高溫高壓滲流可視化分析與成像系統(tǒng)-報(bào)價(jià)-生產(chǎn)廠家-公司【海安巖心石油儀器有限公司】

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展快速，巖土的強(qiáng)度及耐久性等宏觀性能的研究較為成熟，但針對(duì)巖土宏觀性能劣化與微觀結(jié)構(gòu)變化之間關(guān)系的研究尚少，無(wú)法從本質(zhì)上揭示巖土衰變與破壞的機(jī)理。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)作為一種高新技術(shù)，可以從微納米尺度對(duì)巖土的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與成像，從而深入研究巖土宏觀性能與微觀結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)巖土的工作性狀及規(guī)律，對(duì)改善巖土微觀結(jié)構(gòu)、提高巖土宏觀技術(shù)性能具有重要的指導(dǎo)意義。 此外，低場(chǎng)核磁共振技術(shù)通過(guò)搭配高溫高壓滲流系統(tǒng)，可以開(kāi)展溫度-壓力-水多場(chǎng)耦合條件下巖體微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律以及流體可視化滲流成像實(shí)驗(yàn)。上述研究就對(duì)于理論和工程實(shí)踐都具有重要的意義，目前該技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多的被學(xué)者們重視。 一、儀器主要技術(shù)參數(shù) 設(shè)備的名稱：高溫高壓滲流可視化分析與成像系統(tǒng)（型號(hào)：MacroM-150H-I）。 該設(shè)備主要包括 3 個(gè)部分： 1）核磁共振分析與成像系統(tǒng)； 2）高溫高壓滲流模塊； 3）高溫高壓核磁夾持器。 具體設(shè)備以及各個(gè)部分圖片見(jiàn)圖 1。 圖 1-1 高溫高壓滲流可視化分析與成像系統(tǒng) 1.1 核磁共振分析與成像系統(tǒng) 核磁共振分析與成像系統(tǒng)主要包括磁體單元、立柜單元、成像單元和軟件四大部分，各個(gè)模塊技術(shù)參數(shù)以及對(duì)應(yīng)功能如下： 表 1-1 核磁共振分析與成像系統(tǒng)技術(shù)參數(shù) 設(shè)備 組件 名稱 技術(shù)參數(shù) 主要指標(biāo)說(shuō)明 1．磁體類型：永磁體； 磁體 2．磁場(chǎng)強(qiáng)度：0.3±0.05T； 1.磁場(chǎng)強(qiáng)度的選擇 磁體柜 3．穩(wěn)定性：≤300Hz/Hour； 單元 5 3 1 1 4．磁場(chǎng)均勻度：≤30ppm (?150 S n? = 2 B0 2?Q 2V 2 球體)； N f 1 2 b 12 核 5.頻率源：脈沖頻率范圍 磁采樣信噪比 SNR 與磁場(chǎng) 1~30MHz；頻率控制精度 0.1Hz， 強(qiáng)度 B0 成正比，和樣品中 脈沖精度：100ns； 的含氫物質(zhì)的量成正比：因 6.射頻發(fā)射功率：峰值輸出大于 此在測(cè)量對(duì)象含氫體積一 射頻柜 300W； 定的情況下，適當(dāng)提高 B0 7.采樣帶寬：2000kHz； 立柜 是提高 SNR 的途徑， 8.采樣速率：50MHz，相位控制 單元 水合物樣品信號(hào)很弱，故選 精度優(yōu)于 0.1 度，時(shí)序分辨率： 擇 0.3T 以提升采樣信噪比。 20ns，頻率分辨率：0.0000007Hz； 2.極高的磁場(chǎng)均勻度 9.控制系統(tǒng)：8 核 CPU；I7 處理 工控機(jī) 平板型磁體的主要優(yōu)勢(shì)就 器，內(nèi)存：8G DDR，硬盤(pán)：1T； 是磁場(chǎng)均勻度高 核磁共振 溫控柜 10.磁體溫度：非線性精準(zhǔn)恒溫控 分析與成 制，25~35℃范圍內(nèi)可調(diào)； 像系統(tǒng) 1 英寸探頭 11.最短回波時(shí)間≤60μs 1.縮短回波時(shí)間： 25mm 探 頭的最短回波時(shí)間 60us，可 2 英寸探頭 12.最短回波時(shí)間≤250us 采集到較短弛豫信號(hào) 4 英寸探頭 13.最短回波時(shí)間≤300us 2.探頭尺寸的選擇 探頭 工程試驗(yàn)直徑是 線圈 60mm*H100mm 6 英寸探頭 14.最短回波時(shí)間≤400us 石油鉆井取芯的巖心直徑 是 100mm*H100mm 故配置可滿足測(cè)試的相應(yīng) 尺寸探頭 通用 核磁共振分析 15.包含 Fid，SE，CPMG，和 IR 等多個(gè)脈沖序列，滿足不同需求 / 軟件 應(yīng)用軟件 的測(cè)試 16.多項(xiàng)操作自動(dòng)化，該軟件可幫 核磁共振巖心 助用戶自動(dòng)尋找中心頻率、自動(dòng) / 軟件 軟件 確定所需要的 90°和 180°射頻脈 寬，自動(dòng)保存數(shù)據(jù) 17.X、Y、Z 三個(gè)方向梯度功放的 三路梯度的應(yīng)用：主要是為 梯度強(qiáng)度峰值大于 4 Gauss/cm； 了獲取樣品空間信息 梯度柜 18.成像質(zhì)量：圖像信噪比大于等 1、核磁共振三維成像 于 20db，圖像畸變小于等于 5%， 2、選層 T2 測(cè)試 成像 圖像均勻性大于等于 60%； 3、一維頻率編碼測(cè)試 模塊 核磁共振成像 19.成像可實(shí)現(xiàn)任意角度、多層面 同時(shí)掃描，且二維圖像可進(jìn)行三 / 軟件 維重建 圖像處理軟件 20.圖像后處理及噪聲抑制技術(shù)、 / 偽彩、數(shù)據(jù)處理等 1.2 高溫高壓滲流模塊 高溫高壓滲流模塊主要包括雙缸驅(qū)替泵、環(huán)壓跟蹤泵、油浴變溫循環(huán)恒溫系統(tǒng)、回壓泵和中間容器及配套管線，詳細(xì)技術(shù)參數(shù)以及對(duì)應(yīng)功能如下： 表 1-2 高溫高壓滲流模塊技術(shù)參數(shù) 設(shè)備 名稱 技術(shù)參數(shù) 主要指標(biāo)說(shuō)明 高壓高精度恒壓 1.流量 0.1-15ml/min，精度±0.1ml； 恒流泵 2.工作壓力 40MPa，精度：±0.1%； 環(huán)壓自動(dòng)追蹤泵 1.跟蹤壓力:0-40MPa，精度：±0.1%； 2.流量：0.1-15ml/min，精度:±0.1ml； 油浴變溫循環(huán)恒 1.容積 250ml，耐壓 40MPa； 高溫高壓 溫系統(tǒng) 2.室溫～150℃,控溫精度：±0.3℃。 無(wú) 滲流模塊 1.壓力：40MPa/316L； 回壓泵 2.含回壓電動(dòng)泵、緩沖容器、回壓閥，壓力傳 感器和氣體增壓系統(tǒng)同步校準(zhǔn)等。 中間容器及配套 1.容積：3*500ML； 管線（耐酸蝕） 2.材料采用哈氏合金，耐酸腐蝕。 1.3 高溫高壓核磁夾持器 高溫高壓核磁夾持器主要技術(shù)參數(shù)如下： 表 1-3 高溫高壓核磁夾持器技術(shù)參數(shù) 設(shè)備 名稱 技術(shù)參數(shù) 主要指標(biāo)說(shuō)明 高溫高壓核磁 高溫高壓核磁探頭 1.主體由非金屬非高分子材料構(gòu)成； / 夾持器 2.耐壓 20MPa； 高性能套頭線圈 3.耐溫：室溫~80℃； 5.尺寸：φ50mm*H100mm 圖 1-2 高溫高壓核磁共振專業(yè)加持器 二、儀器特色與功能 2.1 儀器特色 MacroM-150H-I 型高溫高壓滲流可視化分析與成像系統(tǒng)的儀器特色主要包括： 1、測(cè)試快速、簡(jiǎn)便、無(wú)損。測(cè)試只需對(duì)巖樣充分飽和即可，而無(wú)需破壞巖樣，且測(cè)量速度快，操作簡(jiǎn)便。 2、大直徑磁體設(shè)計(jì)，配備多尺寸線圈（直徑 25mm、38mm、50mm、100mm），可測(cè)量巖屑和直徑為 25mm、38mm、50mm、100mm 的標(biāo)準(zhǔn)巖心等多種尺寸規(guī)格的巖樣。 3、適用于多種巖性樣品，可測(cè)量巖石、巖土、混凝土、土壤等多孔介質(zhì)材料。 4、既能測(cè)量巖石孔隙結(jié)構(gòu)及其孔徑分布特征，也能分辨裂縫和溶洞的發(fā)育情況。 2.2 設(shè)備功能 MacroM-150H-I 型高溫高壓滲流可視化分析與成像系統(tǒng)在多孔介質(zhì)樣品微觀孔隙結(jié)構(gòu)測(cè)量的基礎(chǔ)上，可以程度上模擬儲(chǔ)層真實(shí)的溫度、壓力環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì) 50mm*100mm 的工程巖心在溫-壓-流體多場(chǎng)耦合下實(shí)驗(yàn)研究。具體功能如下： 1、巖石物性分析 （1）孔隙度測(cè)量； （2）孔隙半徑分布測(cè)試； （3）含水率測(cè)量(檢測(cè) 10mg 水)； （4）可動(dòng)/束縛流體飽和度測(cè)量； （5）水分相態(tài)分析（自由水/結(jié)合水）； （6）土壤持水性能/固化過(guò)程分析； （7）土體吸水/干燥過(guò)程中不同位置含水變化分析； （8）不同摻料/配方/養(yǎng)護(hù)方式/齡期條件下水泥水分相態(tài)變化。 2、核磁共振成像 （1）巖石任意角度飽水成像； （2）巖石內(nèi)部孔隙度和孔隙尺寸空間分布分析； （3）裂縫發(fā)育情況成像分析。 3、高溫高壓滲流可視化分析 （1）流體可視化相滲實(shí)驗(yàn)； （2）巖石負(fù)載（高溫/變圍壓/交變水壓）條件下微觀孔滲規(guī)律分析； （3）特定環(huán)境（高壓、凍融、酸蝕、鹽蝕、干濕循環(huán)、降雨等）條件下，土體微觀孔隙結(jié)構(gòu)、水分分布、滲流速度研究； （4）單軸/三軸壓縮/卸荷圍壓比損傷前后微觀孔隙分析評(píng)價(jià)； （5）巖石靜態(tài)/動(dòng)態(tài)吸水化過(guò)程中孔隙結(jié)構(gòu)變化和微裂縫發(fā)育情況； （6）溫度-壓力-流體多場(chǎng)耦合條件下流體滲流可視化實(shí)驗(yàn)。 三、部分案例簡(jiǎn)介（詳細(xì)見(jiàn)產(chǎn)品手冊(cè)） 3.1 孔隙率 相同檢測(cè)參數(shù)下，核磁共振信號(hào)量與樣品中水的量成正比。通過(guò)對(duì)一組已知含水量（孔隙率）的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)試，擬合出一條孔隙度與單位體積核磁共振信號(hào)量的曲線。將測(cè)試樣品測(cè)得的單位體積信號(hào)量帶入曲線方程中可以求出樣品孔隙率。 圖 3-1 J-S-2 樣品的 T2 譜 圖 3-2 J-S-2 樣品的孔隙度標(biāo)線 圖 3-3 核磁與壓汞法結(jié)果對(duì)比 使用核磁方法以及壓汞法兩種方法進(jìn)行孔隙率測(cè)試。結(jié)果表明：核磁方法測(cè)得的孔 隙率結(jié)果與壓汞法基本一致，如圖 3-3 所示。相比之下，核磁共振技術(shù)還具有無(wú)損、快速、無(wú)毒害等優(yōu)點(diǎn)。 3.2 孔隙半徑 對(duì)于多孔介質(zhì)材料，將樣品飽和水后進(jìn)行測(cè)試。不同孔徑的孔隙中，水的 T2 弛豫 時(shí)間不同，孔徑越大 T2 弛豫時(shí)間越長(zhǎng)，孔徑越小 T2 弛豫時(shí)間越短。圖 3-4 為一樣品飽 水后測(cè)得的 T2 譜圖及其對(duì)應(yīng)的孔徑分布曲線。 圖 3-4 樣品的 T2 譜圖及孔徑分布圖 3.3 可動(dòng)/束縛流體飽和度 目前常采用孔隙度預(yù)測(cè)巖樣滲透率，通用的模型包括 SDR 模型、自由流體模型、 Timur-Coates 模型、PP 模型等，但這些模型均是針對(duì)某一類儲(chǔ)層巖樣的孔隙度、滲透率 相關(guān)關(guān)系推導(dǎo)得到，需要經(jīng)過(guò)一定修正才能推廣應(yīng)用到特定儲(chǔ)層。因而可結(jié)合儲(chǔ)層巖心 滲透率測(cè)試數(shù)據(jù)，開(kāi)展?jié)B透率與孔隙度、孔徑分布、可動(dòng)/束縛流體飽和度等參數(shù)的相關(guān)關(guān)系分析，明確儲(chǔ)層滲透率影響因素及其權(quán)重，建立儲(chǔ)層滲透率預(yù)測(cè)模型，便于后續(xù)巖心基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步開(kāi)展。 幅 度 ( 無(wú) 因 次 ) 3 離心前 離心后 2 . 5 2 1 . 5 1 截 止 值 0 . 5 0 0 . 1 1 1 0 1 0 0 1 , 0 0 0 T 2 弛 豫 時(shí) 間 (-130s ) 圖 3-5 離心前后巖樣 T2 譜曲線 3.4 水分動(dòng)態(tài)遷移 目的：測(cè)試試樣自發(fā)吸水/驅(qū)替過(guò)程中巖心不同位置含水飽和度變化。通過(guò)空間編碼 技術(shù)，可測(cè)得不同位置的含水率變化，通過(guò)觀察試樣吸水過(guò)程中的水分遷移，實(shí)現(xiàn)水分遷移動(dòng)態(tài)研究，分析其滲透吸水性能 圖 3-6 分層含水率 圖 3-7 不同自吸時(shí)間巖心 T2 譜測(cè)試結(jié)果（Mianmo Meng，2015） 3.5 土體干燥過(guò)程研究 樣品置于一開(kāi)口槽，左端為封閉端，右側(cè)與空氣接觸。由圖 3-8 可知：干燥過(guò)程中 樣品 T2 譜的峰面積逐漸減小，說(shuō)明樣品內(nèi)部含水量逐漸降低；T2 譜峰逐漸左移，說(shuō)明在干燥過(guò)程中，樣品體積收縮導(dǎo)致總體孔隙半徑減小。由圖 3-10 可知：干燥過(guò)程中樣品各處含水量均下降，樣品右側(cè)含水量下降速度較快，與成像結(jié)果一致。 圖 3-10 多孔材料干燥過(guò)程核磁成像圖 3.6 水壓作用下巖石內(nèi)部裂紋擴(kuò)展分析 水力壓裂施工過(guò)程中，能否形成預(yù)期的裂縫形態(tài)和尺寸是決定水力壓裂施工能否成功的關(guān)鍵，因而需要認(rèn)清巖石起裂與擴(kuò)展規(guī)律。目前，室內(nèi)條件下主要采用兩種方法觀察裂縫在巖樣上的起裂與擴(kuò)展規(guī)律，一是觀察三軸壓縮實(shí)驗(yàn)后巖樣表面的裂縫擴(kuò)展形態(tài)，但難以觀察到巖樣內(nèi)部裂縫擴(kuò)展形態(tài)，除非破壞巖樣，但又無(wú)法避免破壞巖樣過(guò)程中產(chǎn)生次生裂縫；二是擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)樣品尺寸，開(kāi)展巖塊水壓破裂的大物模實(shí)驗(yàn)，同樣需要破壞巖樣以觀察巖樣內(nèi)部的人工裂縫擴(kuò)展規(guī)律及其與天然裂縫的交互規(guī)律。 圖 3-11 三軸壓縮實(shí)驗(yàn)后巖樣表面裂紋擴(kuò)展形態(tài) 圖 3-12 三軸壓縮實(shí)驗(yàn)后巖樣核磁共振成像 通過(guò)對(duì)三軸壓縮后的巖樣開(kāi)展核磁共振實(shí)驗(yàn)，測(cè)試飽水巖樣內(nèi)部水分分布，即可在 不產(chǎn)生次生裂縫的情況下真實(shí)反映巖樣內(nèi)部裂紋擴(kuò)展特征，并結(jié)合應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征，如壓密階段的長(zhǎng)短、彈性變形階段的斜率、峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變、峰后應(yīng)力跌落響應(yīng)等，分析裂縫生成過(guò)程，表征水壓作用下裂縫擴(kuò)展規(guī)律。 3.7 酸蝕儲(chǔ)層改造 工作液注入儲(chǔ)層后，與巖石發(fā)生相互作用，工作液流動(dòng)軌跡決定其對(duì)巖石物理化學(xué)作用的位置和先后順序。通常，研究人員總是希望工作液按照路徑進(jìn)行流動(dòng)，比如酸化作業(yè)中希望酸液優(yōu)入滲透率相對(duì)較低的層段。因此需要對(duì)工作液流動(dòng)軌跡進(jìn)行研究，并研發(fā)形成相應(yīng)的控制技術(shù)，提高增產(chǎn)改造效果。 圖 3-13 酸驅(qū)前后巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化 采用高溫高壓滲流可視化分析與成像系統(tǒng)，選用無(wú)核磁信號(hào)材料制作的巖心夾持器，優(yōu)化探頭結(jié)構(gòu)，形成核磁共振巖心在線檢測(cè)系統(tǒng)，從而認(rèn)清多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動(dòng)特征，深化儲(chǔ)層酸化改造機(jī)理認(rèn)識(shí)。 3.8 溫-壓-流體多場(chǎng)耦合滲流可視化 將核磁共振可視化技術(shù)和巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可以模擬儲(chǔ)層真實(shí)溫度、壓力環(huán)境，開(kāi)展流體在巖心內(nèi)部的形態(tài)分布特征和滲流規(guī)律。 圖 3-15 流體滲流可視化成像實(shí)驗(yàn) 3.9 應(yīng)力敏感性研究 研究上覆圍壓對(duì)巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著圍壓越大，對(duì)大孔影響顯著，小孔變化不大。 固定圍壓，隨著水壓增大，T2 譜逐漸增大，煤巖內(nèi)部微裂縫被撐大。之后將水壓減 少。在卸水壓過(guò)程中，被撐開(kāi)的微裂縫慢慢閉合。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，煤巖除了發(fā)生彈性形變外，也發(fā)生了一些塑性形變。 圖 3-17 增加水壓作用下煤巖的孔隙結(jié)構(gòu)變化 圖 3-18 卸水壓過(guò)程中煤巖的孔隙結(jié)構(gòu)變化