油气扩散系数及最小混相压力MRI测量研究

摘要

注CO2提高石油采收率(CO2-EOR)不仅可以应用在三次采油中提高石油的采收率，还可以实现CO2温室气体的地质封存，是既具有经济性又具有环保性的一种重要的驱油方式。为了提高CO2-EOR工程的经济性，有必要对CO2在饱和油多孔介质中的扩散规律以及CO2混相驱中CO2/油体系的最小混相压力进行理论和实验研究。而核磁共振(MR)作为一个强大的无损检测技术，在多参数可视化分析多孔介质中流体的流动和传质问题中展示了巨大的潜力。
　　运用磁共振成像(MRI)技术结合双室压力衰减法对CO2在饱和十四烷多孔介质中CO2扩散过程进行了可视化检测，通过核磁共振(MR)图像信号强度值变化，提出了一种快速测量气液扩散系数的计算方法。在给定的压力和温度范围内，随着初始压力的增大，CO2在饱和正十四烷多孔介质中的整体扩散系数逐渐增大。上述方法的计算结果与常规的压力衰减法以及相关文献的结果非常吻合，从而验证了该方法的可行性，而且，该方法可以节省90％以上的测量时间。拟合出扩散系数与温度和压力的关系式，得出在二者共同作用的情况下，温度变化造成的影响较大。通过非线性迭代法分析了扩散系数随时间和扩散深度的变化规律:同一时刻，扩散系数随着扩散深度递增逐渐减小，变化规律近似于指数衰减;同一位置，扩散系数也随着扩散时间的增大逐渐减少。
　　运用磁共振成像(MRI)技术进行了最小混相压力、CO2溶解度和烷烃密度的同步性测量实验研究，发现MR图像质子密度值、弛豫率1/T1和1/T2随着压力的逐渐增加呈现出很好的指数关系，基于此可以准确快速地测量出CO2/油体系的最小混相压力。另外，发现随着CO2的溶解，T1值增大，T2值减少，而气相溶解度和烷烃密度的变化与弛豫率1/T1和1/T2呈线性关系，为进一步采用核磁共振测井技术来监测储层流体运移规律提供了技术支持。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 温室气体的影响和石油资源的紧缺

1．1．2 注CO2驱油提高石油采收率

1．2 油气扩散系数和最小混相压力测量研究现状

1．2．1 油气扩散系数研究现状

1．2．2 油气最小混相压力研究现状

1．3 本文研究内容

2 核磁共振成像技术

2．1 核磁共振成像基本原理

2．1．1 核磁子的自旋和磁性

2．1．2 核磁共振现象

2．1．3 弛豫时间

2．2 成像脉冲序列

2．2．1 自旋回波(SE)脉冲序列

2．2．2 反转恢复(IR)脉冲序列

2．2．3 CPMG脉冲序列

2．3 本章小结

3 饱和烷烃多孔介质中CO2扩散系数MRI测量研究

3．1 实验系统与步骤

3．1．1 实验系统及装置

3．1．2 实验材料及实验步骤

3．1．3 NMR参数

3．2 扩散系数数值计算方法

3．2．1 压力衰减法

3．2．2 非线性拟合法

3．2．3 非迭代有限体积法

3．3 实验结果及分析

3．3．1 扩散过程可视化分析

3．3．2 压力衰减法计算整体扩散系数

3．3．3 非线性拟合法计算整体扩散系数

3．3．4 不同时刻扩散系数

3．4 本章小结

4 含烷烃多孔介质中烷烃最小混相压力MRI弛豫时间测量研究

4．1 实验系统与步骤

4．1．1 实验装置与材料

4．1．2 实验步骤

4．1．3 NMR参数

4．2 实验结果与分析

4．2．1 最小混相压力的弛豫强度测量

4．4．2 CO2溶解度和烷烃密度的弛豫强度测量

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢