CN103344354B - 一种多孔介质内流体温度可视化测量装置 - Google Patents

Abstract

一种多孔介质内流体温度可视化测量装置，属于二氧化碳封存技术领域。其特征是该测量装置包括核磁共振系统、注入回收系统、温度压力控制系统和计算机数据采集系统。二氧化碳和液体经过恒温恒压泵进入岩芯样品管中的多孔介质样品，从岩芯样品管流出的二氧化碳气体和液体经过背压阀进入回收系统，温控液恒温槽在岩芯样品管外管循环对岩芯样品管进行温度控制，测量过程中的工作参数如温度、压力信号均由计算机数据采集系统采集和实时分析，核磁共振成像仪对整个气液注入过程进行温度定量可视化测量。本发明的效果和益处是能够快速、经济的实现二氧化碳封存过程中温度变化监控,获得封存过程中的传热系数,提高了二氧化碳封存效率。

Description

一种多孔介质内流体温度可视化测量装置

技术领域

本发明属于二氧化碳封存技术领域，涉及到一种多孔介质内流体温度可视化测量装置。

背景技术

随着全球温室气体的排放，温室效应导致的全球变暖已成了引起世人关注的焦点问题。政府间气候变化专业委员会(IPCC)于2005年向各国提出了碳捕捉与封存（Carbon Capture and Storage，CCS）技术以大幅减少温室气体的排放。二氧化碳封存是减少温室气体排放的有力措施。目前已经存在着多种二氧化碳封存技术，主要包括地质封存，海洋封存，工业利用和矿石碳化四种途径。CCS目前已经受到了全球各国的广泛研究和广泛应用。二氧化碳捕集与封存过程中地层水温度测量对于二氧化碳在地层扩散过程具有非常重要的影响作用，因此测量水温具有实用意义。

目前科研人员在二氧化碳驱水过程的温度测量技术领域取得了一定成果，但是现有温度测量技术在实施过程中仍存在如下问题，无法实现可视化实时测量、测量精度低难度大等。目前温度测量中使用的方法包括接触式测量和非接触式测量两大类。接触式测量包括膨胀式测温，热电偶、热电阻测温，热色测温等;非接触式测量包括辐射测温方法，激光干涉测温方法，声波微波测温方法，光谱测温方法，核磁共振成像测温方法等。膨胀式测温法存在着精度低，难以实现自动化且易于损坏的缺点。热电偶、热电阻测温只能得到几个离散点的温度，安装费时复杂，难以确定非常规物体的传热模型，并且会对温度场造成一定干扰。热色测温法会干扰测温对象温度从而带来误差。辐射测温法受被测对象发射率和中间介质影响较大，不适用于测量低发射率目标并且测温误差较大。而光谱测温法存在测温信号处理相当复杂的缺点。相比之下核磁共振测温方法可以得到无扰动的流场温度，成像中多个成像参数与温度相关，包括扩散系数、自旋晶格弛豫时间，质子共振频率，磁化传递，分子间量子相干和温度造影剂等。核磁共振测量温度具有以下优点：是一种非接触测量，不会对流场产生扰动，没有离子辐射，能够任何方向高分辨成像，并且由于核磁成像的多个参数随温度变化可以灵活选择成像参数，在工业领域得到了广泛应用。

发明内容

本发明提供了一种多孔介质内流体温度可视化测量装置，解决二氧化碳封存过程中温度的无法可视化测量、精度低等问题。

本发明的技术方案是：

一种多孔介质内流体温度可视化测量装置，包括核磁共振系统、注入回收系统、温度压力控制系统和计算机数据采集系统四个部分。

第一个为核磁共振系统：包括有核磁共振成像仪和岩芯样品管。岩芯样品管包括第一热电偶口、第二热电偶口、温控液注入口、温控液出口、端盖、内管、外管、端盖、封头、多孔介质、滤网、压板和保温层；封头与内管由锥度螺纹连接，端盖与封头、端盖与外管靠密封圈密封；内管内填充多孔介质；外管供温控液循环；外管外侧有保温层，以隔绝核磁共振成像仪与岩芯样品管之间的热传导，达到良好的隔热效果，能保护核磁共振成像仪，更精确地维持岩芯样品管内的温度。

第二个为注入回收系统：包括有气体注入回收系统、液体注入回收系统和真空泵。液体注入回收系统包括液体瓶、第一恒温恒压泵和回收瓶；气体注入回收系统包括气瓶和第二恒温恒压泵；液体和气体分别注入岩芯样品管中，从岩芯样品管所排出的液体进入回收瓶，气体排放到大气中；注入回收系统与岩芯样品管经铜管连接。

第三个是温度压力控制系统：包括有第一恒温槽、第二恒温槽、第三恒温槽、背压阀、第一压力表和第二压力表。第一恒温槽控制第一恒温恒压泵的温度，第二恒温槽控制第二恒温恒压泵的温度；第三恒温槽控制岩芯样品管的温度、第一压力表测量气瓶压力，第二压力表监控真空泵压力,调节背压阀压力，使实验系统达到所需压力；

第四个是计算机数据采集系统：包括测量温控液温度的第一热电偶、测量流体温度的第二热电偶、压差传感器、天平和流量计，采集系统能够实时采集并处理温度、压力、质量和流量数据。

本发明的效果和益处是一种多孔介质内流体温度可视化测量装置，解决二氧化碳封存过程中温度的无法可视化测量、精度低等问题。样品岩芯管的外管采用保温层设计，良好的阻隔了核磁共振成像仪与岩芯样品管外管之间的热传导，达到良好的隔热效果，保护核磁共振成像仪，维持了岩芯样品管的温度；岩芯样品管采用聚酰亚胺材料制成，无磁性且满足耐高压的要求，结构紧凑，使用方便；通过调节温控液温度，控制岩芯样品管内样品的温度，背压阀调节整个系统的压力，模拟地层二氧化碳封存的真实环境。在二氧化碳封存实验过程中通过对流体的核磁共振成像扫描获得流体温度场。

附图说明

图1是一种多孔介质内流体温度可视化测量装置结构框图。

图2是一种多孔介质内流体温度可视化测量装置连接示意图。

图3是岩芯样品管剖面示意图。

图4是岩芯样品管截面示意图。

图中：核磁共振成像仪1；岩芯样品管2；液体瓶3；第一恒温恒压泵4；第二恒温恒压泵4a；减压阀5；气瓶6；背压阀7；回收瓶8；天平9；流量计10；真空泵11；压差传感器12；第一恒温槽13；第二恒温槽13a；第三恒温槽13b；第一针阀14；第二针阀14a；第三针阀14b；第四针阀14c；第五针阀14d；第六针阀14e；第七针阀14f；第一单向阀15；第二单向阀15a；第三单向阀15b；第一压力表16；第二压力表16a；第一热电偶17；第二热电偶17a；工控机18；第一热电偶口19；温控液出口20；第二热电偶口21；气液出口22；端盖23；密封圈24；封头25；内管26；外管27；多孔介质28；滤网29；压板30；温控液注入口31；气液注入口32；保温层33。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

如图1所示，其工作过程为：岩芯样品管内填充多孔介质材料，液体经过第一恒温恒压泵进入岩芯样品管，岩心管外管有温控液循环，对岩芯样品管进行温度控制。二氧化碳气体经过第二恒温恒压泵进入岩芯样品管。从岩芯样品管气液出口流出的液体和二氧化碳气体由天平和流量计进行测量，流动过程中的工作参数如温度、压力、质量和流量信号均由计算机数据采集系统和实时分析，核磁共振成像仪对整个气液注入过程进行温度定量可视化测量。

如图2所示，按图中所示系统加以说明：

第一步；核磁共振系统工作过程为：填充岩芯样品管。打开端盖23和封头25，向内管26中添加设定的具体工况所需的多孔介质材料，填充过程中不断敲打，形成多孔介质样品28；封上封头25，套上外管27，旋紧端盖23，岩芯样品管内管26填充多孔介质完毕。软管连接好温控液注入口31和温控液出口20，铜管连接气液注入口32和气液出口22。将连接好的岩芯样品管2放入核磁共振成像仪1。利用核磁共振成像仪对整个气液注入过程进行温度定量测试。

第二步：注入回收系统工作过程为：首先抽真空，打开第三针阀14b，关闭第二针阀14a、第五针阀14d和第六针阀14e，运行真空泵11，对岩芯样品管2以及连接的铜管抽真空。达到真空要求则关闭第三针阀14b。其次注入液体，打开第一针阀14、第二针阀14a、第六针阀14e、第一单向阀15和第三单向阀15b，运行第一恒温恒压泵4，液体从液体瓶3经第一恒温恒压泵4，由气液注入口32进入岩芯样品管2，至回收瓶8有液体流出，关闭第一恒温恒压泵4；然后进行耐压检漏测试。关闭第六针阀14e，打开第七针阀14f，液体以恒压的方式通过气液注入口32进入多孔介质28，观察压差传感器12信号，对岩芯样品管进行耐压检漏测试；最后注入二氧化碳气体，关闭第二针阀14a，打开减压阀5、第四针阀14c、第五针阀14d、第六针阀14e、第二单向阀15a和第三单向阀15b，二氧化碳气体从气瓶6通过第二恒温恒压泵4a从气液注入口32进入岩芯样品管内的多孔介质28。从气液出口22出来的液体和气体经过背压阀7，液体流至回收瓶8，气体排入大气中。

第三步:温度压力控制系统工作过程为：实验开始前将第三恒温槽13b的温度保持在实验设定值，精确控制岩芯样品管2的温度。调节第一恒温槽13使得第一恒温恒压泵4温度达到实验所需，调节第二恒温槽13a使得第二恒温恒压泵4a温度达到实验所需，精确控制注入液体和二氧化碳气体温度。调节背压阀使系统压力达到实验所需。

第四步：计算机数据采集系统工作过程为：第一热电偶17、第二热电偶17a、压差传感器12、天平9和流量计10采集得到多孔介质内温度、压力、流出液体质量、气体流量等模拟信号，这些信号传入工控机18进行数据显示和存储。

Claims (1)

1.一种多孔介质内流体温度可视化测量装置，其特征在于包括四个系统，即核磁共振系统、注入回收系统、温度压力控制系统和计算机数据采集系统；

所述的核磁共振系统包括核磁共振成像仪和岩芯样品管，岩芯样品管包括第一热电偶口(19)、温控液出口(20)、第二热电偶口(21)、气液出口(22)、端盖(23)、密封圈(24)、封头(25)、内管(26)、外管(27)、多孔介质(28)、滤网(29)、压板(30)、温控液注入口(31)、气液注入口(32)和保温层(33)，封头(25)与内管(26)由锥度螺纹连接，端盖(23)与封头(25)、端盖(23)与外管(27)靠密封圈密封，内管(26)内填充多孔介质(28)，外管(27)供温控液循环，核磁共振成像仪对整个气液注入过程进行温度定量测试；

所述的注入回收系统包括有液体注入回收系统、气体注入回收系统和真空泵，液体注入回收系统包括液体瓶（3）、第一针阀（14）、第一恒温恒压泵（4）、第一单向阀（15）、第二针阀（14a）、第六针阀（14e）、第三单向阀（15b）和回收瓶（8），气体注入回收系统包括气瓶(6)、第四针阀（14c）、第二恒温恒压泵（4a）、减压阀 (5) 、第二单向阀（15a）、第五针阀（14d）和第四单向阀（15c），第三针阀（14b）与真空泵相连，液体和气体分别注入岩芯样品管（2）中，从岩芯样品管（2）所排出的液体进入回收瓶（8），气体排放到大气中；

所述的温度压力控制系统包括控制第一恒温恒压泵（4）温度的第一恒温槽（13）、控制第二恒温恒压泵（4a）温度的第二恒温槽（13a）和控制岩芯样品管（2）的第三恒温槽（13b）、测量气瓶压力的第一压力表（16）和测量真空泵压力的第二压力表（16a）, 背压阀（7）控制整个可视化测量装置的压力；所述的计算机数据采集系统包括测量温控液温度的第一热电偶（17）和测量流体温度的第二热电偶（17 a）、第七针阀（14f）、压差传感器（12）、天平（9）和流量计（10），计算机数据采集系统实时采集并处理温度、压力、质量和流量数据，并把采集的数据传给工控机处理。

2.根据权利要求1所述的一种多孔介质内流体温度可视化测量装置，其特征在于：所述的岩芯样品管的内管和外管是聚酰亚胺材料制作而成，封头和端盖是钛合金材料，外管外侧有保温层。

3.根据权利要求1所述的一种多孔介质内流体温度可视化测量装置，其特征在于：所述的气体是二氧化碳，所述的液体是水或轻油。

4.根据权利要求1所述的一种多孔介质内流体温度可视化测量装置，其特征在于：所述的多孔介质(28)是玻璃砂、石英砂或粘土。