CN104406999B - 一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置及方法，该装置包括外管、标定管、内管、端盖、封头、控温液接头、橡胶塞、O型圈、紧定螺钉，压力为0～15Mpa，温度为0～50℃。外管与标定管间隙为控温循环液体流动层，标定管与内管间隙充满标定信号强度的液体。内管与两个封头构成中空耐高压腔体，其中填充玻璃砂、石英砂或粘土等多孔介质。通过样品与标定液的信号强度数据比值得到样品相对信号强度，避免因为追求高信噪比进行调谐、匀场操作后造成初始饱和信号强度变化，实现核磁共振成像信号的原位标定测量。该测量装置不影响核磁共振成像信号，可用于进行多相多组分流体在多孔介质中的渗流及相关特性的核磁共振成像实验。

Description

一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置及方法，属于石油科研仪器及渗流力学领域。

背景技术

随着各种类型油藏开发遇到的问题越来越多，提高石油采收率工作的难度越来越大，需要开展复杂的油藏物理模拟研究，以研究油藏开采机理和提高石油采收率的新方法，为油田高效开发提供理论依据。同时随着科学技术的进步，研究手段更加多样化，油藏物理模拟的重点从定性转向定量，核磁共振成像(MRI)也已经应用到了油层物理模拟研究领域。核磁共振成像原理是利用磁场与射频脉冲使氢核发生进动产生射频信号，经计算机处理成像。油藏中的流体(原油、油田水)含有氢核可以成像。核磁共振成像能够探测油藏中的流体以及流体与油藏表面的相互作用，反映的是流体在油藏孔隙中的赋存位置，以及流体与其周围孔隙的界面效应等情况。目前，通常使用的核磁共振成像夹持器采用双层套管结构，外层流通控温循环液，内层填充样品多孔介质。

但是受各种客观条件，例如磁体附近铁磁性物质、环境温度或匀场电源漂移等因素的影响，磁场的稳定性、均匀性和磁场强度值会发生变化。进行核磁共振成像油藏渗流模拟核磁共振成像实验时，为了达到高的信噪比，采取调谐、匀场操作改变图像质量，会造成核磁共振成像信号强度数据改变。每次初始完全饱和条件下填砂层的核磁共振成像信号数据无法保持一致，使得核磁共振成像油藏渗流模拟核磁共振成像实验可重复性差。因为没有统一的信号强度数据标准，无法实现原位标定测量，多组数据无法进行横向比较。根据样品信号数据计算孔隙度，饱和度，驱替效率等油层渗流物理特性时会存在较大的误差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置及方法。根据在不同调谐、匀场条件下，相同饱和度填砂层信号数据与标定溶液信号数据比值是固定的，设计了具有标定溶液层的核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置及方法，同时监测样品与标定液的信号强度数据，对图像定量分析，计算样品与标定液信号强度比值得到填砂层相对信号强度，避免因为追求高信噪比进行调谐、匀场后造成初始饱和信号强度变化，实现核磁共振成像信号的原位标定测量。并且该结构紧凑，使用方便，能够保证满足高温高压条件，可以避免材料对核磁共振成像信号干扰。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置，该装置包括外管、标定管、内管、端盖、封头、控温液接头、橡胶塞、O型圈和紧定螺钉。端盖包括外管端盖、端盖O型圈和标定管端盖，外管端盖与标定管端盖之间是端盖O型圈；外管的端盖和标定管的端盖通过螺纹连接，形成一个整体；端盖上还设有控温液导流槽和标定液导流槽，标定液导流槽斜穿至端盖的中心孔，可以选择与端盖轴线成20度夹角；控温液接头与控温液导流槽入口的螺纹连接；外管端盖、外管沿轴线圆周阵列3个螺纹孔与紧定螺钉配合连接；平行于轴线并前后对称的两个截平面截切外管端盖，在圆柱面上形成两个截切平台。封头包括螺纹铜管、外管端盖管接头、外管端盖管接头O型圈、内管接头和滤垫；螺纹铜管穿过端盖中心孔，外管端盖管接头O型圈位于外管端盖管接头与外管端盖之间；外管端盖管接头与外管端盖之间为螺纹连接，内管接头与内管之间的连接方式为螺纹连接。

外管、标定管和内管均两端开口，外管与内管之间设置一个标定管，两个外管端盖、外管与标定管构成的间隙为控温循环液体流动层；两个标定管端盖、标定管与内管间隙充满标定液，标定液可以是润湿相流体；内管与两个封头构成中空耐高压腔体，内管中填充玻璃砂、石英砂、粘土等样品多孔介质。

该装置的外管、标定管和内管采用PEEK；外管端盖、标定管端盖、外管端盖管接头和内管接头为钛合金材质，滤垫和控温液接头为聚酰亚胺材质，橡胶塞材质为丁基橡胶，O型圈材质为氢化丁腈橡胶。

将内管填充样品多孔介质，并在标定层注满标定液后，将该装置连接核磁共振成像系统，通过加热制冷循环器、背压阀、注入泵控制温度压力注入速度，利用数据采集系统检测温度压差，利用核磁共振成像仪进行可视化测量，对图像定量分析，计算相对信号强度，得到孔隙度、饱和度、驱替效率等数据，实现多相多组分流体在多孔介质中的渗流模拟。

本发明的有益效果是：

1、该装置拆装方便，可进行多次填充、重复使用。连接方式采用螺纹连接，保证强度并各使部件连接紧凑。筒体采用高强度特种工程塑料PEEK，设计压力为0～15Mpa，设计温度为0～50℃，并避免金属材料对核磁成像信号的干扰，不影响核磁共振成像质量；

2、控温方式采用循环液控温，下进上出循环注入充分换热。温度传感器实时监测温度，加热制冷循环器可达到良好的控温精度，其控温精度为±0.5℃。

3、标定液填充腔，处于控温层和填砂层中间，不占用样品填充空间，不影响控温层热传导，也不会造成局部信号干扰。计算样品与标定液的信号强度数据比值可得到样品相对信号强度，避免因为追求高信噪比进行调谐、匀场操作后造成初始饱和信号强度变化，实现核磁共振成像信号的原位标定测量。

附图说明

图1是一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置的结构图。

图2是图1的A-A剖视结构图

图3是封头结构图。

图4a是端盖的俯视图。

图4b是图4a的B-B剖视图结构。

图4c是端盖的等轴测图。

图5是一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置实施应用图。

图中：1外管端盖；2标定管端盖；3端盖O型圈；4控温液接头；5橡胶塞；6外管端盖管接头；7外管端盖管接头O型圈；8螺纹铜管；9内管接头；10内管接头O型圈；11滤垫；12内管；13标定管O型圈；14标定管；15外管O型圈；16外管；17紧定螺钉。

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。

图1图2是原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置。

将原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置螺纹铜管8，内管接头9，内管接头O型圈10和滤垫11进行装配，组成图3所示封头结构，滤垫可以有效阻隔填充样品移动，装配下端封头与内管12，内管接头O型圈保证内管和封头进行有效密封，重复该步骤安装上端封头。

标定管套过内管；将标定管端盖2、端盖O型圈3、标定管O型圈13进行装配，下端螺纹铜管穿过标定管端盖中心孔，标定管O型圈保证标定管和标定管端盖进行有效密封，重复该步骤安装上端标定管端盖。

外管套过标定管；将外管端盖1、外管O型圈15进行装配，下端螺纹铜管穿过外管端盖中心孔并通过螺纹连接标定管端盖和外管端盖保证牢固结合，组成图4所示端盖，外管O型圈保证外管和外管端盖进行有效密封，重复该步骤安装上端外管端盖。

将控温液接头4与两端外管端盖进行安装。外管端盖管接头6和外管端盖管接头O型圈7套过螺纹铜管与通过螺纹连接外管端盖，用紧定螺钉17固定外管和外管端盖。密封圈能保证零件间进行有效密封；螺纹连接保证零件间牢固结合。

上端端盖的控温液接头作为控温循环液出口，下端端盖的控温液接头作为控温循环液的入口；穿过上端端盖中心孔的螺纹铜管通过联轴器与外部管路连接作为气/液入口，穿过下端端盖中心孔的螺纹铜管通过联轴器与外部管路连接作为气/液出口。

利用上述原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置的步骤如下：

第一步，模拟油藏多孔介质并完成装置装配安装。装配下端封头与内管，根据需要向内管内填入足量合适粒径的玻璃砂、石英砂或粘土等多孔介质，震荡压实，填充完成后安装上端封头。依次安装标定管，两端标定管端盖，外管，两端外管端盖，两端控温液接头。

第二步，填充标定溶液。水平放置该装置，使用注射器由一端的外管端盖的标定液导流槽注入标定溶液，至另一端有液体流出后注入停止，用橡胶塞5封堵标定液导流槽出、入口。将热电偶探针插入标定液导流槽橡胶塞，并浸没在液体中。

第三步，将该装置连接系统。如图5所示，将气/液入口与流体注入泵相连、气/液出口与背压阀相连。在气/液进出口之间连接差压传感器。控温循环液的入口连接加热制冷循环器出口，控温循环液的出口连接加热制冷循环器入口，构成一个回路循环控温液控制温度。最后，将该装置置入核磁共振成像探头内。

第四步，进行油藏渗流模拟。先用真空泵将装置内管抽真空，打开注入泵设定流速注入流体，利用背压阀控制内管样品压力。数据采集装置完成对温度、差压数据采集。利用核磁共振成像仪对整个油藏渗流模拟进行可视化测量，同时监测样品与标定液的信号强度数据，对图像定量分析，计算样品与标定液信号强度比值得到样品相对信号强度，实现核磁共振成像信号的原位标定测量。

Claims (5)

1.一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置，包括外管、标定管、内管、端盖、封头、控温液接头、橡胶塞、O型圈和紧定螺钉；其特征在于，端盖包括外管端盖、端盖O型圈、标定管端盖，外管端盖与标定管端盖之间是端盖O型圈；外管端盖和标定管端盖通过螺纹连接形成一个整体，端盖整体上还设有控温液导流槽和标定液导流槽，标定液导流槽斜穿至端盖的中心孔；控温液接头与控温液导流槽入口的螺纹连接；外管端盖、外管沿轴线圆周阵列3个螺纹孔与紧定螺钉配合连接；平行于轴线并且前后对称的两个截平面截切外管端盖，在圆柱面上形成两个截切平台；

封头包括螺纹铜管、外管端盖管接头、外管端盖管接头O型圈、内管接头和滤垫；螺纹铜管穿过端盖中心孔，外管端盖管接头O型圈位于外管端盖管接头与外管端盖之间；外管端盖管接头与外管端盖之间为螺纹连接，内管接头与内管之间为螺纹连接；

外管、标定管和内管均两端开口，外管与内管之间设置一个标定管，两个外管端盖、外管与标定管构成的间隙为控温循环液体流动层；两个标定管端盖、标定管与内管间隙充满标定液；内管与两个封头构成中空耐高压腔体，内管中填充样品多孔介质；

所述的标定液是润湿相流体；

所述的内管中填充玻璃砂、石英砂或粘土。

2.根据权利要求1所述的一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置，其特征在于，上端端盖的控温液接头作为控温循环液出口，下端端盖的控温液接头作为控温循环液的入口；穿过上端端盖中心孔的螺纹铜管通过联轴器与外部管路连接作为气/液入口，穿过下端端盖中心孔的螺纹铜管通过联轴器与外部管路连接作为气/液出口。

3.根据权利要求1或2所述的一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置，其特征在于，外管、标定管和内管采用PEEK；外管端盖、标定管端盖、外管端盖管接头和内管接头为钛合金材质，滤垫和控温液接头为聚酰亚胺材质，橡胶塞材质为丁基橡胶，O型圈材质为氢化丁腈橡胶。

4.利用权利要求1或2所述的一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置的方法，其特征在于以下步骤，第一步，模拟油藏多孔介质并完成装置安装；装配下端封头与内管，根据需要向内管内填入足量合适粒径的玻璃砂、石英砂或粘土等多孔介质，震荡压实，填充完成后安装上端封头；依次安装标定管，两端标定管端盖，外管，两端外管端盖，两端控温液接头；

第二步，填充标定溶液；水平放置该装置，使用注射器由一端的外管端盖的标定液导流槽注入标定溶液，至另一端有液体流出后注入停止，用橡胶塞封堵标定液导流槽出、入口；将热电偶探针插入标定液导流槽橡胶塞，并浸没在液体中；

第三步，将该装置连接实验系统；将气/液入口与流体注入泵相连、气/液出口与背压阀相连；在气/液进出口之间连接差压传感器；控温循环液的入口连接加热制冷循环器出口，控温循环液的出口连接加热制冷循环器入口，构成一个回路循环控温液控制温度；最后，将该装置置入核磁共振成像探头内；

第四步，进行油藏渗流模拟；先用真空泵将装置内管抽真空，打开注入泵设定流速注入流体，利用背压阀控制内管样品压力；数据采集装置完成对温度、差压数据采集；利用核磁共振成像仪对整个油藏渗流模拟进行可视化测量，同时监测样品与标定液的信号强度数据，对图像定量分析，计算样品与标定液信号强度比值得到样品相对信号强度，实现核磁共振成像信号的原位标定测量。

5.利用权利要求3所述的一种原位标定核磁共振成像油藏渗流模拟测量装置的方法，其特征在于以下步骤，第一步，模拟油藏多孔介质并完成装置安装；装配下端封头与内管，根据需要向内管内填入足量合适粒径的玻璃砂、石英砂或粘土等多孔介质，震荡压实，填充完成后安装上端封头；依次安装标定管，两端标定管端盖，外管，两端外管端盖，两端控温液接头；

第二步，填充标定溶液；水平放置该装置，使用注射器由一端的外管端盖的标定液导流槽注入标定溶液，至另一端有液体流出后注入停止，用橡胶塞封堵标定液导流槽出、入口；将热电偶探针插入标定液导流槽橡胶塞，并浸没在液体中；

第三步，将该装置连接实验系统；将气/液入口与流体注入泵相连、气/液出口与背压阀相连；在气/液进出口之间连接差压传感器；控温循环液的入口连接加热制冷循环器出口，控温循环液的出口连接加热制冷循环器入口，构成一个回路循环控温液控制温度；最后，将该装置置入核磁共振成像探头内；

第四步，进行油藏渗流模拟；先用真空泵将装置内管抽真空，打开注入泵设定流速注入流体，利用背压阀控制内管样品压力；数据采集装置完成对温度、差压数据采集；利用核磁共振成像仪对整个油藏渗流模拟进行可视化测量，同时监测样品与标定液的信号强度数据，对图像定量分析，计算样品与标定液信号强度比值得到样品相对信号强度，实现核磁共振成像信号的原位标定测量。