CN110658225B - 一种基于mri的高温高压下两相流体对流混合实验方法 - Google Patents

一种基于mri的高温高压下两相流体对流混合实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于多相流技术领域，提供了一种基于MRI的高温高压下两相流体对流混合实验方法。该实验方法用于实时观测两相对流混合界面特性，打破了原有二维赫尔肖盒子法等无法观测三维多孔介质中对流过程的局限。本发明利用的高场核磁共振设备具有成像准确，对样品能够连续快速扫描的特点。发明中选择的替代流体对的适用范围可推广到任意二维，三维装置(有/无)多孔介质中；该方法可以准确实现高压条件下对流混合过程的可视化观测，方法简单，接近真实储层条件。适用于三维多孔介质中对流混合过程的界面前沿观测，储层温度和压力下对指进形态和流体间传质等参数的预测研究。

Description

一种基于MRI的高温高压下两相流体对流混合实验方法
技术领域
本发明属于多相流技术领域，涉及一种基于MRI的高温高压下两相流体对流混合实验方法。
背景技术
两种混相流体由于存在密度而发生对流混合的过程是常见的过程之一。如CO2咸水层封存、超临界CO2采油和地下水污染处理等过程。对流触发的指进现象一定程度上促进了流体间的质量传递，在一些工程或实际问题上需要寻求方法来抑制或促进指进现象的发生，因此多孔介质中两相流体间流动过程的观测和分析是十分必要的。由于大规模现场尺度的测量难以实现且需要花费大量的经费，更多的研究是在实验室尺度下进行的。在如上所述储层相关的问题上，高温高压条件纯密度驱动下两相流体观测方法的实现仍是一个难题。
已有大量学者对密度驱动下的对流混合现象进行研究，从而从实验或模拟方法中得到的结果以指导实际工程。传统对流混合相关的实验方法一般采用PTV筒法，赫尔肖盒子法和高压可视窗结合吸光度法。但它们存在的限制是：1)对于PTV筒法，虽然可以进行定量分析但可视化困难；2)赫尔肖盒子法和高压可视窗结合吸光度法，更多进行的是纯流体间的对流，不具有适用性，另外图像信息受光强影响大，难以定量分析；3)实验系统中流体选择不当或思路方法不佳使对流混合的初始时刻难以捕捉等。
发明内容
为了解决现有观测两相流体密度差引起的对流混合实验方法的局限和不足，本发明利用核磁共振成像仪具有快速成像、对样品能进行无损检测的特点，提出了一种基于MRI的高温高压条件下两相流体对流混合实验方法。本发明的实验方法能够实现储层温度和压力下对三维多孔介质中对流混合过程的实时观测。可精确获得多孔介质对流混合界面行为变化，解决了长期以来用模拟流体无法进行三维多孔介质中高压条件下观测的难题。
本发明采取以下技术方案。一种基于MRI的高温高压条件下两相流体对流混合实验方法，具体步骤为：
第一步：制备两相流体；
配置不同密度的两相流体，其中密度较大者Fd作为重流体，密度较小者Fl作为轻流体；
第二步：连接管路与检漏；
取出反应釜后向内管填充多孔介质，外管接通循环油浴，控制反应釜内温度，将反应釜连接到管路中，完成后进行管路检漏；
第三步：向填充多孔介质的反应釜内注入轻流体Fl；
关闭反应釜上端阀门，对填充了多孔介质的反应釜内管抽真空，保证真空条件后关闭真空泵，并向反应釜由下至上以恒定流速注入轻流体Fl直至多孔介质饱和；
第四步：向填充多孔介质的反应釜内注入重流体Fd；
打开反应釜上端阀门连通大气，随后向反应釜由下至上注入重流体Fd，驱走计算体积V0的轻流体Fl，拧紧上端阀门继续注入重流体Fd直至反应釜升为目标压力，静置反应釜直至温度和压力稳定；
第五步：将反应釜放入核磁共振成像系统；
断开油浴连接，迅速倒转反应釜后将该装置放入核磁共振成像系统，保证温度误差为0.5℃以内；同时进行MRI图像拍摄，连接油浴持续控温；
第六步：进行对流混合实验；
利用核磁共振成像仪对选定区域进行可视化观测，观察指进发展。
进一步地，上述第四步中，升压前驱走Fl的体积V0的计算方法为：
V0＝Vl+x×Vb×Ф
其中V0为升压前驱走的轻流体Fl的总体积、Vl为重流体Fd进入反应釜前置换轻流体Fl在管路中的死体积、x为计划注入重流体Fd的体积分数，通过调节注入的重流体体积使两相界面位于成像视野中心、Vb为反应釜内管总体积、Ф为多孔介质孔隙度。
进一步地，上述的两相流体为具有密度差异(Δρ＞0)的混相流体、满足对流初始条件Ra＞4π2、触发的指进数量N＞2、不受内径D＜20mm的狭窄管径的限制。
进一步地，上述与油浴连接的软管上接有直通式管接头，便于迅速对调反应釜进出口连接方向，精确控制温度。
本发明的有益效果为：
1.首次实现实验室尺度下在三维多孔介质及储层温度压力条件下开展两相流体密度差引起的对流混合可视化观测，为后续实验室进行相关对流混合研究具有重要意义；
2.使用的MRI设备可以对任意三维多孔介质进行无损检测；检测过程方便、快速；可完整观测对流混合发展全过程；
3.选用的流体对没有使用条件限制，可以在任意工况下、任意装置、任意(有/无)多孔介质中开展密度驱动下两相流体的对流混合实验；
4.步骤五中油浴管路上接有软管专用快速接头，便于迅速对调反应釜进出口连接方向，实现温度的精确控制。
附图说明
图1为实验系统图。
图中：1循环油浴；2高压反应釜；3软管快速接头；4注入泵；5中间容器；6真空泵；7烧杯；8废液杯；9压力传感器；10核磁共振成像仪；11数据采集计算机；12重流体Fd；13轻流体Fl。
图2为液-液两相流体对流混合MRI原始灰度图。
具体实施方式
以下结合具体技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1，选择的两相流体为80％质量分数的甘油溶液和水，其中水中添加0.05质量分数的MnCl2来提高成像对比度。且满足两相流体的选择条件：密度差Δρ＝0.2kg/m3、二者为混相流体、满足对流初始条件Ra＞4π2、触发的指进数量N＞4(管径D＝15mm情况下)。进行40℃、8MPa条件下，不同渗透率玻璃砂中两相流体对流混合过程。包括以下步骤：
(1)配置80％质量分数甘油溶液/0.05％质量分数MnCl2溶液。
(2)连接管路与检漏。取出反应釜后向内管填充玻璃砂作为多孔介质，外管接通循环油浴1控制反应釜内温度为40℃，将反应釜上端连接管路和阀门，反应釜下端与中间容器5、注入泵4等连接，连接完成后进行检漏。
(3)向填充玻璃砂的反应釜2内注入MnCl2溶液。关闭反应釜上端阀门，对填充了玻璃砂的反应釜抽真空，一段时间后关闭真空泵6并向反应釜中由下至上以恒定流速注入0.05％质量分数的MnCl2溶液直至饱和多孔介质。
(4)向填充多孔介质的反应釜2内注入甘油溶液。打开反应釜上端阀门连通大气，随后向反应釜中由下至上注入甘油溶液至反应釜1/2处，拧紧反应釜上端阀门，再次从下往上注入甘油溶液直至升为8MPa，静置反应釜2一段时间等待温度和压力稳定。其中驱走MnCl2溶液体积的计算方法为：
V0＝Vl+1/2×Vb×Ф
其中V0为计算注入的甘油溶液的总体积、Vl为进入反应釜前置换轻流体Fl在管路中的死体积、Vb为反应釜内管总体积，Ф为玻璃砂孔隙度、Va为升至8MPa前后甘油溶液在玻璃砂中增加的体积；
(5)将反应釜放入核磁共振成像系统。断开油浴1连接，迅速倒转反应釜后将该装置放入核磁共振成像系统10，同时进行MRI图像拍摄，连接油浴持续控温。
(6)进行对流混合实验。利用核磁共振成像仪对目标区域进行可视化测量，每次实验结束后更换不同渗透率的玻璃砂进行以上操作步骤，完成不同渗透率的砂子中对流混合观测。
以上所述仅为本发明的实施例之一，凡在本发明的原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于MRI的高温高压下两相流体对流混合实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配置80％质量分数甘油溶液和0.05％质量分数MnCl2溶液；
(2)连接管路与检漏；取出反应釜后向内管填充玻璃砂作为多孔介质，外管接通循环油浴(1)控制反应釜内温度为40℃，将反应釜上端连接管路和阀门，反应釜下端与中间容器(5)、注入泵(4)连接，连接完成后进行检漏；
(3)向填充玻璃砂的反应釜(2)内注入MnCl2溶液；关闭反应釜上端阀门，对填充了玻璃砂的反应釜抽真空，一段时间后关闭真空泵(6)并向反应釜中由下至上以恒定流速注入0.05％质量分数的MnCl2溶液直至饱和多孔介质；
(4)向填充多孔介质的反应釜(2)内注入甘油溶液；打开反应釜上端阀门连通大气，随后向反应釜中由下至上注入甘油溶液至反应釜1/2处，拧紧反应釜上端阀门，再次从下往上注入甘油溶液直至升为8MPa，静置反应釜(2)一段时间等待温度和压力稳定；其中驱走MnCl2溶液体积的计算方法为：
V0＝Vl+1/2×Vb×Ф
其中V0为计算注入的甘油溶液的总体积、Vl为进入反应釜前置换轻流体Fl在管路中的死体积、Vb为反应釜内管总体积，Ф为玻璃砂孔隙度；
(5)将反应釜放入核磁共振成像系统；断开油浴(1)连接，迅速倒转反应釜后将该装置放入核磁共振成像系统(10)，同时进行MRI图像拍摄，连接油浴持续控温；
(6)进行对流混合实验；利用核磁共振成像仪对目标区域进行可视化测量，每次实验结束后更换不同渗透率的玻璃砂进行以上操作步骤，完成不同渗透率的砂子中对流混合观测。
2.根据权利要求1所述的一种基于MRI的高温高压条件下两相流体对流混合实验方法，其特征在于，所述的两相流体为具有密度差Δρ＝0.2kg/m3的混相流体、满足对流初始条件Ra＞4π2、触发的指进数量N＞4、管径D＝15mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于MRI的高温高压条件下两相流体对流混合实验方法，其特征在于，与油浴连接的软管上接有直通式管接头，便于迅速对调反应釜进出口连接方向，精确控制温度。
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