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

论文摘要

基于核磁共振成像技术和Mn2+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Mn2+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,Mn2+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Mn2+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Mn2+与凝胶的化学吸附反应,建立了Mn2+的扩散反应数学模型,分析Mn2+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Mn2+的扩散系数约为1.6 mm2/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Mn2+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Mn2+对凝胶的影响。

论文目录

• 0 引言
• 1 锰离子在凝胶中扩散的核磁共振成像实验
•   1.1 锰离子在凝胶中的静态扩散实验
•     1.1.1 实验内容
•     1.1.2 实验结果与分析
•       1.1.2. 1 氯化锰溶液和清水凝胶在多孔介质中的T2 （横向弛豫时间） 谱
•       1.1.2. 2 氯化锰溶液和清水凝胶在多孔介质中的核磁共振成像图
•       1.1.2. 3 锰离子在多孔介质-凝胶体系中的扩散速度
•   1.2 岩心驱替过程中锰离子扩散及伤害凝胶实验
•     1.2.1 实验内容
•     1.2.2 实验结果与分析
•       1.2.2. 1 不同浓度氯化锰溶液驱替凝胶的核磁图像变化
•       1.2.2. 2 不同浓度氯化锰溶液对凝胶封堵压差的影响
• 2 锰离子在多孔介质-凝胶体系中的静态扩散反应模拟
•   2.1 模型的建立
•   2.2 模型参数的选择
•   2.3 模拟结果和讨论
•     2.3.1 锰离子扩散前沿位置的模拟与实验对比
•     2.3.2 化学吸附和反应速率对锰离子扩散的影响
•     2.3.3 扩散时间对锰离子扩散的影响
•     2.3.4 初始浓度对锰离子扩散的影响
• 3 结论
• 符号注释:

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 顾春元,秦荣胜,狄勤丰,蒋帆,刘子昂,陈会娟

关键词: 凝胶调驱,扩散反应模型,氯化锰,核磁共振成像,凝胶伤害,可视化,数值模拟

来源: 石油勘探与开发 2019年02期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 石油天然气工业

单位: 上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海市力学在能源工程中的应用重点实验室

基金: 国家自然科学基金(51274136,51704190),上海市重点学科建设项目(S30106)

分类号: TE357.46

页码: 354-360

总页数: 7

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