CN102507626A

CN102507626A - 一种核磁共振兼容的岩心夹持器

Info

Publication number: CN102507626A
Application number: CN2011103041828A
Authority: CN
Inventors: 王为民; 姜志敏; 朱涛涛
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明涉及一种兼容核磁共振测量的岩心夹持器，能够模拟深层油藏的压力和温度，可在模拟地层条件下对岩心进行油水驱替的同时进行核磁共振在线测量。该发明将射频线圈嵌入到岩心夹持器内，与常规岩心夹持器相比大大的提高了信噪比。该岩心夹持器由无磁非金属材质构成，避免了磁性材料对磁场均匀性的破坏，同时避免脉冲梯度在夹持器中产生涡流。与常规岩心夹持器相比，本发明不仅大大提高了信噪比，而且能在高温高压下充分保证核磁共振测量结果的精确性。该夹持器适用于高温高压下岩心油水驱替过程中核磁共振弛豫谱、扩散-弛豫二维谱和成像法的在线测量。此外本发明对环压流体的温度及压力进行实时地跟踪补偿，保证了岩心模拟地层条件的可靠性。

Description

一种核磁共振兼容的岩心夹持器

技术领域

本发明涉及一种核磁共振兼容的岩心夹持器，主要用于石油勘探开发研究中利用核磁共振一维弛豫谱、扩散弛豫二维谱以及成像法进行岩心物性分析。

技术背景

在石油和天然气的勘探开发研究中，需要从地下取出相关地层岩心，进行岩心物性分析实验，测量相关岩心的孔隙度、渗透率等物性参数，进行与勘探开发有关的驱替实验。核磁共振技术作为一种分析的手段，由于其可无损地检测样品内部含氢流体的性质，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用。因此需要研究能够满足核磁共振实验要求的岩心夹持器。

目前所应用的常规岩心夹持器是用一个橡胶内筒和一个金属外筒组成的环形腔体，岩心放在其中，两端装有金属堵头，流体通过金属堵头中间的通孔流入形成驱替压力，同时在夹持器外围环绕导线通电加热，利用这种方法模拟地层压力和温度进行驱替实验。常规的岩心夹持器结构应用于核磁共振测量时，会有三点不利因素：(1)如果采用常规岩心夹持器结构进行核磁共振测量，必须将核磁共振射频线圈放置在常规岩心夹持器的外部，这样造成样品的填充因子(指样品的体积与核磁共振射频线圈体积之比)很低，使得核磁共振测量的信噪比很低。(2)如果采用常规岩心夹持器结构进行核磁共振测量，常规岩心夹持器的电加热方法，会给核磁共振测量信号带来大量噪声，而且加热速度也很慢。(3)由于常规岩心夹持器材质都采用了顺磁性金属材质，这些顺磁性的金属材质放置在磁场中会破坏磁场均匀性，同时也容易产生很大的涡流，对需要脉冲梯度才能实现的核磁共振测量造成很大的不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种核磁共振兼容的岩心夹持器，能够保证在高温高压下工作并且获得高质量的核磁共振测量信号。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。首先作为一种夹持器，该发明必须具备常规夹持器必备的结构，因此其设计中必须包含左压帽、左堵头、左调节岩心塞、筒体、胶皮套、右压帽、右堵头、右调节岩心塞、环压流体进口、环压流体放空口、橡胶O形圈、温度传感器、卡槽、射频线圈、岩心室、环压腔、驱替进口、驱替出口等基本的结构。这些结构只是为了保证该发明能够满足岩心夹持器最基本的要求，而为了能够达到核磁共振兼容的要求，则需要考虑到核磁共振强磁场的环境，为此，材质全部选取聚酰亚胺。这保证了夹持器不会破坏磁场分布且涡流较小从而保证核磁共振测量信号的质量，也没有顺磁性金属材质放置在磁场中不安全的因素，能够在核磁共振强磁场环境下正常使用，同时此种材质也保证了夹持器的轻便和承压。而一般的岩心夹持器是无法进行核磁共振扩散-弛豫二维谱及成像法测量的。

该发明将核磁共振需要的射频线圈嵌入到环压腔中。利用常规岩心夹持器进行核磁共振测量时是将射频线圈放置在常规岩心夹持器的外端，填充因子很小，信噪比会很低。本发明将线圈嵌入到环压腔中，线圈螺旋着环抱整个岩心室，线圈和岩心室之间有很小的空隙，除了可以放置包裹岩心室的胶皮筒外，剩下很小的空隙能够流通环压流体，这样线圈内外壁都受到环压流体的压力，压力平衡后不会对线圈产生影响。将线圈放入环压腔的设计与常规岩心夹持器相比填充因子很大，极大地提高了成像的信噪比。

常规岩心夹持器的加热方式是通过电加热来实现的，但是在用核磁共振技术对岩心进行物性分析的时候，外界电信号会对核磁共振测量产生不利影响，因此不适合采用电加热的方法进行加热。该发明的加热方式从环压流体入手，环压流体如果含氢，会影响核磁共振测量的准确性，因此该发明采用无氢的全氟烃油作为环压流体。将环压流体加热到实验所需要的温度，然后不断循环地流入环压腔，这样就对环压腔进行了加热同时流体填充在环压腔中能够形成环压，而岩心室处于环压腔中，因此能够获得实验所需要的温度和压力。该发明的加热方法与常规岩心夹持器相比，避免了电加热对核磁共振信号造成的影响。

该发明配置有高精度环压自动跟踪泵，通过数据采集卡采集环压腔中的环压流体的温度和压力。该类型的环压跟踪泵可以根据压力和温度的变化动态地自动调整环压和温度。同时环压跟踪泵还配有气动和液压伺服控制，主要包括环压泵、环压跟踪传感器和相应管阀件等部分，泵腔采用不锈钢的材质。驱替实验采集和控制软件可以和核磁共振软件进行良好的协同。

常规岩心夹持器装卸岩心不是很方便，本发明将岩心夹持器设计为左右可调式，这样能够快速方便地对岩心进行装卸。在对样品进行核磁共振在线检测时，胶皮筒如果含有氢元素会影响核磁共振信号，本发明的胶皮套材质采用无氢的聚四氟乙烯材质。一般换装岩心时无需拆卸聚四氟乙烯套，如需换装聚四氟乙烯套也快捷方便，可以先将岩心塞、岩心、胶皮套、聚四氟乙烯O形圈均在外装好后塞进筒体内，再装上两头。

与背景技术相比，本发明均为非金属材质，这样避免了顺磁性金属在磁场中造成的不安全因素，也避免了金属材质容易产生涡流的问题，保证其能够得到准确的核磁共振扩散弛豫二维谱和图像。同时将射频线圈嵌入到岩心夹持器的环压腔中，提高了填充因子，使得信噪比能够大大提高。此外，本发明的加热方式是通过对循环流动的环压流体进行加热，环压流体流进环压腔后对整个环压腔进行加热的方式，同时用温度和压力传感器对温度和压力进行实时地控制补偿，避免了常规加热方法对核磁共振测量造成的不利影响。

附图说明

图1为岩心夹持器的整体剖面图，图2为岩心夹持器的整体外观图，图3是用核磁共振技术进行岩心物性分析时的磁场形成图，图4是核磁共振技术进行岩心分析时的整体系统图。

具体实施方式

结合说明书附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的核磁共振兼容岩心夹持器，其设有左压帽1、左堵头2、左调节岩心塞3、筒体4、聚四氟乙烯胶套5、右压帽6、右堵头7、右调节岩心塞8、环压流体进口9、环压流体放空口10、聚四氟乙烯橡胶O形圈11、温度传感器12、线圈托架13、射频线圈14、岩心室15、环压腔16、驱替进口17、驱替出口18。

图2是岩心夹持器的整体外观图，其中有一个孔为岩心夹持器的环压流体进口9，剩下的两个孔分别为射频线圈的引入口19和射频线圈的引出口20。环压流体入口9和环压流体出口10所在的平面和射频线圈的引入口19及射频线圈的引出口20所在的平面刚好成30°的夹角。

图3是用核磁共振技术进行岩心物性分析时的磁场形成图，将岩心夹持器27放置在核磁共振所需要的磁场当中，其中主磁体的上部21和下部22产生核磁共振所需要的主磁场B₀，上梯度盘23和下梯度盘24提供核磁共振所需要的梯度场G_x、G_y、G_z，又通过岩心夹持器中的射频线圈14产生射频场B₁，这样就达到了核磁共振弛豫谱、扩散弛豫二维谱及成像的磁场要求。将射频线圈的引出口20接地，将射频线圈的引入口19分别接上前放26、通过反向并联的二极管接地、反向并联的二极管再接上功放25，最终如图3左侧的电路所示。

图4是核磁共振技术进行岩心分析时的整体系统图。图中分别有岩心夹持器27、环压跟踪泵28、电极点压力表29、5个安全阀30-34、单向阀35和36、双柱塞泵37、恒温槽38。

本发明的核磁共振兼容岩心夹持器的工作过程为：

1)安装岩心，由于本发明设计是左右可调节的，可以将左调节岩心塞3安装固定好，然后通过右调节岩心塞8来调节，调节好了以后将其固定住。

2)实验中一般不需要拆卸聚四氟乙烯套5。如需换装聚四氟乙烯套5也快捷方便，可以先将左右调节塞、岩心、胶皮筒均在外装好后塞进筒体内，再装上两头。

3)将岩心夹持器置放于能够产生核磁共振所需要的主磁场和梯度磁场的磁体中间。如图2所表示的，主磁体在磁体中间产生B₀磁场，梯度盘产生G_x、G_y、G_z梯度磁场，而射频线圈14产生B₁磁场。

4)环压流体全氟烃油从环压流体进口9流入，填满环压腔后，继续不停地流进全氟烃油，此时从环压流体放空口10流出多余的全氟烃油，形成循环流动的环压流体。留在环压腔中的流体对岩心外围聚四氟乙烯胶套5施加环压，而流体具有的特定温度也对环压腔进行了加温。

5)本发明配置的高精度环压自动跟踪泵接上220V交流电压，跟踪内压的变化，压力波动范围为±0.1MPa，精度比较高，可以根据压力的变化动态自动调整环压，使其达到相应的压力要求，同时还可以跟踪温度，对温度进行调节，使其温度也达到相应的要求。

6)当环压和温度要求满足后，通过驱替进口17流入液体或者气体，对岩心施加驱替实验，分别测量出流进驱替进口17流体的体积和流出驱替出口18的体积，就可以对驱出液体进行测量。

7)驱替压力达到要求后，此时环压腔16当中的线圈14发出射频脉冲，开始核磁共振检测。通过控制软件的协同，对温度和压力进行在线测试和记录，并显示在计算机的屏幕上。

8)实验完成后，停止流入全氟烃油，环压腔中的全氟烃油通过环压流体放空口10流出，卸载左堵头2和左岩心调节塞3，取出岩心，清洗仪器，以备下次实验。

本发明是一款核磁共振兼容的岩心夹持器，能够模拟地层条件下岩心所受到压力，应用核磁共振技术对岩心进行物性的分析。创新性地将核磁共振射频线圈嵌入在岩心夹持器内部，极大地提高了核磁共振信号的信噪比。通过对环压流体的温度及压力进行了跟踪补偿来控制实验的温度和压力。此岩心夹持器能够满足利用核磁共振技术在一定的高温高压下进行驱替实验测量的要求。

Claims

1.一种核磁共振兼容的岩心夹持器。本发明的核磁共振兼容岩心夹持器，适用于核磁共振一维弛豫谱、扩散-弛豫二维谱和成像法米对岩心进行模拟地层条件下的在线物性检测。其设有左压帽、左堵头、左调节岩心塞、筒体、聚四氟乙烯胶套、右压帽、右堵头、右调节岩心塞、环压流体进口、环压流体放空口、聚四氟乙烯橡胶O形圈、温度传感器、射频线圈、岩心室、环压腔、驱替进口、驱替出口。

2.根据权利要求1，将核磁共振射频线圈嵌入到环压腔中，增强核磁共振测量信号的信噪比。

3.根据权利要求1，采用加热后的全氟烃油(如聚全氟异丙醚或聚全氟甲乙醚等)在夹持器中的循环来实现对样品的加热和保持样品的高压状态，同时避免了电加热对核磁共振测量信号的干扰。

4.根据权利要求1，夹持器采用核磁共振兼容的无顺磁非金属材料设计，材质均为聚酰亚胺，保证在核磁共振所需的磁场环境不被破坏，同时此种材质也能保证夹持器的轻便和承压。