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。

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 

单位：上海大学上海市应用数学和力学研究所; 上海200072; 上海市力学在能源工程中的应用重点实验室; 上海200072