种利用磁共振成像技术检测气液扩散过程的方法包括以下步骤： 

（1）将岩心装载入夹持器，采用气测孔隙度法测岩心孔隙度；

（2）向钛罐中注入一定量的氮气，并称重，依次打开第十针阀、第十一针阀、第十二针阀、第十三针阀，关闭其他阀，使得钛罐中的氮气进入磁悬浮天平空腔和相关管线中，用系统中总的氮气质量除以密度得到系统空腔体积；

（3）将系统中的管线用加热带缠好，采用电加热的方法预加热并控温，向液体容器注入氟油，对夹持器预加热2小时,并在检测开始后实时控温；

（4）利用空气恒温箱对装有注入液体的第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器进行控温，并提前注入岩心进行饱和，利用注入氟油的液体容器对夹持器进行循环控温；

（5）注入工作气体，开始检测，利用压力变送器记录压力与时间关系，利用磁共振成像技术得到不同时刻多孔介质不同位置所赋存的流体的质子密度、纵向弛豫时间、横向弛豫时间、表观扩散系数及扩散张量分布图像，同时利用磁悬浮天平实时记录气体密度的变化；

（6）检测数据处理，对压力衰减曲线进行分析处理，建立气体在多孔介质内所赋存的液体中扩散模型计算径向或轴向以及一维或二维的扩散系数，计算得到整体平均扩散系数，通过对MRI获取的质子密度图像进行标定，得到沿扩散方向溶液密度梯度分布，根据磁悬浮天平记录的气体密度变化，并结合空腔体积推算气体溶解量，得到气体溶解量与扩散系数的关系。