均质流体及多孔介质温度分布的磁共振测量

摘要

碳封存（CCS，Carbon Capture and Storage）技术捕集二氧化碳、运输并将其封存于储层以缓解温室效应，特别是二氧化碳驱油技术，在减少二氧化碳排放量同时增产原油和天然气。本文利用磁共振成像技术测量了大体积均质流体及多孔介质的温度分布特性，探讨了大体积均质流体速度温度同步测量技术，研究成果可为CO2咸水层和二氧化碳强化采油封存场地安全性及高效性提供依据。具体研究内容如下:
　　设计了测量均质流体及多孔介质内部温度分布和流体速度温度同步测量的实验系统，包括磁共振成像（MRI）、液体注入排出、温度监控、温度压力控制系统等。该系统可以精确控制样品的温度，并使用热电偶测量样品的温度及流动进出口温度，从而验证MRI温度测量精度，该实验平台可用于确定均质流体和多孔介质的速度温度分布。
　　利用磁共振成像技术，标定了纯水、饱和二氧化碳水及正癸烷大体积均质样品的纵向弛豫时间、纵向平衡磁化强度及自扩散系数与温度的关系。实验结果表明一定温度范围内这三个参数均与温度存在良好的线性关系，自扩散系数法测量均质流体样品精度最高、温度敏感度最高;而纵向弛豫时间法和纵向平衡磁化强度法测量均质流体样品温度分布耗时较长，精度有限。随后利用自扩散系数法测量纯水样品冷却过程中的温度分布，随着温度梯度的减小，测得的流体温度变化减慢且核磁管壁面温度低于样品中心。
　　开发了磁共振成像同步测量流体温度速度的技术，开展了测量不同流速下流体的速度温度实验，获得了不同速度分布及温度分布图。用FLUENT模拟同实验条件下的速度分布及温度分布，模拟结果表明该方法不仅可以可视化流场速度分布，而且可以获得较高精度温度测量结果，温度测量误差在2℃以内。模拟结果与实验测得的温度速度场结果吻合很好。
　　开发了多孔介质内流体温度分布的测量方法，研究了多孔介质内饱和水的自扩散系数、纵向弛豫时间与温度关系特性，并用自扩散系数法得到多孔介质冷却过程的降温趋势图和温度分布图，MRI自扩散系数法测量的温度值与热电偶测量值误差基本在1℃以内，探析了多孔介质内温度分布特性。
　　本研究确立了MRI技术测量均质流体及水饱和多孔介质温度分布的有效性，能准确地得到储层岩心的微观孔隙结构和多孔介质模拟岩心的温度分布，为以后详细研究多孔介质和均质流体内的传质传热特性提供了重要实验方法和实验手段、为二氧化碳封存的高效及安全性提供了保障。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 背景及意义

1．2 研究现状分析

1．2．1 碳封存技术国内外研究现状

1．2．2 磁共振温度速度测量技术研究现状

1．2．3 本文研究内容、技术路线及文章结构

2 磁共振成像温度和速度测量原理

2．1 磁共振成像原理

2．2 磁共振成像温度速度测量原理

2．2．1 温度测量原理

2．2．2 速度测量原理

2．3 磁共振序列

2．4 磁共振成像实验平台

2．5 本章小结

3 均质流体静态温度测量

3．1 实验过程与步骤

3．2 实验方法

3．2．1 纵向弛豫时间法

3．2．2 平衡磁化矢量法

3．2．3 表观自扩散系数法

3．3 实验结果与分析

3．3．1 纵向弛豫时间与温度的关系

3．3．2 纵向平衡磁化强度与温度的关系

3．3．3 自扩散系数与温度关系

3．3．4 均质静态测量三种方法比较

3．3．5 降温冷却实验

3．4 本章小结

4 大体积流体温度速度同步测量

4．1 实验过程与步骤

4．2 实验方法及原理

4．3 实验结果与分析

4．4 Fluent软件流场模拟

4．5 本章小结

5 多孔介质温度测量

5．1 实验过程与步骤

5．2 实验方法及原理

5．3 实验结果与分析

5．3．1 纵向弛豫时间法

5．3．2 自扩散系数法

5．3．3 降温冷却实验

5．3．4 不同成像方向实验差异性分析

5．4 本章小结

结论

论文创新点

后续研究的建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢