CN116615018B - 抗干扰装置及核磁共振在线驱替系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质测量技术领域，尤其涉及一种抗干扰装置及核磁共振在线驱替系统，旨在解决核磁共振在线驱替时现有屏蔽措施难以消除电磁干扰的问题。本发明提供的抗干扰装置包括辐射屏蔽单元和传导隔离单元；辐射屏蔽单元包括屏蔽间、屏蔽网和传导板；核磁共振仪设置于屏蔽间内，岩心夹持器设置于屏蔽网内，传导板安装于屏蔽间；传导隔离单元包括穿墙接头和转接件；穿墙接头和转接件均串联于金属管线以阻断电磁干扰沿金属管线传导；穿墙接头安装于传导板以阻断电磁干扰沿金属管线进入屏蔽间内；转接件用于阻断电磁干扰沿金属管线进入屏蔽网内。通过辐射屏蔽单元和传导隔离单元的结合使用，有效隔离了电磁干扰，保证了测量的精确性。

Description

抗干扰装置及核磁共振在线驱替系统

技术领域

本发明涉及地质测量技术领域，尤其涉及一种抗干扰装置及核磁共振在线驱替系统。

背景技术

多相驱替物理模拟实验是在地质认识的基础上模拟地下相似的温度和压力条件，开展油、气、水的多相驱替实验，应用于石油勘探开发、CO₂地质封存、地热资源开发利用等的研究。利用核磁共振对物理模拟实验进行原位监测，可以实时在线观察驱替过程，获得诸如孔隙度、渗透率、饱和度变化等诸多参数，具有无损无辐射、非介入式测量等优势。开展核磁共振在线驱替物理模拟实验时，岩石样品骨架本身不产生核磁共振信号，存在于岩石孔隙内的流体才能产生核磁共振信号。地下岩石的孔隙度一般为5%-25%，埋藏深度越大，压实作用强，同时意味着其经历的各种成岩作用也更强烈，因而孔隙度等物性趋于变差，例如埋深大于4500m油气储层岩石的孔隙度可下降为5%-15%。因此，地下岩石样品的核磁共振信噪比不会很高。核磁共振探头线圈是敏感设备，极易受到外界的电磁噪声干扰，导致信噪比进一步降低，影响测量精度。

实验系统中的干扰源主要有注入泵、围压泵、加热带、压力传感器、压差传感器及其供电装置等。无论是电路直接的干扰，还是设备之间的干扰，都是电磁能量从干扰源耦合进敏感源的过程。而能量的传输有两个途径，一个是沿着导体以电流形式传输，称为传导，另一个是通过空间以电磁波的方式传输，称为辐射。虽然核磁共振分析仪在设计之初已考虑到抗干扰的问题，主要通过屏蔽间避免核磁共振探头线圈、核磁共振磁体等受到空间传播的电磁噪声的干扰，并通过传导板的设置过滤信号。但核磁共振在线驱替系统由于需要模拟地下的高温高压环境，其包含的注入泵、围压泵、加热带、传感器以及供电装置等会导致电磁干扰问题变得复杂：屏蔽间外部的装置和屏蔽间内部的岩心夹持器之间由若干高压金属管线连接，电磁干扰会沿着金属管线传导；由于温度和压力控制的需要，加热带、压力传感器、压差传感器及其供电装置需要安装在离岩心夹持器比较近的屏蔽间内部，因此导致电磁干扰的传导和辐射，使电磁干扰难以消除，影响测量的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗干扰装置及核磁共振在线驱替系统，以解决核磁共振在线驱替时现有屏蔽措施难以消除电磁干扰的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种抗干扰装置，包括辐射屏蔽单元和传导隔离单元；辐射屏蔽单元包括屏蔽间、屏蔽网和传导板；核磁共振仪设置于屏蔽间内，岩心夹持器设置于屏蔽网内，传导板安装于屏蔽间；传导隔离单元包括穿墙接头和转接件；穿墙接头和转接件均串联于金属管线以阻断电磁干扰沿金属管线传导；穿墙接头安装于传导板以阻断电磁干扰沿金属管线进入屏蔽间内；转接件用于阻断电磁干扰沿金属管线进入屏蔽网内。

进一步的，屏蔽间由无磁钢板围成，无磁钢板上开设有第一通孔，传导板安装于无磁钢板并封堵第一通孔；屏蔽网由金属网围成。

进一步的，金属网设置为铜丝编织网，屏蔽网与屏蔽间导通，核磁共振探头线圈设置于屏蔽网内。

进一步的，核磁共振探头线圈电路设置于屏蔽网内并采用悬浮地的接地方式；屏蔽网与第一安全地连接，核磁共振探头线圈电路的信号地连接到第二安全地，第一安全地和第二安全地绝缘。

进一步的，穿墙接头包括穿墙螺栓、穿墙垫片和穿墙螺母，穿墙螺栓插装于传导板，穿墙螺栓设置有贯通孔且贯通孔的两端分别与金属管线连通；两个穿墙垫片分别设置于传导板的两侧，穿墙螺母抵接于穿墙垫片并与穿墙螺栓螺纹连接。

进一步的，转接件包括连接法兰和中间块；两个连接法兰分别与中间块的两端连接；连接法兰采用金属材料制成，中间块采用绝缘材料制成。

进一步的，连接法兰采用无磁金属制成，中间块采用聚醚醚酮或陶瓷制成。

进一步的，转接件还包括螺栓套，螺栓套采用绝缘材料制成；两个连接法兰通过螺栓连接的方式连接并夹紧中间块；螺栓套插装于连接法兰，螺栓插装于螺栓套，螺栓套一端抵接于连接法兰，另一端抵接于螺栓或螺母。

进一步的，转接件开设有贯通孔，贯通孔的两端分别与金属管线连通。

本发明的另一方面，提出了一种核磁共振在线驱替系统，包括上述的抗干扰装置，还包括岩心夹持器、加热部件、注入泵、围压泵、入口压力传感器、出口压力传感器和压差传感器；加热部件、围压泵、入口压力传感器、出口压力传感器和压差传感器均与岩心夹持器通过金属管线连通，转接件串联于金属管线以阻断电磁干扰的传导；加热部件包括加热管道和预热容器；两段加热管道分别连接于岩心夹持器的入口和出口，以与岩心夹持器的入口连接的加热管道为第一加热管道，与岩心夹持器的出口连接的加热管道为第二加热管道；预热容器一端与第一加热管道远离岩心夹持器的一端连通，另一端与注入泵连通；注入泵和围压泵设置于屏蔽间外，入口压力传感器、出口压力传感器和压差传感器设置于屏蔽网外。

综合上述技术方案，本发明所能实现的技术效果在于：

本发明提供的抗干扰装置包括辐射屏蔽单元和传导隔离单元；辐射屏蔽单元包括屏蔽间、屏蔽网和传导板；核磁共振仪设置于屏蔽间内，岩心夹持器设置于屏蔽网内，传导板安装于屏蔽间；传导隔离单元包括穿墙接头和转接件；穿墙接头和转接件均串联于金属管线以阻断电磁干扰沿金属管线传导；穿墙接头安装于传导板以阻断电磁干扰沿金属管线进入屏蔽间内；转接件用于阻断电磁干扰沿金属管线进入屏蔽网内。

本发明提供的抗干扰装置通过在屏蔽间上设置穿墙接头，将金属管线分为两段并通过穿墙接头连接，通过穿墙接头实现金属管线与传导板的导通，从而使金属管线良好接地，沿着金属管线传导的电磁干扰会快速衰减，实现了对屏蔽间外部潜在干扰源的有效隔离，通过屏蔽间和穿墙接头阻断了电磁干扰的辐射和传导。

同时通过屏蔽网和转接件的组合阻断了电磁干扰的辐射和传导，实现了对屏蔽网外部潜在干扰源的有效隔离。岩心夹持器设置于屏蔽网中，相应的核磁共振探头线圈也位于屏蔽网内部，转接件在保证流体通过的同时通过非金属材质实现了对金属管线的切断，避免了电磁干扰通过金属管线传导进入屏蔽网内部。

综上，本发明通过屏蔽间与穿墙接头的组合以及屏蔽网与转接件的组合实现了对电磁干扰的有效隔离。并且通过屏蔽网和信号地两种不同的接地方式有效避免了电磁干扰经过接地线耦合到核磁共振电路中，保障了测量的精确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的核磁共振在线驱替系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的岩心夹持器的剖视图；

图3为温度控制部件的结构示意图；

图4为温度控制部件的剖视示意图；

图5为加热管道的结构示意图；

图6为预热容器的结构示意图；

图7为铂电阻温度传感器的结构示意图

图8为驱替中间容器的剖视图；

图9为图8中A处的放大图；

图10为内锥环的剖视图；

图11为外锥环的剖视图；

图12为中间容器灌装单元的结构示意图；

图13为低压罐的结构示意图；

图14为双通道岩心顶塞的剖视图；

图15金属段的结构示意图；

图16非金属段的结构示意图；

图17为常规电磁屏蔽装置的示意图；

图18为本实施例提供的辐射屏蔽单元的示意图；

图19为核磁共振探头线圈电路的悬浮地示意图；

图20为屏蔽网的接地示意图；

图21为穿墙接头的结构示意图；

图22为穿墙接头的另一结构示意图；

图23为传导隔离单元的示意图；

图24为转接件的剖视图；

图25为连接法兰的俯视图；

图26为连接法兰的剖视图；

图27为本发明实施例提供的嵌套工作时序的示意图；

图28为间隔工作时序的示意图；

图29为交替工作时序的示意图；

图30为本发明实施例提供的用于核磁共振在线驱替系统的电热电路的示意图。

图标：100-岩心夹持器；110-内筒；120-外筒；130-线圈支架；140-入口接头；150-出口接头；160-电极接头；170-堵套；180-岩心顶塞；190-固定压帽；1120-填充块；

210-加热管道；220-预热容器；211-管道本体；212-第一加热带；213-耐高温胶带；214-第一玻璃纤维布；215-硅胶发泡管；216-第一绝缘胶带；217-片状传感器；221-容器本体；222-铂电阻温度传感器；223-电热丝；222a-引出线；222b-导热材料；222c-温度敏感元件；222d-外六方；

300-温度控制部件；310-保温套；320-T形套；311-第二加热带；312-第二玻璃纤维布；313-硅胶发泡板；314-第二绝缘胶带；

400-驱替单元；410-驱替中间容器；420-注入泵；411-耐压筒体；412-活塞；413-上端盖；414-下端盖；415-组合密封圈；416-锥形组合封；417-下支架；411a-上腔体；411b-下腔体；416a-内锥环；416b-外锥环；

500-围压单元；510-围压中间容器；520-围压泵；

600-回压单元；610-回压阀；620-缓冲容器；630-第一氮气瓶；

710-第二氮气瓶；720-低压罐；730-第一开关阀；740-第二开关阀；

810-屏蔽间；820-屏蔽网；830-传导板；840-第一安全地；850-第二安全地；

910-转接件；920-穿墙接头；911-连接法兰；912-中间块；913-螺栓套；921-穿墙螺栓；922-穿墙垫片；923-穿墙螺母；

1100-入口压力传感器；1200-入口开关阀；1300-出口压力传感器；1400-出口开关阀；1500-压差传感器；

1600-核磁共振仪；1610-核磁共振磁体；1620-核磁共振探头线圈电路；

1700-电子机箱；

181-金属段；182-非金属段；1621-信号地；181a-第一金属通道；181b-第二金属通道；181c-环形连通槽；182a-第一非金属通道；182b-第二非金属通道；b-中心通道；c-边缘通道；d-径向通道；a-岩心样品。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供了一种核磁共振在线驱替系统，包括岩心夹持器100、加热部件、温度控制部件300、驱替单元400、围压单元500和回压单元600，如图1所示，驱替单元400与岩心夹持器100的入口连通，用于注入驱替液，围压单元500与岩心夹持器100连通，用于提供围压，回压单元600与岩心夹持器100的出口连通，用于控制出口端的压力，保持压力稳定。

以下结合图1-图30对本实施例提供的核磁共振在线驱替系统的结构和形状进行详细说明：

本实施例中，岩心夹持器100包括内筒110、外筒120、线圈支架130、入口接头140、出口接头150、电极接头160、堵套170、岩心顶塞180、固定压帽190、填充块1120，如图2所示。具体的，外筒120套装于内筒110，内筒110形成用于夹持岩心的内腔，外筒120和内筒110之间形成围压腔，围压腔与围压单元500连通。两个堵套170分别设置在内筒110和外筒120的两端并设置于内筒110和外筒120之间以封闭围压腔，并且堵套170的中心设置有通孔，两个岩心顶塞180分别插装于通孔且两个岩心顶塞180相互靠近的一端均设置有填充块1120，填充块1120和岩心顶塞180均插装于内筒110，两个填充块1120抵接于岩心样品a，即填充块1120和内筒110围成夹持岩心样品a的内腔。固定压帽190套装于外筒120并与外筒120螺纹连接，同时抵接于堵套170以固定堵套170。此外，岩心顶塞180和填充块1120上设置有贯通孔，用以形成岩心夹持器100的入口和出口，以使容纳岩心样品a的内腔与管道连通。核磁共振探头线圈设置于内筒110和外筒120之间，从而通过外筒120的保护实现深层高温高压模拟并进行核磁共振实验。线圈支架130安装于内筒110的外侧，核磁共振探头线圈安装于线圈支架130，电极接头160插装于堵头，从而通过电极接头160实现核磁共振探头线圈与外部电路的连接。入口接头140和出口接头150安装于外筒120并与围压腔连通，围压单元500通过入口接头140与围压腔连通，出口接头150与外界连通以用于排出空气及液体等。如图1所示，出口接头150背离围压腔的一端设置有开关阀，用以控制入口接头140的通断。岩心夹持器100的结构为现有结构，在此不再赘述。

需要说明的是，填充块1120为非金属填充块1120，以避免射频线圈内部出现金属材料，从而保证核磁共振的正常工作。

本实施例中，为了降低温度波动，增加温度控制的稳定性，设置了温度控制部件300和加热部件。

具体的，温度控制部件300包裹岩心夹持器100以降低岩心夹持器100的散热速度，如图3所示。温度控制部件300包括保温套310和T形套320；保温套310套装于外筒120，T形套320连接于保温套310的两端。如图4所示，保温套310包括由内到外依次包裹岩心夹持器100的第二加热带311、第二玻璃纤维布312、硅胶发泡板313、第二玻璃纤维布312和第二绝缘胶带314；T形套320的面料为硅胶布，内部填充陶瓷纤维棉。此外，温度传感器和第二加热带311均固定在岩心夹持器100的外表面，具体的，首先将温度传感器和第二加热带311固定在岩心夹持器100的外表面，即外筒120的外表面。随后使用第二玻璃纤维布312缠绕填充岩心夹持器100外表面不平整的地方，起到固定和保温的作用，之后用厚度大于2cm的硅胶发泡板313包裹，并再次使用第二玻璃纤维布312缠绕固定，最后使用第二绝缘胶带314缠绕以起到绝缘和固定的作用。其中，第二绝缘胶带314为高温绝缘胶带，以避免高温失效。

由于岩心夹持器100的两端需要经常拆卸以更换岩心样品a，采用保温套310和T形套320的组合，并在T形套320侧面设置开口魔术贴以方便拆卸T形套320，从而兼顾控温和可拆卸，便于在一组实验完成后打开岩心夹持器100并进行岩心样品a的更换。本实施例中，保温材料均可满足最高150℃的工作温度。

本实施例的可选方案中，如图1所示，加热部件包括加热管道210和预热容器220。加热管道210与岩心夹持器100夹持岩心的内腔连通，岩心夹持器100的入口和出口分别连接有加热管道210，以与岩心夹持器100的入口连接的加热管道210为第一加热管道，以与岩心夹持器100的出口连接的加热管道210为第二加热管道；预热容器220与第一加热管道远离岩心夹持器100的一端连接。

具体的，加热管道210包括管道本体211以及由内到外依次包裹管道本体211的第一加热带212、第一玻璃纤维布214、硅胶发泡管215和第一绝缘胶带216，如图5所示，管道本体211上还设置有片状传感器217用于实时反馈管道温度。管道直径较细，一般为3mm或1/8inch，第一加热带212可选用“麻花式”加热带螺旋式缠绕在管道本体211的外侧，随后用耐高温胶带213将片状传感器217和第一加热带212固定，之后使用第一玻璃纤维布214缠绕填充，使表面平整，然后套设一层硅胶发泡管215，最后使用第一绝缘胶带216缠绕，进行绝缘和固定。本实施例中，第一绝缘胶带216采用高温绝缘胶带，以避免失效。通过设置第一玻璃纤维布214和硅胶发泡管215以提升保温效果，使系统稳定。

本实施例中，预热容器220包括容器本体221、铂电阻温度传感器222和电热丝223，如图6所示。容器本体221用于盛放实验流体如油、气、水，电热丝223缠绕于容器本体221外侧；铂电阻温度传感器222安装于容器本体221的顶部，铂电阻温度传感器222的温度敏感元件222c伸入容器本体221的内腔。具体的，可设置三个并联的预热容器220与第一加热管道连通，用以盛放不同的实验流体并实现实验流体的切换。显而易见的，预热容器220和第一加热管道之间需设置开关阀以进行试验流体的切换。此外，整个预热容器220由陶瓷纤维棉包裹，以起到绝热和保温的作用。

本实施例中，铂电阻温度传感器222采用不锈钢封装，包括引出线222a、导热材料222b和温度敏感元件222c，如图7所示，不锈钢封装管内部填充导热材料222b，温度敏感元件222c设置于不锈钢封装管的底部，用于实时测量流体的温度，不锈钢封装管上设置有外螺纹和外六方222d，以便于铂电阻温度传感器222安装于容器本体221并通过外六方222d进行螺纹旋合，引出线222a位于不锈钢封装管的顶部以用于连接温度控制器。

本实施例中，驱替单元400包括驱替中间容器410和注入泵420，用于向岩心夹持器100注入驱替液，如图1所示。驱替中间容器410与一端与预热容器220连通，另一端与注入泵420连通。驱替中间容器410包括耐压筒体411、活塞412、上端盖413、下端盖414和下支架417，如图1、图8所示。活塞412将耐压筒体411内腔分为上腔体411a和下腔体411b；上腔体411a与预热容器220连通，用于盛放实验流体；下腔体411b与注入泵420连通，注入泵420用于推动活塞412移动。上端盖413和下端盖414则用于封闭耐压筒体411的两端以形成密闭空间，下支架417连接于耐压筒体411的下端，用于支撑耐压筒体411。本实施例中，共设置三个驱替中间容器410，驱替中间容器410与预热容器220一一对应，盛放相同的实验流体，各驱替中间容器410与注入泵420之间设置有开关阀，注入泵420以恒流量或者恒压等工作模式驱替流体进入岩心样品a。

驱替系统需保证可耐受100MPa的压力，为了提升驱替中间容器410的密封性，保证耐高压性能，从而保证稳定模拟高压环境以使实验精准，驱替中间容器410还包括组合密封圈415和锥形组合封416，且两者成组使用，如图8所示，共设置四组组合密封圈415和锥形组合封416。上端盖413和耐压筒体411之间设置一组，如图9所示，锥形组合封416一端抵接于上端盖413，另一端设置组合密封圈415；同样的，下端盖414和耐压筒体411之间设置一组，锥形组合封416一端抵接于下端盖414，另一端设置组合密封圈415；两个锥形组合封416分别设置于活塞412的上下两端，一端抵接于活塞412，另一端设置组合密封圈415。

具体的，组合密封圈415设置为U形组合密封圈415，即包括截面为U形的密封环和嵌于U形凹槽的O形圈。使用时，U形开口背离锥形组合封416。锥形组合封416包括内锥环416a和外锥环416b，如图10所示，内锥环416a为内壁设置有斜面的金属环；如图11所示，外锥环416b为外壁设置有斜面的金属环。外锥环416b插装于内锥环416a，内锥环416a抵接于上端盖413、下端盖414或活塞412，外锥环416b设置于内锥环416a和组合密封圈415之间；内锥环416a和外锥环416b的斜面相互抵接。本实施例中，内锥环416a和外锥环416b的材料选用铜，以便于受压后产生适当的变形。

具体的，当驱替中间容器410压力升高后，组合密封圈415受挤压，随着压力升高，组合密封圈415向内锥环416a施压，使内锥环416a挤压外锥环416b，在压力作用下，内锥环416a和外锥环416b发生变形以填充间隙，保证密封性。锥形组合封416作为组合密封圈415的补充，进一步提升了密封性能，提升了耐压能力。

此外，在装配时，可采取过渡配合或过盈配合，使装配过程中国内锥环416a和外锥环416b受径向力以产生适当的变形，填充间隙提升密封性能，尤其在装配上端盖413和下端盖414时可选取较大的过盈量以保证密封效果。

本实施例中，围压单元500包括围压中间容器510和围压泵520，如图1所示。围压中间容器510与驱替中间容器410的结构相同，上腔体411a与岩心夹持器100连通，即上腔体411a与围压腔连通，用于盛放氟油；下腔体411b与围压泵520连通，围压泵520用于推动活塞412移动以向岩心夹持器100泵入氟油来实现对岩心样品a的加围压处理。

为了保证岩心夹持器100的出口处压力稳定，使驱替正常进行，核磁共振在线驱替系统还包括回压单元600。回压单元600包括依次连接的回压阀610、缓冲容器620和第一氮气瓶630，如图1所示，回压阀610一端与缓冲容器620连通，另一端与岩心夹持器100的出口连通，具体的，回压阀610与第二加热管道远离岩心夹持器的一端100连接。通过第一氮气瓶630向缓冲容器620中充入一定压力的氮气以控制回压阀610的压力值，使回压阀610在预设压力下才可开启，采用这种气体反馈调节的方法可以快速、稳定地控制岩心夹持器100出口处的压力，保证试验的准确性。

试验过程中，由于流体的损耗，通常需要补充流体。常规的灌装流程需要打开中间容器的上端盖413，把活塞412推到底部后装满流体，重新安装好上端盖413。这种方式需人工推动活塞412到中间容器底部，比较费力；而且灌装流体后，中间容器上部会存留部分空气，需将空气排出；并且频繁打开中间容器的上端盖413会影响其密封性。

为了避免频繁的开关中间容器而导致中间容器的密封性下降，本实施例提供的核磁共振在线驱替系统还包括中间容器灌装单元，如图12所示，中间容器灌装单元包括第二氮气瓶710、低压罐720、第一开关阀730和第二开关阀740。低压罐720一端与第二氮气瓶710连接，另一端与驱替中间容器410的上腔体411a连接，第一开关阀730设置于驱替中间容器410和预热容器220之间，第二开关阀740设置于低压罐720和驱替中间容器410之间。试验状态下，第一开关阀730打开，使驱替中间容器410和预热容器220连通，第二开关阀740关闭。当需要补充流体时，向低压罐720中注入所需流体，随后关闭第一开关阀730、打开第二开关阀740，使低压罐720和驱替中间容器410的上腔体411a连通，同时打开第二氮气瓶710的开关，从而在氮气的推动下使低压罐720中的流体进入驱替中间容器410，同时活塞412随着灌装的进行向下端盖414方向移动。

同样的，中间容器灌装单元也适用于围压中间容器510的灌装。

需要说明的是，低压罐720中的流体量要大于中间容器的容积，保证灌装结束后氮气不会进入中间容器。低压罐720主要用于容纳流体，耐压大于0.5MPa即可。

需要注意的是，氮气从低压罐720的上端进入，流体从低压罐720的下端流出，以保证对流体的推动。

中间容器灌装单元节省体力、操作简便，中间容器中不会引入空气，同时，避免频繁开关导致中间容器密封性受影响。

本实施例中，低压罐720主要由筒体、盖板、锁环组成，盖板用于封堵筒体的上端，锁环用于连接筒体和盖板，如图13所示。盖板上设有进气口用于连接第二氮气瓶710，筒体下端设有流体出口用于连接中间容器。

试验时，岩心夹持器100入口端、出口端压力以及两端压差是多相渗流的重要参数，需要精确测量。通常在岩心夹持器100的两端安装压力传感器和压差传感器1500来进行测量。但是，岩心夹持器100的两端不等于岩心样品a两端，岩心夹持器100两端安装传感器的位置到岩心样品a的端面会有一定距离，当管道内流体流速较大时，这段距离会带来较大压降，影响压力参数的测量。

有鉴于此，本实施例提供了一种双通道岩心顶塞用以替换常规岩心顶塞180和填充块1120。将图1中的岩心顶塞180和填充块1120替换为双通道岩心顶塞，如图14所示，双通道岩心顶塞包括金属段181和非金属段182，金属段181和非金属段182螺纹连接。非金属段182位于核磁共振的射频线圈内，因而采用非金属材料制成，如聚醚醚酮或陶瓷。具体的，金属段181上设置有第一金属通道181a和第二金属通道181b，非金属段182上设置有第一非金属通道182a和第二非金属通道182b；第一金属通道181a和第一非金属通道182a连通以组成中心通道b，第二金属通道181b和第二非金属通道182b连通以组成边缘通道c。

其中，中心通道b流体通过，边缘通道c则与传感器连通。如图1所示，核磁共振在线驱替系统还包括入口压力传感器1100、入口开关阀1200、出口压力传感器1300、出口开关阀1400和压差传感器1500；入口压力传感器1100与岩心夹持器100入口一侧的双通道岩心顶塞上的边缘通道c连通，出口压力传感器1300与岩心夹持器100出口一侧的双通道岩心顶塞上的边缘通道c连通；入口开关阀1200连接于入口压力传感器1100背离岩心夹持器100的一侧，出口开关阀1400连接于出口压力传感器1300背离岩心夹持器100的一侧，用于排出气体。具体而言，实验时，入口开关阀1200和出口开关阀1400均关闭，使边缘通道c与外界断开，此时边缘通道c内的流体不流动，因此，岩心样品a两端的压力经过边缘通道c的传递不会出现因流动产生的压降，入口压力传感器1100和出口压力传感器1300测得的压力即岩心样品a两端的压力，保证了参数测量的准确性。压差传感器1500两端分别与入口压力传感器1100和出口压力传感器1300连通，用以测量岩心样品a两端的压力差。

双通道结构设计有利于在实验前期排出岩心夹持器100两端存在的空气及其他流体，此时打开入口压力传感器1100或出口压力传感器1300，驱替单元400向岩心夹持器100注入驱替液，驱替液从中心通道b进入，并将岩心夹持器100内的空气及其他流体从入口开关阀1200或出口开关阀1400排出。

本实施例中，如图14所示，金属段181靠近非金属段182的一侧直径大于远离非金属段182的一侧，为适应金属段181的形状变化，第一金属通道181a和第二金属通道181b均分为两段，两段通道不共线并通过径向通道d连通，加工径向通道d将两段通道连通后通过金属焊接的方式封堵径向通道d以保证密闭性。此外，因金属段181远离非金属段182的一侧要连接两条高压管线，需要在第一金属通道181a和第二金属通道181b远离非金属段182的一端设置与高压管线连接的螺纹孔，为了保证金属段181的强度和压力平衡，必须将通道设置为绕金属段181的轴线均匀分布，即第一金属通道181a和第二金属通道181b远离非金属段182的一段绕金属段181的轴线均匀分布。

第一金属通道181a与第一非金属通道181b连通的一段设置于金属段181的轴心，第一非金属通道182a设置于非金属段182的轴心，从而保证第一金属通道181a和第一非金属通道182a的连通。如图15所示，为使第二金属通道181b与第二非金属通道182b连接，金属段181与非金属段182连接的一端开设有环形连通槽181c，环形连通槽181c与第二金属通道181b连通，通过环形连通槽181c的设置可以保证在第二金属通道181b和第二非金属通道182b因螺纹连接方式导致无法对正的情况下仍能通过环形凹槽连通。

非金属段182与岩心样品a接触的一端设置有网状通道，网状通道为开口指向岩心样品a的凹槽。如图16所示，网状通道与第一非金属通道182a和第二非金属通道182b连通，有利于驱替流体均匀注入岩心样品a中。网状通道包括多个同心设置的环形通道和沿径向设置的通道，各个环形通道通过径向设置的通道连通。

为了驱替流体能够从中间进入并充满网状通道，第一非金属通道182a设置在非金属段182的中心，第二非金属通道182b设置到非金属段182的边缘处。

需要说明的是，如果岩心顶塞180只采用非金属材料加工，则难以保证高压管线和岩心顶塞180之间的连接，其螺纹接头不能满足耐压的需求。

在进行核磁共振测量时极易受到外界的电磁噪声干扰，从而影响测量精度。在线驱替系统中的干扰源主要有注入泵420、围压泵520、加热带、压力传感器、压差传感器1500及其供电装置等。无论是电路直接的干扰，还是设备之间的干扰，都是电磁能量从干扰源耦合进敏感源的过程。能量的传输有两个途径，一个是沿着导体以电流形式传输，称为传导，另一个是通过空间以电磁波的方式传输，称为辐射。

核磁共振分析仪在设计之初已考虑到抗干扰的问题，如图17所示，常规的做法是将核磁共振仪1600设置于屏蔽间内，屏蔽间一般为长方体，六面由金属板（如无磁钢板）组成，可以有效避免空间传播的电磁噪声。同时，电子机箱1700放置在屏蔽间外部，核磁共振磁体1610、核磁共振探头线圈等装置安装在屏蔽间内部，电子机箱1700与内部装置由电源线、信号发射与接收等多种电子线路连接。一般在屏蔽间的金属板上切割出一个方形区域并将另一块稍大一些的方形金属板覆盖在切割出的方形区域上，此稍大一些的方形金属板称为传导板830。传导板830上设置以穿心电容为基础的馈通滤波器，对每种电子线路逐一滤波，将工作频段以外的信号除掉，不让其进入设备。至此，通过传导板830和屏蔽间基本解决了电磁干扰的传导和空间辐射。

但核磁共振在线驱替系统由于需要模拟地下的高温高压环境，包含注入泵420、围压泵520、加热带、压力传感器、压差传感器1500及其供电装置，导致整个系统的电磁干扰问题变得复杂起来：屏蔽间外部的装置和屏蔽间内部的岩心夹持器100之间由若干高压金属管线连接，电磁干扰会沿着金属管线传导；由于温度和压力控制的需要，加热带、压力传感器、压差传感器1500及其供电装置需要安装在离岩心夹持器100比较近的屏蔽间内部，因此导致电磁干扰的传导和辐射。

为此，本实施例提供的核磁共振在线驱替系统还包括辐射屏蔽单元和传导隔离单元以消除电磁干扰。

本实施例中，辐射屏蔽单元包括屏蔽间810、屏蔽网820和传导板830，如图18所示，屏蔽间810由无磁钢板围成，核磁共振仪1600设置于屏蔽间810内，传导板830安装于屏蔽间810，岩心夹持器100设置于屏蔽网820内，注入泵420、围压泵520等放置在屏蔽间810外部。

屏蔽网820由金属网围成并将岩心夹持器100容纳于其中，同时屏蔽网820接地良好，可以将屏蔽网820与屏蔽间810的钢板连接以进行接地，从而减小空间辐射的电磁干扰。同时核磁共振探头线圈电路1620采用悬浮地的连接方式，从而屏蔽岩心夹持器100附近带电装置电磁干扰的空间辐射。

具体的，屏蔽网820选用加密铜丝编织网制成，如图20所示，六块加密铜丝编织网围长方体并将岩心夹持器100容纳其中，并通过与屏蔽间810的钢板连接来进行接地，屏蔽间810连接到第一安全地840以实现接地，从而减小空间辐射的电磁干扰。同时，位于屏蔽网820内部的核磁共振探头线圈电路1620的信号地1621（SG）连接到第二安全地850，如图19所示。通过屏蔽网820和信号地1621两种不同的接地方式，可以有效避免电磁干扰经过接地线耦合到核磁共振电路中。

本实施例中，传导隔离单元包括穿墙接头920和转接件910，将穿墙接头920串联入金属管线使金属管线良好接地，从而快速衰减电磁干扰，将转接件910接入金属管线以阻断电磁干扰沿金属管线传递。即将金属管线切断，中间用穿墙接头920或转接件910连接以阻断电磁干扰的传导。

具体的，高压金属管线在穿墙接头920处断开，经过穿墙接头920进入屏蔽间810内部并与岩心夹持器100等装置连接，通过穿墙接头920阻断电磁干扰沿金属管线传导。穿墙墙接头包括穿墙螺栓921、穿墙垫片922和穿墙螺母923，如图21、图22所示，在传导板830上钻一个圆形孔，直径略大于穿墙螺栓921。穿墙螺栓921插装与圆形孔并用穿墙垫片922和穿墙螺母923固定，穿墙垫片922和穿墙螺母923为普通的金属材质的垫片和螺母，两个穿墙垫片922设置于传导板830的两侧，穿墙螺母923与穿墙螺栓921螺纹连接，通过穿墙螺栓921和穿墙螺母923的配合使穿墙垫片922与传导板830紧密接触。穿墙螺栓921设置有沿轴线方向的贯通孔且两端设置有内螺纹，用于与高压金属管线连接，通过将穿墙接头920实现金属管线与传导板830的紧密接触以形成良好的接地通路，并保证流体的通过。由于穿墙接头920与传导板830紧密接触且接地良好，沿着高压金属管线传导的电磁干扰会快速衰减，实现了对屏蔽间810外部潜在干扰源的有效隔离。

本实施例中，转接件910包括连接法兰911、中间块912和螺栓套913，如图24所示，两个转接法兰分别连接于中间块912的两端，通过螺栓连接的方式将两个转接法兰连接，即螺栓同时插入两个连接法兰911并用螺母锁紧。如图25、图26所示，连接法兰911上开设有三个绕轴线均布的沉头孔以用于螺栓连接，组装时先将螺栓套913插入沉头孔，随后一个连接法兰911上放入平垫、弹簧垫圈，再穿入螺栓，另一个放入平垫圈并用螺母与螺栓配合以实现锁紧。

具体的，连接法兰911采用金属材料制成以保证连接强度，中间块912和螺栓套913采用非金属材料制成以避免电磁传导。其中，连接法兰911采用无磁金属制成，如无磁不锈钢316L；中间块912和螺栓套913采用聚醚醚酮或陶瓷等非金属材料制成，从而使转接件910可承受100MPa压力以及150℃的高温，保证对高温高压环境的模拟，使驱替实验正常进行。

本实施例提供的转接件910通过非金属的中间块912实现两个连接法兰911的隔离，并通过非金属的螺栓套913实现螺栓与连接法兰911的隔离，从而避免电磁干扰沿着金属部分进行传导。如图24所示，中间块912设置为圆柱形，中心开设有通孔以便于流体通过，同时连接法兰911上开设有相应的贯通孔以保证流体通过，连接法兰911上还设置有内螺纹以便于金属管线与连接法兰911连接。螺栓套913设置的截面为T形，即螺栓套913分为大直径段和小直径段，小直径段插装于沉头孔，大直径段抵接于连接法兰911。简而言之，螺栓套913一端抵接于连接法兰911，另一端抵接于平垫圈，从而避免两个金属法兰通过螺栓导通，保证其绝缘，进而避免电磁干扰沿金属部分进行传导。

此外，在连接法兰911和中间块912之间设置O形圈以保证密封性。

本实施例中，共设置六个转接件910用于阻断与岩心夹持器100连接的金属管线，如图23所示，其中四个用于阻断与双通到岩心顶塞180连接的金属管线，两个用于阻断与围压腔连通的金属管线，通过转接件910实现对岩心夹持器100附近带电装置电磁干扰沿金属管线的传导。

即通过屏蔽、隔离以及良好接地等方式，有效阻断核磁共振在线驱替系统中骚扰源电磁干扰的传播途径，提高了系统中敏感源（核磁共振探头线圈）的信噪比，保证了高温高压条件下核共振在线原位测量的精准。其中，穿墙接头920用于阻断屏蔽间810外的电磁干扰的传导，转接件910用于阻断屏蔽网820外的电磁干扰的传导。

在进行驱替实验时，需要进行加热，常规的加热方法为加热模块持续工作，核磁共振模块断续工作的间隔工作时序，如图28所示，图中NMR即表示核磁共振模块的工作区间，当核磁共振测量和加热同时工作时，核磁共振测量会受到加热线圈的电磁干扰。

为避免加热线圈的电磁干扰，现有技术采用了加热模块和核磁共振模块交替工作的交替工作时序，如图29所示，此时序包括加热模块的加热区间和加热模块不工作的冷却区间，在冷却区间内核磁共振模块启动并完成核磁共振测量，即加热模块和核磁共振模块交替工作。由于一次核磁共振测量的时间一般需要3-10分钟，长时间的停止加热会导致系统温度出现明显下降，严重影响温度的精准控制，导致测量结果受到影响。

为解决上述问题，本实施例提出了一种用于核磁共振在线驱替系统的电热方法，在线驱替系统包括加热模块和核磁共振模块；加热模块以断续加热的工作时序进行，以两个加热区间之间的区间为嵌套区间，在嵌套区间内，核磁共振模块以断续的工作时序进行，以核磁共振模块相邻的工作区间之间的区间为短时加热区间，在短时加热区间内，加热模块启动，如图27所示。

本实施例提供的电热方法通过设置嵌套区间，在嵌套区间内核磁共振模块和加热模块交替工作，以避免电加热对核磁共振产生电磁干扰，同时避免因一次核磁共振测量时间过长导致实验系统的温度下降，影响实验精度，保证了核磁共振测量时对温度的精准控制以及免于受到电加热的电磁干扰。

具体而言，一次核磁共振测量通常包括30—100次重复性扫描，用以保证核磁共振的信噪比。在两个加热区间之间的嵌套区间内加热模块和核磁共振模块交替工作，即一次或几次核磁共振扫描后，同时在温度出现明显下降前，加热模块启动以进行加热，使温度及时恢复，保证系统环境的稳定，进而使测量更为准确。

进一步的，一次核磁共振扫描可分为两个时间段，第一个时间段用于射频激发和信号采集，此时即进行扫描工作；第二个时间段为等待时间，用于使受激发的原子核恢复到平衡状态，此时间段可与短时加热区间重合，从而缩短嵌套区间的时长，提升测量效率。

即本实施例在交替工作时序的基础上提出了嵌套工作时序，使加热区间和冷却区间交替设置，在冷却区间内核磁共振模块和加热模块交替工作，冷却区间内加热模块进行相比于加热区间的时长更短。即嵌套区间包括核磁共振模块的扫描区间和加热模块的短时加热区间，一个冷却区间内多个扫描区间和短时加热区间交替进行以完成测量。

以经典的核磁共振CPMG测量为例，为了提高核磁共振的信噪比，通常一次核磁共振测量包括30-100次重复性扫描，需要说明的是，一次核磁共振扫描的信噪比不足以进行原位监测分析。一次扫描可以分成两个时间段：第一个时间段用于射频激发和信号采集，射频信号（RF）和接收的核磁共振信号（RE），一般耗时3-6秒；第二个时间段称为等待时间（TW），用于使受激发的原子核恢复到平衡状态，一般耗时6-10秒，此时间段可进行加热。

即在一次核磁共振测量的整个时间段里，加热模块并不是一直处于关闭状态，而是与RF和RE组成嵌套工作时序，精确控制核磁共振模块和加热模块交替工作，一次核磁共振测量有多少次重复性扫描，就伴随多少次短时间加热以保持系统温度的稳定。显而易见的，也可根据温度变化情况，在经过几次重复性扫描后进行一次短时间加热。简而言之，加热区间内，加热模块连续工作，使实验系统达到目标温度并保持稳定，嵌套区间内核磁共振模块和加热模块交替工作以完成一次核磁共振测量，两次核磁共振测量的间隔即加热区间，此区间内，加热模块持续工作以保持系统温度，通常两次核磁共振测量的间隔时间在10-20分钟。

为了保证嵌套工作时序的精准进行，本实施例提出了一种用于核磁共振在线驱替系统的电热电路，如图30所示，核磁共振模块包括使能端（En），加热模块包括加热线圈，使能端与温度控制器相连，温度控制器通过固态继电器与加热线圈相连，加热线圈由24V直流电源供电。当使能端输出电压为5V时，加热线圈工作，当使能端输出电压为0V时，加热线圈不工作。通过使能端的使能信号实现根据温度变化控制加热线圈的工作状态，保障嵌套工作时序的精准进行。

其中，采用24V直流电源供电可以降低意外漏电时实验操作人员的人身安全风险，同时直流电源供电与交流电源相比可以减小加热线圈产生的电子噪声。温度控制器通过固态继电器控制加热线圈通断，可以避免大电流频繁开关而导致的接触不良，保证了核磁共振模块和加热模块频繁启停的正常进行。

本实施例提供的核磁共振在线驱替系统的工作过程如下：

围压泵520推动活塞412使氟油进入围压腔对岩心加围压，加热模块工作以使系统温度达到目标温度并进行保温，即对预热容器220、加热管道210和岩心夹持器100进行预热。实验开始后，注入泵420推动活塞412使实验流体从预热容器220底部流入，预热容器220顶部的开关阀控制流体的流出，实验流体经过加热管道210进入岩心夹持器100并注入到岩心样品a，最终从岩心夹持器100的出口流出。此过程中加热模块和核磁共振模块以嵌套工作时序进行工作，完成测量。

本实施例提供的核磁共振在线驱替系统具有以下优势：

1、可以满足实验流体在低流速和高流速注入条件下开展驱替实验的温度精确控制：在高流速情况下，如果不使用预热容器220，单独使用加热管道210进行加热，其加热效率不高，很难保证注入流体的温度；当低流速情况下，如果不使用加热管道210进行加热，流体经过预热容器220和岩心夹持器100之间的管道时温度会有所下降。

通过设置预热容器220、加热管道210和温度控制部件300，可以将实验系统快速加热到预设温度，并保持温度稳定，同时适应实验流体的低流速和高流速注入的情况，便于进行岩石样品的多相驱替实验，同时实现原位在线核磁共振测量，此外，其保温作用可减少加热模块的频繁启动，降低能耗并提高使用寿命；同时，结合采用嵌套工作时序电热方法，实现了对温度的精准控制。

2、通过使用双通道岩心顶塞，中间通道用于流体通过，边缘通道c用于测量压力，避免流体流动产生的压降，实现了对岩心样品a两端压力的精准测量。

3、通过锥形组合封416以及组合密封圈415保证了中间容器的密封性能，从而保证了系统整体的密封性，尤其是耐高压能力，保证了对高压环境的模拟效果。

4、通过围压单元500和回压单元600的组合，保证了压力的高压环境的模拟以及压力的稳定，其中，回压单元600通过气体的反馈调节的方式可以快速、稳定控制岩心夹持器100出口端的压力，保证了驱替实验的稳定进行，避免压力波动的影响。

5、通过中间容器灌装单元对中间容器进行流体补充，避免了对中间容器的反复拆装，进而避免拆装导致的密封性受损以及需要排出气体的问题，同时降低了劳动强度。

6、通过屏蔽间810和屏蔽网820的组合以及悬浮地的接地方式有效避免了电磁干扰的辐射，结合穿墙接头920和转接件910的设置阻断了电磁干扰沿金属管线的传导。即通过辐射屏蔽单元和传导隔离单元的组合使用有效阻断了对电磁干扰的辐射和传导，避免了系统中骚扰源的影响，提高了信噪比，保证了测量的准确性。

即通过对加热方式、系统密封性、压力控制、抗干扰以及结构等方面的改进，保证了核磁共振在线驱替系统对高温高压环境的模拟、驱替过程的稳定进行以及参数测量的精准性，并实现了在不同流速注入条件下开展驱替实验时对温度的精确控制，为精确获取孔隙度、渗透率、饱和度变化等参数提供了保障。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种抗干扰装置，其特征在于，包括辐射屏蔽单元和传导隔离单元；

所述辐射屏蔽单元包括屏蔽间（810）、屏蔽网（820）和传导板（830）；

核磁共振仪（1600）设置于所述屏蔽间（810）内，岩心夹持器（100）设置于所述屏蔽网（820）内，所述传导板（830）安装于所述屏蔽间（810）；

所述传导隔离单元包括穿墙接头（920）和转接件（910）；

所述穿墙接头（920）和所述转接件（910）均串联于金属管线以阻断电磁干扰沿金属管线传导；

所述穿墙接头（920）安装于所述传导板（830）以阻断电磁干扰沿金属管线进入所述屏蔽间（810）内；

所述转接件（910）用于阻断电磁干扰沿金属管线进入所述屏蔽网（820）内；

所述屏蔽间（810）由无磁钢板围成，无磁钢板上开设有通孔，所述传导板（830）安装于无磁钢板并封堵所述通孔；

所述屏蔽网（820）由金属网围成；

所述穿墙接头（920）包括穿墙螺栓（921）、穿墙垫片（922）和穿墙螺母（923），所述穿墙螺栓（921）插装于所述传导板（830），所述穿墙螺栓（921）设置有贯通孔且贯通孔的两端分别与金属管线连通；

两个所述穿墙垫片（922）分别设置于所述传导板（830）的两侧，所述穿墙螺母（923）抵接于所述穿墙垫片（922）并与所述穿墙螺栓（921）螺纹连接；

所述转接件（910）包括连接法兰（911）和中间块（912）；

两个所述连接法兰（911）分别与中间块（912）的两端连接；

所述连接法兰（911）采用无磁金属制成，所述中间块（912）采用聚醚醚酮或陶瓷制成；

所述转接件（910）还包括螺栓套（913），所述螺栓套（913）采用绝缘材料制成；

两个所述连接法兰（911）通过螺栓连接的方式连接并夹紧所述中间块（912）；

所述螺栓套（913）插装于所述连接法兰（911），螺栓插装于所述螺栓套（913），所述螺栓套（913）一端抵接于所述连接法兰（911），另一端抵接于螺栓或螺母；

所述转接件（910）开设有贯通孔，贯通孔的两端分别与金属管线连通。

2.根据权利要求1所述的抗干扰装置，其特征在于，

所述金属网设置为铜丝编织网，所述屏蔽网（820）与所述屏蔽间（810）导通，核磁共振探头线圈设置于所述屏蔽网（820）内。

3.根据权利要求2所述的抗干扰装置，其特征在于，

核磁共振探头线圈电路（1620）设置于所述屏蔽网（820）内并采用悬浮地的接地方式；

所述屏蔽网（820）与第一安全地（840）连接，所述核磁共振探头线圈电路（1620）的信号地（1621）连接到第二安全地（850），所述第一安全地（840）和所述第二安全地（850）绝缘。

4.一种核磁共振在线驱替系统，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的抗干扰装置，还包括岩心夹持器（100）、加热部件、注入泵（420）、围压泵（520）、入口压力传感器（1100）、出口压力传感器（1300）和压差传感器（1500）；

所述加热部件、所述围压泵（520）、所述入口压力传感器（1100）、所述出口压力传感器（1300）和所述压差传感器（1500）均与所述岩心夹持器（100）通过金属管线连通，所述转接件（910）串联于金属管线以阻断电磁干扰的传导；

所述加热部件包括加热管道（210）和预热容器（220）；

两段所述加热管道（210）分别连接于所述岩心夹持器（100）的入口和出口，以与所述岩心夹持器（100）的入口连接的所述加热管道（210）为第一加热管道，与所述岩心夹持器（100）的出口连接的所述加热管道（210）为第二加热管道；

所述预热容器（220）一端与所述第一加热管道远离所述岩心夹持器（100）的一端连通，另一端与所述注入泵（420）连通；

所述注入泵（420）和所述围压泵（520）设置于所述屏蔽间（810）外，所述入口压力传感器（1100）、所述出口压力传感器（1300）和所述压差传感器（1500）设置于所述屏蔽网（820）外。