CN111323834A - 结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置 - Google Patents

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常艳海
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Abstract

本发明公开了一种结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置。其包括：低场核磁共振仪；无磁渗吸组件，其包括：渗吸腔固定器、无磁渗吸腔和液位传感器，所述无磁渗吸腔通过螺杆与渗吸腔固定器螺接布设到低场核磁共振仪内，并设置有液位传感器和电动阀门；所述无磁渗吸腔内设置有无磁金属网；马氏瓶组件，其包括：马氏瓶和铁架台，所述马氏瓶通过无磁管线与所述电动阀门连接；以及计算机控制***，其与所述低场核磁共振仪、液位传感器和电动阀门控制连接，并连接有核磁谱仪。该渗吸装置能够以在线方式实时连续获取自发渗吸过程中的核磁实验数据，揭示自发渗吸过程中岩心中流体运移特征，优化了实验流程，减少了实验结果误差。

Description

结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置
技术领域
本发明是关于非常规天然气储层勘探研究技术领域，特别是关于一种结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置。
背景技术
随着非常规天然气资源勘探和开发规模的不断增长，针对煤层气、致密砂岩气以及页岩气等非常规天然气储层的研究也在逐渐深入。以页岩为代表的低孔低渗致密储层，必须经过大规模的水力压裂改造才能投产。压裂作业过程中由于强大的毛细管压力，大量的压裂液通过渗吸作用进入到储层基质及内部缝网中。压裂液的返排对于页岩气井的投产至关重要，国内外现场施工数据表明，压裂液的返排率普遍低于30％，大量的压裂液滞留在储层中会产生严重的水锁伤害造成气井产量的急剧下降，同时部分页岩气井出现“返排率低产气量高”的异常现象。综上所述，深入认识致密岩石的自发渗吸作用及其机理对于非常规天然气资源的科学高效开发有着重要的指导意义。
低场核磁共振技术以其快速、无损、灵敏性的优势广泛应用于油气藏开发各领域的研究，能够定量表征不同条件下岩心内含氢流体的含量和运移特征。目前，业内研究自发渗吸的核磁共振测试多为离线测试，即在渗吸过程的不同时间，将岩心从渗吸装置内取出进行核磁共振测试。由于核磁共振设备的敏感性和实验操作的复杂性，使得自发渗吸的离线测试具有很大的实验误差且不能获得准确连续的测试结果。因此，有必要探索设计一种核磁共振在线渗吸实验装置，揭示自发渗吸过程中岩心流体运移特征，为非常规天然气的水力压裂改造提供理论指导。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单合理的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置，其能够以在线方式实时连续获取自发渗吸过程中的核磁实验数据，揭示自发渗吸过程中岩心中流体运移特征，优化了实验流程，减少了实验结果误差。
为实现上述目的，本发明提供了一种结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置，包括：低场核磁共振仪；无磁渗吸组件，其包括：渗吸腔固定器、无磁渗吸腔和液位传感器，所述无磁渗吸腔的上部设置有螺杆，该螺杆为内部中空结构；所述渗吸腔固定器横跨在所述低场核磁共振仪的端口，所述螺杆与渗吸腔固定器螺接从而将无磁渗吸组件布设到低场核磁共振仪内；所述无磁渗吸腔内设置有无磁金属网；该无磁渗吸腔的下部同一水平位置分别开设有液体注入口、传感器中间开口和阀门开口，所述传感器中间开口设置有液位传感器，所述阀门开口设置有电动阀门；马氏瓶组件，其包括：马氏瓶和铁架台，所述马氏瓶能够调节高度的设置在铁架台上，并通过无磁管线与所述电动阀门连接；以及计算机控制***，其与所述低场核磁共振仪、液位传感器和电动阀门控制连接，并连接有核磁谱仪。
在一优选的实施方式中，无磁渗吸腔包括：渗吸腔盖和渗吸腔体，该渗吸腔盖的上部设置有螺杆，下部与所述渗吸腔体扣合。
在一优选的实施方式中，渗吸腔盖与渗吸腔体通过塑料卡口进行旋转连接。
在一优选的实施方式中，螺杆上设置有刻度尺。
在一优选的实施方式中，计算机控制***包括：数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块、数据存储模块，液位控制模块和数据导出模块，数据采集模块与无磁渗吸组件和低场核磁共振仪进行通信，将采集到的实验数据交给所述数据处理模块和所述液位控制模块进行处理，得到自发渗吸实验数据；所述数据显示模块将自发渗吸实验数据显示；所述数据存储模块对自发渗吸实验数据进行存储并传输给所述数据导出模块，所述数据导出模块根据用户指令将所需实验数据导出到实验结果文件。
在一优选的实施方式中，渗吸腔固定器、无磁渗吸腔均采用无磁性塑料制成；所述液位传感器、电动阀门和无磁管线均由无磁性金属制成。
在一优选的实施方式中，渗吸腔固定器、无磁渗吸腔均采用无磁性PEEK塑料制成；所述无磁金属网、液位传感器、电动阀门和无磁管线由无磁性不锈钢和\或铜制成。
与现有技术相比，根据本发明的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置具有如下有益效果：
1、能够以在线方式实时连续获取自发渗吸过程中的核磁实验数据，揭示自发渗吸过程中岩心中流体运移特征；
2、岩心位置恒定和渗吸液面恒定的双恒定式设计克服了离线式核磁共振自发渗吸测试的无法连续监测缺陷，并且优化了实验流程，减少了实验结果误差；
3、获取自发渗吸岩心整体动态流体运移特征的同时，利用饱和度曲线和空间T2技术分析渗吸过程中岩心不同部位流体赋存与运移特征。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置的结构示意图。
图2是根据本发明一实施方式的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置的无磁渗吸组件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明优选实施例的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置的具体结构包括：低场核磁共振仪1、无磁渗吸组件、马氏瓶组件和计算机控制***。其中，无磁渗吸组件布设在低场核磁共振仪1内，用于容纳致密岩心和渗吸液，无磁渗吸组件又与马氏瓶组件连通，从而采用岩心位置恒定和渗吸液面恒定的双恒定式设计，克服了离线式核磁共振自发渗吸测试的无法连续监测缺陷，并且优化了实验流程，减少了实验结果误差。
具体来讲，低场核磁共振仪1内设置有左低场核磁共振仪磁体2和低场核磁共振仪磁体3，用于定量表征不同条件下岩心内含氢流体的含量和运移特征。致密岩石自发渗吸过程中渗吸液体量较少，通过常规天平称量法测得的渗吸液体量由于实验操作等具有很大的误差，本装置采用高灵敏度的低场核磁共振谱仪进行自发渗吸监测，流体识别精度可达0.01cc，同时在线式核磁共振检测简化了实验流程进一步减小了实验误差。
如图2所示，无磁渗吸组件包括：渗吸腔固定器4、无磁渗吸腔5和液位传感器6，无磁渗吸腔5包括：渗吸腔盖51和渗吸腔体52，渗吸腔盖51的上部设置有螺杆53，下部与渗吸腔体52扣合。螺杆53为内部中空结构，使得渗吸腔体与外界大气相连通，有利于渗吸腔体内自发渗吸实验的进行。渗吸腔固定器4横跨在低场核磁共振仪1的端口，螺杆53与渗吸腔固定器4螺接从而将无磁渗吸组件布设到低场核磁共振仪1内。无磁渗吸腔5内设置有无磁金属网58，用于承接岩心7。无磁渗吸腔5的下部同一水平位置分别开设有液体注入口56、传感器中间开口和阀门开口，传感器中间开口用于设置液位传感器6，阀门开口设置有电动阀门57。液体注入口56用于注入渗吸液59。
在一实施例中，螺杆53上设置有刻度尺54，刻度尺54的刻度为5cm，最小刻度为0.2cm。
在一实施例中，渗吸腔盖51与渗吸腔体52通过塑料卡口55进行旋转连接。
马氏瓶组件包括：马氏瓶8和铁架台9，马氏瓶8能够调节高度的设置在铁架台9上，并通过无磁管线10与电动阀门57连接。
如图1所示，计算机控制***11与低场核磁共振仪1、液位传感器6和电动阀门57控制连接，并连接有核磁谱仪。将装配好的无磁渗吸组件置于低场核磁共振仪中，利用岩心位置校正功能检测岩心在磁场中的位置，调节螺杆使得岩心底面与低场核磁共振仪的磁场底部位于同一水平位置。接下来向无磁渗吸腔内注入渗吸液达到液位传感器指定高度，向马氏瓶中注入渗吸液，打开电动阀门使得无磁腔内渗吸液与马氏瓶中渗吸液相连通，调节马氏瓶高度使得液面达到液位传感器指示液面，用铁架台将马氏瓶固定，通过计算机控制***检测渗吸液面高度以及有无渗吸液干扰信号产生。设置低场核磁共振仪采样参数，对自发渗吸过程中岩心流体渗吸特征进行在线核磁共振测试。螺杆53与渗吸腔固定器4螺接从而将无磁渗吸组件布设到低场核磁共振仪1内，并保持岩心在谱仪中的位置恒定不变，同时液位传感器6、电动阀门57及马氏瓶组件构成的液面控制***能够保证渗吸实验过程中渗吸液面始终与岩心底面相接触。岩心位置恒定与渗吸液面恒定的“双恒定设计”可以保证实时在线式核磁共振自发渗吸实验的进行。
在一实施例中，计算机控制***包括：数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块、数据存储模块，液位控制模块和数据导出模块，数据采集模块与无磁渗吸组件和低场核磁共振仪1进行通信，将采集到的实验数据交给所述数据处理模块和所述液位控制模块进行处理，得到自发渗吸实验数据(如渗吸液面高度、渗吸T2谱、饱和度曲线等)；所述数据显示模块将自发渗吸实验数据显示，供实验人员查看；同时所述数据存储模块对自发渗吸实验数据进行存储并传输给所述数据导出模块，所述数据导出模块根据用户指令将所需实验数据导出到实验结果文件(图表、文本等)，提供给用户查看。
在一实施例中，渗吸腔固定器4、无磁渗吸腔5均采用无磁性塑料制成。所述液位传感器、电动阀门和无磁管线均由无磁性金属制成，这些由无磁性材料制成的部件在实验过程中不会产生核磁干扰信号，从而保证自发渗吸实验结果的准确性。
在一实施例中，渗吸腔固定器4、无磁渗吸腔5均采用无磁性PEEK(Poly EtherEtherKetone，聚醚醚酮)塑料制成。所述无磁金属网58、液位传感器、电动阀门和无磁管线由无磁性不锈钢和\或铜制成。
该结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置可用于在线式核磁共振测试致密岩心在自发渗吸过程中的微观流体运移动态，包括以下操作步骤：
1、将致密岩心装入到无磁渗吸腔内，并将渗吸腔固定器、液位传感器、电动阀门、无磁管线和马氏瓶与无磁渗吸腔组装，将装配好的无磁渗吸组件置于低场核磁共振仪中，利用岩心位置校正功能检测岩心在磁场中的位置，调节螺杆使得岩心底面与低场核磁共振仪的磁场底部位于同一水平位置。
2、向无磁渗吸腔内注入渗吸液达到液位传感器制定的高度，向马氏瓶中注入渗吸液，打开电动阀门使得无磁渗吸腔内渗吸液与马氏瓶中渗吸液相连通，调节马氏瓶高度使得液面达到液位传感器指示的液面，用铁架台将马氏瓶固定，通过计算机控制***检测渗吸液面高度以及有无渗吸液干扰信号产生。所述无磁渗吸腔中渗吸液面与马氏瓶中液面保持同一水平位置，并通过液位控制***维持渗吸液面高度的恒定，避免渗吸液进入到低场核磁仪磁场区域产生干扰信号。相对于离线式核磁共振自发渗吸实验，采用本装置实现的在线式自发渗吸实验既可以实时监测渗岩心渗吸过程中微观流体运移特征，还优化了实验流程从而减少了实验误差。
3、设置低场核磁共振仪采样参数，对自发渗吸过程中岩心流体渗吸特征进行在线核磁共振测试，同时计算机控制***采集记录渗吸实验数据。
4、实验过程中利用计算机控制***的液位控制模块实时检测渗吸液面高度避免渗吸液进入到核磁共振仪磁场区域产生干扰信号，保证核磁共振自发渗吸实验数据的可靠性。
综上，该结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置能够以在线方式实时连续获取自发渗吸过程中的核磁实验数据，揭示自发渗吸过程中岩心中流体运移特征；采用岩心位置恒定和渗吸液面恒定的双恒定式设计克服了离线式核磁共振自发渗吸测试的无法连续监测缺陷，并且优化了实验流程，减少了实验结果误差。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置，其特征在于，包括：
低场核磁共振仪；
无磁渗吸组件，其包括：渗吸腔固定器、无磁渗吸腔和液位传感器，所述无磁渗吸腔的上部设置有螺杆，该螺杆为内部中空结构；所述渗吸腔固定器横跨在所述低场核磁共振仪的端口，所述螺杆与渗吸腔固定器螺接从而将无磁渗吸组件布设到低场核磁共振仪内；所述无磁渗吸腔内设置有无磁金属网；该无磁渗吸腔的下部同一水平位置分别开设有液体注入口、传感器中间开口和阀门开口，所述传感器中间开口设置有液位传感器，所述阀门开口设置有电动阀门；
马氏瓶组件，其包括：马氏瓶和铁架台，所述马氏瓶能够调节高度的设置在铁架台上，并通过无磁管线与所述电动阀门连接；以及
计算机控制***，其与所述低场核磁共振仪、液位传感器和电动阀门控制连接，并连接有核磁谱仪。
2.如权利要求1所述的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置，其特征在于，所述无磁渗吸腔包括：渗吸腔盖和渗吸腔体，该渗吸腔盖的上部设置有螺杆，下部与所述渗吸腔体扣合。
3.如权利要求2所述的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置，其特征在于，所述渗吸腔盖与渗吸腔体通过塑料卡口进行旋转连接。
4.如权利要求1所述的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置，其特征在于，所述螺杆上设置有刻度尺。
5.如权利要求1所述的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置，其特征在于，所述计算机控制***包括：数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块、数据存储模块，液位控制模块和数据导出模块，数据采集模块与无磁渗吸组件和低场核磁共振仪进行通信，将采集到的实验数据交给所述数据处理模块和所述液位控制模块进行处理，得到自发渗吸实验数据；所述数据显示模块将自发渗吸实验数据显示；所述数据存储模块对自发渗吸实验数据进行存储并传输给所述数据导出模块，所述数据导出模块根据用户指令将所需实验数据导出到实验结果文件。
6.如权利要求1所述的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置，其特征在于，所述渗吸腔固定器、无磁渗吸腔均采用无磁性塑料制成；所述液位传感器、电动阀门和无磁管线均由无磁性金属制成。
7.如权利要求6所述的结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置，其特征在于，所述渗吸腔固定器、无磁渗吸腔均采用无磁性PEEK塑料制成；所述无磁金属网、液位传感器、电动阀门和无磁管线由无磁性不锈钢和\或铜制成。
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