Mn^(2+)对岩心内凝胶成像信号与封堵效果的影响研究

针对核磁共振信号抑制剂氯化锰是否适用于区分凝胶与驱替液信号的问题,开展了Mn^(2+)对聚合物成胶和凝胶结构变化的影响实验,并采用核磁共振成像技术研究了氯化锰对凝胶的成像信号和封堵效果的影响。实验结果表明,随着配液中Mn^(2+)浓度的增加,得到的凝胶黏度降低,Mn^(2+)浓度达到10 g/L,聚合物难以成胶。同时,Mn^(2+)对已经交联的凝胶也有显著的破坏作用。当Mn^(2+)浓度超过2 g/L时,宏观上凝胶出现脱水缩聚现象。微观上凝胶由密集网状结构向稀疏环带状结构变化,当Mn^(2+)浓度超过5 g/L,原来的结构明显被破坏。在氯化锰溶液驱替凝胶过程中,驱替时间越长和Mn^(2+)浓度越高,Mn^(2+)对凝胶成像信号的掏性越明显,对凝胶结构的破坏也越大,导致凝胶在岩心中的封堵能力大幅下降,说明氯化锰溶液作为驱替凝胶的核磁信号区分试剂存在缺陷,需控制作用时间和Mn^(2+)浓度,增强凝胶的抗盐性。

锰离子在多孔介质-凝胶体系中扩散及伤害凝胶的可视化实验和数值模拟

基于核磁共振成像技术和Mn^(2+)的信号抑制特性,探索矿物离子对凝胶结构损害的可视化新方法。通过氯化锰溶液静态扩散实验和驱替凝胶实验,研究了Mn^(2+)在多孔介质-凝胶体系中的扩散和分布特征,测得凝胶的核磁图像和驱替压力。实验结果显示,Mn^(2+)在多孔介质-凝胶体系中的静态扩散符合Fick扩散定律,其扩散速度随Mn^(2+)浓度上升而加快,凝胶图像面积随之缩小;浓度较高的氯化锰溶液驱替凝胶过程中凝胶的图像减小更快,水驱压力降幅更大。考虑Mn^(2+)与凝胶的化学吸附反应,建立了Mn^(2+)的扩散反应数学模型,分析Mn^(2+)浓度分布特征,数值模拟结果与核磁共振成像实验结果吻合,计算得到Mn^(2+)的扩散系数约为1.6 mm^2/h,显著影响凝胶核磁成像信号的浓度不低于2.5 g/L。研究表明,岩心中Mn^(2+)向凝胶中扩散,抑制了凝胶的成像信号并损伤其强度,且浓度越高影响越大;增加凝胶的反应吸附量、采用离子吸附隔离剂、提高反应速度、减少扩散时间均可以降低Mn^(2+)对凝胶的影响。

岩心表面吸附层耐冲刷实验装置的研制及应用

自主研制了一种岩心表面吸附层耐冲刷的实验装置,成功测试了岩心表面纳米颗粒吸附层的耐水流冲刷能力。实验结果显示了纳米吸附层表面润湿性由强亲水转变为疏水、再转向亲水的过程。同时表明,该装置具有连续不间断流动、一次性测试10块岩心片样品、流量可调、不停泵更换样品和水位恒定自控等特征,达到了实验要求。

均质多孔介质中纳米颗粒吸附层的水流滑移模型

考虑纳米颗粒吸附边界层对管径大小的影响和不同流态时的岩心渗透率的差异,建立了基于纳米颗粒吸附的均质多孔介质水流滑移数学模型(K-L MⅡ)。测试了油基和水基两种纳米流体的减阻效果,两组岩心水相渗透率的增幅平均分别为46.5%和76%。利用K-L MⅡ和K-L MⅠ计算了两组岩心中的水流滑移长度,大约在20–80 nm左右。结果显示,两者的差异较大,最大相差100%,表明不宜用K-L MⅠ计算具有吸附层厚度影响的滑移长度。利用K-L MⅡ解释了纳米颗粒吸附造成孔道减小而注水量增加的矛盾,为阐述纳米减阻机理提供了理论依据。K-L MⅡ也适用于吸附层厚度为0的水流滑移效应,具有普适性。