CN105891248A - 一种高温高压岩石物性及渗流机理核磁共振在线测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温高压岩石物性及渗流机理核磁共振在线测试装置，包括核磁共振测试模块、岩石流体驱替模块(含核磁共振测试兼容的岩心夹持器)、计算机控制和数据处理模块。通过计算机控制将核磁共振测试***与岩石流体驱替***组成为一个整体，模拟地层温度和压力，在高温高压条件下进行岩石驱替实验，同时在线的测量实时核磁共振信号，获得丰富的岩石参数(孔隙度、渗透率、成藏临界压力、润湿性等)。作为一种油气成藏地质研亢及油气目标评价的装置，达到从微观角度剖析岩心物性及渗流机理的目的。

Description

一种高温高压岩石物性及渗流机理核磁共振在线测试装置

技术领域

本发明涉及一种盆地深层低渗油气成藏地质研究及油气目标评价的装置，具体涉及一种高温高压岩石物性及渗流机理核磁共振在线测试装置。

技术背景

核磁共振(NMR)近年来广泛应用到储层孔隙结构、流体饱和度分布和油气渗流实验研究中，该技术根据岩石内流体自旋核磁矩的弛豫和扩散原理，通过建立核磁变量与岩石-流体信息的标定关系，能够在线进行岩心内孔径和流体分布的定量检测，具有快速、可重复和精度高等优势。

但至今尚无针对盆地深层高温高压下低渗储层研究的设备，所以研发了适用于深层低渗岩石结构和流体渗流机理研究的核磁共振观测方法和技术，实现了低渗岩石物性、流体性质及饱和度等多种参数的动态、无损检测，能够开展高温高压下多种低渗介质的油气水多相流体流动和驱替的模拟实验，厘定深层低渗储层油气运移的动力学过程、影响因素及边界条件，逐步形成低渗储层油气运聚效率量化评价技术，并有效应用到实际盆地的油气藏分布预测，为盆地深层及非常规油气勘探开发提供强有力技术支撑。

目前涉及核磁共振岩心分析的实验，多数将岩心驱替和核磁共振测量信号分离开来，很少有实验能够在线的观测油、水、气三者的分布、运移以及各种因素的影响。

本发明基于现有的核磁共振技术，在线的观察高温高压下流体驱替实验中油、水、气的分布、运移。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温高压岩石物性及渗流机理核磁共振在线测试装置，该装置可以在高温高压下，利用核磁共振技术在线分析油、水、气三者分布运移规律及多种因素对其的影响，从微观的角度剖析低渗储层物性及渗流机理。

为了实现上述目的，本发明的实现技术方案如下：

一种高温高压岩石物性及渗流机理核磁共振在线测试装置，主要包括核磁共振测量***、驱替***、环压***、用于核磁共振的岩心夹持器、计算机控制和数据处理***。

其中该用于核磁共振测量的岩心夹持器包括左调节岩心塞、右调节岩心塞、驱替入口、驱替出口、左压帽、右压帽、左堵头、右堵头、金属垫片、聚四氟乙烯O型圈、聚四氟乙烯胶套、环压腔、线圈支架、线圈、环压腔出口、环压腔入口、岩心室、筒体。考虑到核磁共振强磁场的环境，筒体等需要选取聚醚醚酮(PEEK)树脂。这保证了岩心加持器不会破坏磁场分布且涡流较小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，与此同时这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。PEEK材料可以在压力30MPa，温度100℃的条件下工作，满足深层温度压力条件下的低渗透储层核磁共振在线检测要求。

针对深层低渗储层的地质特点，对核磁共振测量***进行改进。通过对不同磁场强度的对比研究，确定针对深层低孔低渗岩心，核磁共振设备磁场强度在2350高斯左右可获得较好的测量结果，为此我们专门设计了一个为磁场强度为2300高斯的磁体。磁体单元磁性材料采用铷铁硼稀有金属，防涡流材料为进口硅钢片，铁钉被动匀场加线圈数字匀场，磁体采用C型开放式空间设计，能够满足岩心检测需要。深层低渗岩心核磁共振扩散系数测量时需要很高的梯度线圈。为此我们研制了可以产生梯度磁场强度达到150mT/m并带有自屏蔽功能的梯度线圈。同时为了实现不同的实验目的，本***配备两种不同的磁场梯度线圈，固定磁场梯度(FFG)和脉冲磁场梯度(PFG)。

本发明的驱替***主要由驱替泵、保温箱、驱替管道、无磁阀门和流体接收容器组成，形成了一套核磁共振兼容的驱替***。其中驱替泵为isco泵，这种泵是驱替研究实验中较为先进的流体泵，可以工作在恒流量或者恒压等多种状态，同时驱替的流体可以是油、水、气，因此可以满足各种实验方案。保温箱的作用是将驱替流体进行预加热，保证流体进入岩心时达到设定温度。为满足驱替管道在高温高压下进行工作的需要，选用耐高温高压的不锈钢管。流体接收容器多为实验用烧杯，用于接收从管道流出的流体。

本发明的环压***，首先从环压流体入手，环压流体如果含氢，会影响核磁共振测量的准确性，因此发明采用无氢的全氟烃油作为环压流体。通过环压泵可以控制实验压力，进行压力反馈调节。

本发明的计算机控制和数据处理***，主要包括压力、温度控制软件和核磁共振测量软件。其中压力、温度控制软件使用LABVIEW语言编写，可以控制驱替泵、阀门、温度传感器和加热线圈，从而实现温度、压力在线控制与记录。核磁共振处理软件，可以处理自由感应衰减信号(FID)、横向弛豫时间谱(T2谱)、纵向弛豫时间谱(T1谱)和扩散弛豫二维谱(D-T2谱)，得到岩石的渗透率、孔隙度、润湿性等参数。

如上所述的高温高压及渗流机理核磁共振在线测试装置，能用于在高温高压条件下油气水多相流体渗流机理的在线实验研究。

附图说明

以下附图旨在对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为本发明的高温高压岩石物性及渗流机理核磁共振在线测试装置的结构示意图；

图2为本发明的核磁共振C型磁体、岩心夹持器、移动支架的外观图；

图3为本发明的岩心夹持器的整体剖面图。

具体实施方式

针对本发明的技术特征、目的和效果，结合附图说明本发明的具体实施方式

如图1所示，本发明的高温高压及渗流机理核磁共振在线测试装置，包括环亚泵1、驱替泵2、无磁开关3、4、5、中间容器6、7、压力表8、9、温度表10、加热器11、岩心夹持器12、磁体13、计量容器14、计算机控制***15、计算机数据处理***16。

图2是核磁共振C型磁体、岩心夹持器、移动支架的外观图，包括滑动板17、可移动支架18、岩心夹持器12、磁体13、驱替入口19、驱替出口20.

图3是岩心夹持器的整体剖面图。包括驱替入口19、驱替出口20、左调节岩心塞21、右调节岩心塞22、左压帽23、右压帽24、左堵头25、右堵头26、金属垫片27、聚四氟乙烯O型圈28、聚四氟乙烯胶套29、环压腔30、线圈支架31、线圈32、环压腔出口33、环压腔入口34、岩心室35。

本发明的高温高压岩石物性及渗流机理核磁共振在线测试平台的工作过程为：

1)连接测试装置管道，包括驱替***的管道和围压***的管道。打开环压管道开关3和驱替管道开关4或5。

2)打开环压压力表8、驱替压力表9、岩心夹持器温度表10，保持压力表、温度表正常工作。

3)开启保岩心夹持器温度控制11，设置目标温度，等待***温度稳定在设定温度。

4)安装岩心，由于本平台专用的岩心夹持器可以左右调节，可以将右调节岩心塞20安装固定好，然后通过左调节岩心塞19来调节，调节好了以后将其固定住。

5)将岩心加持器放置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所示，主磁体在磁体中间产生均匀B磁场，梯度盘产生梯度磁场，而射频线圈产生射频场。

6)打开环压泵，环压流体从环压流体进口34流入，观察环压压力表8，根据压力变化动态调整环压，使岩心夹持器压力控制在设定压力。

7)由于环压流体的影响，***的温度在此时还不能达到稳定，需要等待温度控制***反馈调节，通过跟踪温度，对温度进行调节，使其温度也达到相应的要求。

8)当环压和温度要求满足后，开启驱替泵，通过驱替进口19流入液体或者气体，对岩心进行驱替实验，分别测量流进驱替进口19流体的体积和流出驱替出口20流体的体积，可以对驱替液体进行测量。

9)在驱替实验的同时，通过控制***15，对温度、压力、核磁共振信号进行在线测试和记录，计算机***16，生成相应的记录表和核磁测量数据。

10)实验完成后，让环压腔中的全氟烃油通过环压流体出口33流出一部分，减小施加在聚四氟乙烯胶套29的压力，取出岩心，整理实验平台，以备下次实验。

本发明是高温高压低渗物性及渗流机理核磁共振在线测试装置，能够模拟地层条件下岩心所受的压力、温度，通过专用兼容核磁共振岩心夹持器，对岩心进行在线分析。

Claims (8)

1.一种高温高压岩石物性及渗流机理核磁共振在线测试装置。本发明的实验装置适用于深层岩石结构和流体渗流机理研究，实现岩石物性、流体性质及饱和度等多种参数的动态、无损检测，能够开展高温高压下油气水多相流体流动和驱替的模拟实验，研究深层储层油气运移的动力学过程、影响因素及临界条件。基于现有的核磁共振技术，在线动态的观察高温高压下流体驱替实验中油、水、气的分布状态、运移规律。

2.根据权利要求1，使用核磁共振技术，在线动态观察高温高压下流体驱替实验中油、水、气的分布状态、运移规律。

3.根据权利要求1，研制可以在高温高压下进行岩心检测的核磁共振兼容探头，既能够承受高温高压又减小了涡流的影响。

4.根据权利要求1，用于岩心检测的磁体采用C型开放空间设计，测量空间大，能够容纳磁共振探头以及驱替流动***。

5.根据权利要求1，拥有核磁共振兼容的流动***，包括无磁管道、无磁阀门和无磁岩心夹持器。

6.根据权利要求1，专用的计算机自动控制模块，使用LABVIEW语言编写，将核磁共振测量模块和岩石流体驱替模块结合在一起，实现在线动态磁共振的测量。

7.根据权利要求1，专用的数据处理软件，可以处理横向弛豫时间谱(T2谱)、纵向弛豫时间谱(T1谱)和扩散弛豫二维谱(D-T2谱)，并提供相应岩石物性参数(孔隙度、渗透率、润湿性等)。

8.根据权利要求1，可以使用两种不同的磁场梯度，固定磁场梯度(FFG)和脉冲磁场梯度(PFG)。