[发明专利]天然气水合物低温高压核磁共振成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物低温高压核磁共振成像装置及方法，属于天然气水合物基础物性研究和水合物开采工艺技术领域。

背景技术

天然气水合物作为新能源，已经受到世界范围内的强烈关注。全世界范围内的针对天然气水合物的模拟和实验研究已经广泛展开。由于天然气水合物主要分布在冻土和海底，实地研究的成本很大，现在研究主要是在实验室模拟真实天然气水合物藏的状态进行研究。

针对实验研究，其研究方法主要有传统、光学、超声、电学、CT以及核磁共振成像技术。其中传统技术就是直接观察天然气水合物生成与分解，成本比较低，但只能做定性分析，得到的数据不准确；光学研究主要是利用通光率变化或者光学摄影来判定水合物的生成与分解，此方法对反应釜的要求比较高，需要耐压并透明，同时还需要反应基质透明；超声技术就是根据实测的声学参数，如声速、频率、衰减等等，反映出天然气水合物藏中的各种物性信息(孔隙度、饱和度、渗透率等等)，但此种方法并不能直观的观察水合物的生成与分解；电学技术是通过检测反应介质的一些电学特性(如电阻，介电常数等)的变化来判定水合物的生成与分解，此方法对水合物的样品要求很高，且此方法尚不完善只能定性判断水合物生成分解，无法定量测量；CT技术就是利用X射线对样品的一定厚度的层面进行扫描，由于气体、水、水合物、冰和多孔介质对X射线的吸收率不同，来测定水合物的生成分解，但CT技术只能对样品进行二维扫描，而且由于对多孔介质也成像，故多孔介质对天然气水合物的观察造成严重影响；核磁共振成像技术(MRI)是一个比较新的研究方法，是由具有磁距的原子核在高强度磁场作用下，可吸收适宜频率的电磁辐射，而不同分子中原子核的化学环境不同，将会有不同的共振频率，产生不同的共振谱，从而直观测定天然气水合物的各种特性(包括孔隙度、饱和度、渗透率、流动场、温度场等)，此方法是可以对样品内部进行定量三维可视化测量，能够准确反映出多孔介质中各种流体的性质，排除介质骨架的影响，但是对核磁成像的反应釜要求比较高，需无磁、耐高压且有一定的工作温度范围。

为了克服现有测试方法的各种不足，本发明提供一种天然气水合物低温高压核磁共振成像装置，该装置可方便利用核磁共振成像技术对天然气水合物进行三维可视化的物理模拟研究，得到的测试图像可进行定量分析，能得到多孔介质的孔隙度以及多孔介质中天然气水合物的渗透率、饱和度、生成分解时的流动场、温度场等参数。

发明内容

本发明提供了一种天然气水合物低温高压核磁共振成像装置及方法，该装置竖直放入核磁共振成像仪的成像探头中，可以进行天然气水合物多种沉藏条件下的水合物生成分解特性研究；该装置使用的磁性材料少且耐高压，对核磁共振系统无任何影响，结构紧凑，使用方便。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

天然气水合物低温高压核磁共振成像装置，包括端盖、内管、真空外管、循环流体进出口、密封圈、滤网、封头。上、下两个封头与内管组成了一个封闭的空间，封头带有密封圈，能和内管进行有效密封，形成的密封空间是核磁共振成像系统的测试区域；该测试区域可以添加各种参与天然气水合物生成的物质，如水、气、溶液和多孔介质等；多孔介质是指玻璃珠、石英砂或粘土等材料；上、下两个端盖和内管通过螺纹牢固结合，并压住两端封头，这样使得内管可以承受高压；封头上、下两端都设有滤网，可以有效的阻隔各种添加固体的移动；真空外管、内管与两端端盖组成的空间用于循环液循环来控制反应温度，循环从下端的循环流体进口进入，从上端的循环流体出口流出；真空外管是选择真空设计可以有效阻隔循环流体对管外进行的热传导；

除橡胶圈和滤网之外，全部由无磁的非金属材料聚酰胺-酰亚胺材料制作而成。

所述天然气水合物低温高压核磁共振成像装置在装入天然气水合物反应所需物质之后，放入核磁共振成像系统中，通过控制其温度压力来满足反应条件，同时利用核磁共振成像装置进行检测，并对图像定量分析得到孔隙度，天然气水合物的饱和度和生长结构、生成分解时的流动场和温度场等数据。