水驅(qū)剩余油分布-低場(chǎng)核磁技術(shù)

隨著水驅(qū)開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，國(guó)內(nèi)大多數(shù)油田皆已進(jìn)入高含水、高采出程度的“雙高”階段，針對(duì)二次采油未能采出的未波及區(qū)的剩余油和波及區(qū)的殘余油，認(rèn)識(shí)剩余油為油田二次采油及三次采油提供重要依據(jù)尤為重要。

剩余油分布是指剩余油在地層中的分布情況，影響剩余油分布的因素眾多，主要受靜態(tài)儲(chǔ)層(地質(zhì)的)和動(dòng)態(tài)注采狀況(開(kāi)發(fā)的)雙重因素的影響。靜態(tài)儲(chǔ)層因素是根本的、內(nèi)在的因素，注采狀況(開(kāi)發(fā)條件)是影響剩余油分布的外部因素。

水驅(qū)剩余油分布-低場(chǎng)核磁技術(shù)

基于核磁對(duì)氫信號(hào)優(yōu)秀的捕捉能力，在油氣藏儲(chǔ)層研究中，發(fā)揮了巨大的作用。搭配多場(chǎng)耦合配件，可以模擬地層真實(shí)高溫高壓環(huán)境，巖心（水驅(qū)油核磁共振實(shí)驗(yàn)、水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)、微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、多相驅(qū)替實(shí)驗(yàn)）不同尺寸孔隙中的油水信號(hào)在核磁T2譜中對(duì)應(yīng)的弛豫時(shí)間不同，隨著驅(qū)替實(shí)驗(yàn)（水驅(qū)油核磁共振實(shí)驗(yàn)、水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)、微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、多相驅(qū)替實(shí)驗(yàn)）的進(jìn)行，核磁T2譜隨著巖心內(nèi)部油水相態(tài)（多相驅(qū)替）的變化而發(fā)生變化，可以用定量來(lái)研究地層的油氣開(kāi)采過(guò)程。同時(shí)基于核磁成像功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)驅(qū)替過(guò)程（水驅(qū)油核磁共振實(shí)驗(yàn)、水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)、微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、多相驅(qū)替實(shí)驗(yàn)）的各個(gè)階段進(jìn)行成像，生動(dòng)形象的觀察動(dòng)態(tài)變化。實(shí)現(xiàn)驅(qū)替過(guò)程（水驅(qū)油核磁共振實(shí)驗(yàn)、水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)、微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、多相驅(qū)替實(shí)驗(yàn)）中油水變化的可視化。

水驅(qū)剩余油分布-低場(chǎng)核磁儀器

MacroMR高溫高壓巖心驅(qū)替可視化系統(tǒng)能夠結(jié)合傳統(tǒng)的外圍驅(qū)替系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模擬地層高溫高壓環(huán)境，對(duì)巖心進(jìn)行全過(guò)程可視化驅(qū)替研究，可視化可以定性的評(píng)價(jià)巖心驅(qū)替情況，通過(guò)譜圖變化可定量計(jì)算出驅(qū)替量的多少；可以任意層面、多角度對(duì)巖心進(jìn)行無(wú)損切片選層觀測(cè)和分析；

巖心注聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)低場(chǎng)核磁技術(shù)

什么是聚合物驅(qū)油

聚合物驅(qū)油是指向地層中注入聚合物進(jìn)行驅(qū)油的一種增產(chǎn)措施。在宏觀上，它主要靠增加驅(qū)替液粘度，降低驅(qū)替液和被驅(qū)替液的流度比，從而擴(kuò)大波及體積；在微觀上，聚合物由于其固有的粘彈性，在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)油膜或油滴的拉伸作用，增加了攜帶力，提高了微觀洗油效率。

聚合物驅(qū)油技術(shù)由于其機(jī)理比較清楚、技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，世界各國(guó)開(kāi)展研究比較早，美國(guó)于五十年代末、六十年代初開(kāi)展了室內(nèi)研究，1964年進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)。1970年以來(lái)，前蘇聯(lián)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)、羅馬尼亞和德國(guó)等國(guó)家都迅速開(kāi)展了聚合物驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)。從20世紀(jì)60年代至今，荃世界有200多個(gè)油田或區(qū)塊進(jìn)行了聚合物驅(qū)試驗(yàn)。聚合物驅(qū)是在注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通過(guò)增加水相粘度和降低水相滲透率來(lái)改善流度比、提高波及系數(shù)，從而提高原油采油率。

注聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)是一種較為經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化采油方法。一般認(rèn)為,聚合物的主要作用是增加水相粘度,及因聚合物滯留5I起滲透率下降.從而導(dǎo)致驅(qū)替液在油層中的流度明顯降低。核磁共振成像研究結(jié)果表明聚合物驅(qū)油可以提高孔隙利用系數(shù),從而提高驅(qū)油效果。研究還表明聚合物溶液的粘彈性對(duì)提高驅(qū)油效果也有一定的作用。

低場(chǎng)核磁技術(shù)簡(jiǎn)介

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)主要檢測(cè)為H質(zhì)子，也可以用于F信號(hào)測(cè)試。含H樣品經(jīng)過(guò)特定頻率的射頻激勵(lì)后，產(chǎn)生核磁共振信號(hào)。H核磁共振信號(hào)對(duì)應(yīng)有T1、T2兩個(gè)主要參數(shù)，通過(guò)測(cè)試T1、T2弛豫時(shí)間并進(jìn)行建模，可用于石油勘探、巖土、能源等多方面研究。

巖心注聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)低場(chǎng)核磁技術(shù)原理與裝置

在線核磁共振成像技術(shù)通過(guò)核磁共振成像掃描儀使用強(qiáng)磁場(chǎng)、電場(chǎng)梯度掃描待測(cè)試樣信號(hào),在石油勘探開(kāi)發(fā)行業(yè)中,常用于分析儲(chǔ)層流體的弛豫時(shí)間對(duì)儲(chǔ)層中的油水分布進(jìn)行成像。核磁共振測(cè)試信號(hào)來(lái)自氫原子,氫原子越多則信號(hào)就越強(qiáng),然而,由于水及原油中均有氫原子,難以區(qū)分水相和油相的信號(hào)。由于氟油無(wú)氫原子,故選用氟油替代原油進(jìn)行實(shí)驗(yàn),使所測(cè)信號(hào)均為水相。由于實(shí)驗(yàn)中僅水相存在氫原子,故巖心中的剩余油飽和度與核磁共振T2譜信號(hào)相關(guān),因此可以通過(guò)分析核磁共振T2譜弛豫時(shí)間來(lái)計(jì)算水驅(qū)、聚合物驅(qū)后剩余油分布的變化并進(jìn)行對(duì)比分析。

低場(chǎng)核磁驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置

巖心聚合物驅(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)低場(chǎng)核磁技術(shù)

什么是聚合物驅(qū)

聚合物驅(qū)是指向地層中注入聚合物進(jìn)行驅(qū)油的一種增產(chǎn)措施。在宏觀上，它主要靠增加驅(qū)替液粘度，降低驅(qū)替液和被驅(qū)替液的流度比，從而擴(kuò)大波及體積；在微觀上，聚合物由于其固有的粘彈性，在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)油膜或油滴的拉伸作用，增加了攜帶力，提高了微觀洗油效率。

聚合物驅(qū)技術(shù)由于其機(jī)理比較清楚、技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，世界各國(guó)開(kāi)展研究比較早，美國(guó)于五十年代末、六十年代初開(kāi)展了室內(nèi)研究，1964年進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)。1970年以來(lái)，前蘇聯(lián)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)、羅馬尼亞和德國(guó)等國(guó)家都迅速開(kāi)展了聚合物驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)。從20世紀(jì)60年代至今，荃世界有200多個(gè)油田或區(qū)塊進(jìn)行了聚合物驅(qū)試驗(yàn)。聚合物驅(qū)是在注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通過(guò)增加水相粘度和降低水相滲透率來(lái)改善流度比、提高波及系數(shù)，從而提高原油采油率。

聚合物驅(qū)油是一種較為經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化采油方法。一般認(rèn)為,聚合物的主要作用是增加水相粘度,及因聚合物滯留引起滲透率下降.從而導(dǎo)致驅(qū)替液在油層中的流度明顯降低。核磁共振成像研究結(jié)果表明聚合物驅(qū)油可以提高孔隙利用系數(shù),從而提高驅(qū)油效果。研究還表明聚合物溶液的粘彈性對(duì)提高驅(qū)油效果也有一定的作用。

低場(chǎng)核磁技術(shù)簡(jiǎn)介

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)主要檢測(cè)為H質(zhì)子，也可以用于F信號(hào)測(cè)試。含H樣品經(jīng)過(guò)特定頻率的射頻激勵(lì)后，產(chǎn)生核磁共振信號(hào)。H核磁共振信號(hào)對(duì)應(yīng)有T1、T2兩個(gè)主要參數(shù)，通過(guò)測(cè)試T1、T2弛豫時(shí)間并進(jìn)行建模，可用于石油勘探、巖土、能源等多方面研究。

低場(chǎng)核磁巖心聚合物驅(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)原理與裝置

在線核磁共振成像技術(shù)通過(guò)核磁共振成像掃描儀使用強(qiáng)磁場(chǎng)、電場(chǎng)梯度掃描待測(cè)試樣信號(hào),在石油勘探開(kāi)發(fā)行業(yè)中,常用于分析儲(chǔ)層流體的弛豫時(shí)間對(duì)儲(chǔ)層中的油水分布進(jìn)行成像。核磁共振測(cè)試信號(hào)來(lái)自氫原子,氫原子越多則信號(hào)就越強(qiáng),然而,由于水及原油中均有氫原子,難以區(qū)分水相和油相的信號(hào)。由于氟油無(wú)氫原子,故選用氟油替代原油進(jìn)行實(shí)驗(yàn),使所測(cè)信號(hào)均為水相。由于實(shí)驗(yàn)中僅水相存在氫原子,故巖心中的剩余油飽和度與核磁共振T2譜信號(hào)相關(guān),因此可以通過(guò)分析核磁共振T2譜弛豫時(shí)間來(lái)計(jì)算水驅(qū)、聚合物驅(qū)后剩余油分布的變化并進(jìn)行對(duì)比分析。

硫磺油含量低場(chǎng)核磁檢測(cè)技術(shù)

硫磺的生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量和特性要求會(huì)添加一定量的油，以提升產(chǎn)品性能以及方便生產(chǎn)和加工。為確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，需要準(zhǔn)確，快速進(jìn)行硫磺油含量測(cè)量。 低場(chǎng)核磁檢測(cè)技術(shù)可快速完成硫磺油含量測(cè)量，制樣過(guò)程非常簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)和質(zhì)量控制。

硫磺油含量的傳統(tǒng)測(cè)試方法：

硫磺油含量的傳統(tǒng)方法是使用溶劑萃取法，該方法檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，需要有專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作，人為誤差較大，此外，萃取液屬于有毒試劑，對(duì)操作人員健康和安全存在危害，該方法在工業(yè)中越來(lái)越難以接受。

硫磺油含量低場(chǎng)核磁檢測(cè)技術(shù)的基本原理：

使用自旋回波序列進(jìn)行測(cè)量，圖一是自旋回波序列與檢測(cè)到的核磁信號(hào)。在90度射頻脈沖后t1處測(cè)量了自由感應(yīng)衰減（FID）NMR信號(hào)。此時(shí)信號(hào)幅度（A1）與樣品的兩個(gè)液相（水分和油分）中的H質(zhì)子數(shù)成正比。180度脈沖后，檢測(cè)自旋回波信號(hào)幅度為A2，此時(shí)水的信號(hào)已經(jīng)衰減為0，A2僅為油的信號(hào)。

使用已知硫磺油含量的樣品進(jìn)行定標(biāo)后，即可測(cè)試未知樣品的硫磺油含量。低場(chǎng)核磁檢測(cè)技術(shù)測(cè)試速度快，可在30秒~3分鐘鐘內(nèi)完成測(cè)試。測(cè)試過(guò)程快速無(wú)損，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)在線過(guò)程測(cè)試。

低場(chǎng)核磁反演技術(shù)

無(wú)論是低場(chǎng)核磁縱向弛豫還是低場(chǎng)核磁橫向弛豫，對(duì)于決大多數(shù)樣品來(lái)說(shuō)，低場(chǎng)核磁弛豫信號(hào)都可以用多指數(shù)函數(shù)來(lái)表達(dá)。通常情況下，分別利用CPMG實(shí)驗(yàn)和IR實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)樣品的橫向弛豫過(guò)程和縱向弛豫過(guò)程，低場(chǎng)核磁弛豫信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如公式(1)和公式(2)所示：

其中fi表示樣品中第i種成分的信號(hào)強(qiáng)度，總信號(hào)的大小是所有成分產(chǎn)生信號(hào)大小的總和，T2i和T1i表示樣品中第i種成分的橫向弛豫時(shí)間和縱向弛豫時(shí)間。

低場(chǎng)核磁反演技術(shù)：

弛豫信號(hào)反演的目標(biāo)是通過(guò)上面的公式(1)、公式(2)來(lái)計(jì)算樣品中的每個(gè)值(或者稱為樣品中質(zhì)子分布的密度函數(shù)，也稱為T1分布或T2分布)。下面采用矩陣的形式重新改寫(xiě)上述數(shù)學(xué)表達(dá)式：

Y=A * F

低場(chǎng)核磁反演技術(shù)實(shí)例：

以多組分T2反演為例，如下圖，左邊是回波串，右邊是反演結(jié)果（T2分布）。下式表示每一個(gè)回波的等式系統(tǒng)。一般物質(zhì)的T2分布是一個(gè)連續(xù)函數(shù)，但是為簡(jiǎn)化反演，計(jì)算使用一個(gè)多指數(shù)模型，并假定T2分布包含有m個(gè)獨(dú)立的弛豫時(shí)間T2i，對(duì)應(yīng)的幅值分量為fi。T2i的值是預(yù)先選定的（如0.5ms，1ms，2ms，4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，…）。反演的過(guò)程主要是確定每個(gè)分布的孔隙度分量.

低場(chǎng)核磁反演技術(shù)（T2分布）

定組分反演和二維反演在原理上和多組分反演都是一致的，是一個(gè)設(shè)置模型不斷尋優(yōu)的過(guò)程。不同的方法間，模型函數(shù)和尋優(yōu)方法會(huì)有稍許不同。

水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究-低場(chǎng)核磁技術(shù)

水凝膠是一類為親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，它在水中迅速溶脹并在此溶脹狀態(tài)可以保持大量體積的水而不溶解。由于存在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，水凝膠可以溶脹和保有大量的水，水的吸收量與交聯(lián)度密切相關(guān)。交聯(lián)度越高，吸水量越低。水凝膠中的水含量可以低到百分之幾，也可以高達(dá)99%。

水凝膠具有良好的生物相容性、低毒性和可生物降解性等特性，用途非常廣泛。水凝膠溶脹過(guò)程與水的傳輸和凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，溶脹性能是評(píng)價(jià)水凝膠的重要參數(shù)。

凝膠的溶脹性評(píng)價(jià)方法

目前關(guān)于溶脹行為的研究主要是通過(guò)測(cè)量溶脹水凝膠的重量或體積變化來(lái)計(jì)算溶脹率。然而，該方法需要從溶液中取出水凝膠并用濾紙擦拭以去除多余的表面水，擦拭過(guò)程容易影響測(cè)定的準(zhǔn)確度和重復(fù)性，從而產(chǎn)生意想不到的誤差。

水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究-低場(chǎng)核磁技術(shù)

低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）在研究基于水遷移率的聚合物網(wǎng)絡(luò)的水傳輸和微觀結(jié)構(gòu)方面具有巨大潛力。與高分辨率核磁共振不同，低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）主要用于通過(guò)測(cè)量弛豫時(shí)間來(lái)闡明反映結(jié)構(gòu)異質(zhì)性和相互作用的分子遷移率。研究表明，低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）是一種快速、wu創(chuàng)、無(wú)損的測(cè)定水組分分布的方法。低場(chǎng)核磁可標(biāo)準(zhǔn)氫鍵與周圍水分子之間的相互作用。

對(duì)于水凝膠，不同環(huán)境中的水，如凝膠內(nèi)水或外水，可能表現(xiàn)出不同的弛豫性質(zhì)。T2組分對(duì)應(yīng)的幅度可以定量并計(jì)算膨脹率。此外，基于T2值與水凝膠網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)孔尺寸之間的比例關(guān)系，可以描繪溶脹過(guò)程中由于濃度效應(yīng)引起的水凝膠網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)孔尺寸變化。因此，低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）可以作為研究水凝膠溶脹過(guò)程中水的動(dòng)態(tài)傳輸和微觀結(jié)構(gòu)變化的有力工具。此外，低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）不需將水凝膠從溶脹體系中取出，即可直接原位測(cè)量水凝膠的T2分布。

水泥水化過(guò)程的水-低場(chǎng)核磁分析技術(shù)

水泥加水拌合后成為既有可塑性又有流動(dòng)性的水泥漿,同時(shí)產(chǎn)生水化,隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行,逐漸失去流動(dòng)能力到達(dá)“初凝”.待完全失去可塑性,開(kāi)始產(chǎn)生結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí),即為“終凝”.隨著水化,凝結(jié)的繼續(xù),漿體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤?qiáng)度的堅(jiān)硬固體水泥石,即為硬化。

水泥與水拌合后,其顆粒表面的熟料礦物立即與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),各組分開(kāi)始溶解,形成水化物,放出一定熱量,固相體積逐漸增加。

水化是水泥產(chǎn)生凝結(jié)硬化的前提，而凝結(jié)硬化是水泥水化的結(jié)果。水泥與水拌合后，它的顆粒表面的熟料礦物立即與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，各組分開(kāi)始溶解，形成水化物，放出一定熱量后，固相體積逐漸增加。

水泥的水化程度

水泥的水化程度是指在一定時(shí)間內(nèi)，水泥顆粒水化量與水泥完全水化量的比值。在純水泥體系中，由于膠凝材料只有水泥，其水化程度即是整個(gè)試樣的水化程度。國(guó)內(nèi)外關(guān)于水化程度測(cè)試法有化學(xué)結(jié)合水法、CH定量測(cè)試法、水化熱法和水化動(dòng)力模擬等方法。

水泥水化過(guò)程的水低場(chǎng)核磁分析技術(shù)原理

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)對(duì)于水泥漿體內(nèi)部不同自由程度的水分有著較高的敏感性。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)以水分為“探針”可分析水分在漿體內(nèi)部的弛豫信息，表征水泥漿體水化進(jìn)程中微觀結(jié)構(gòu)，這使得利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)研究水泥水化程度成為可能。

橫向弛豫時(shí)間可表征早期的水泥水化反應(yīng)程度?，F(xiàn)代水泥基材料科學(xué)的研究表明，不可蒸發(fā)水的含量與材料水化反應(yīng)的程度和產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)，而可蒸發(fā)水的含量及其狀態(tài)與材料的抗凍性、抗腐蝕性、徐變、干燥收縮等性能關(guān)系密切。由于水泥水化反應(yīng)隨時(shí)間變化的連續(xù)性，不可蒸發(fā)水和可蒸發(fā)水的含量及狀態(tài)也在不斷變化。

低場(chǎng)核磁不易流動(dòng)水

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，而且還處在不斷拓展之中，低場(chǎng)核磁共振技術(shù)主要基于四個(gè)方面進(jìn)行樣品分析與檢測(cè)：

（1）基于信號(hào)幅值的分析檢測(cè)；

（2）基于圖像(信號(hào)二維分布)的分析檢測(cè)；

（3）基于弛豫時(shí)間的分析檢測(cè)；

（4）基于擴(kuò)散系數(shù)的分析檢測(cè)。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在食品農(nóng)業(yè)、地質(zhì)勘探、石油化工、生物醫(yī)藥、材料科學(xué)等諸多方面體現(xiàn)出越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，成為一種重要的分析測(cè)試工具。

低場(chǎng)核磁不易流動(dòng)水

在食品研究領(lǐng)域，采集到的CPMG回波串，經(jīng)過(guò)反演擬合后得到的T2分布經(jīng)常有3個(gè)峰。中間的峰一般認(rèn)為是低場(chǎng)核磁不易流動(dòng)水

低場(chǎng)核磁技術(shù)主要是檢測(cè)水的信號(hào)，或是以水為探針檢測(cè)與水接觸的物質(zhì)變化。食品體系中測(cè)得的三個(gè)峰，主要體現(xiàn)了不同環(huán)境中的水分狀態(tài)。要理解低場(chǎng)核磁的三個(gè)峰的物理含義，我們先了解一下低場(chǎng)核磁檢測(cè)水分的原理。

生物大分子類似蛋白淀粉等含有很多親水位點(diǎn)，帶有的固有電荷和與之相連的相反電荷迫使大量水分形成極性多層模型。

多層結(jié)構(gòu)形成機(jī)理是：大分子的親水基團(tuán)（—NH2，—OH）與鄰近水分形成氫鍵，由于氫鍵極化，水分子反過(guò)來(lái)傾向與下一層水分子形成氫鍵，如此反復(fù)，zui后形成極性的多層結(jié)構(gòu)。這個(gè)又是NMR研究水分相態(tài)的基礎(chǔ)依據(jù)，由于結(jié)合水直接與大分子基團(tuán)以氫鍵結(jié)合，受到束縛程度較大，水分運(yùn)動(dòng)性較弱，衰減速度最快，自由水游離在結(jié)構(gòu)以外，水分運(yùn)動(dòng)性較強(qiáng)，衰減速度最慢，從而根據(jù)弛豫時(shí)間的大小來(lái)區(qū)分水分相態(tài)。

不同狀態(tài)的水分往往與食品的品質(zhì)、口感、質(zhì)構(gòu)、加工工藝等有直接關(guān)系，這部分的研究已經(jīng)非常成熟。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)原理

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)主要檢測(cè)為H質(zhì)子，也可以用于F信號(hào)測(cè)試。含H樣品經(jīng)過(guò)特定頻率的射頻激勵(lì)后，產(chǎn)生核磁共振信號(hào)。H核磁共振信號(hào)對(duì)應(yīng)有T1、T2兩個(gè)主要參數(shù)，通過(guò)測(cè)試T1、T2弛豫時(shí)間并進(jìn)行建模，可用于食品、農(nóng)業(yè)、石油勘探、聚合物、固體脂肪含量…多方面研究。已有多種方法形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。

低場(chǎng)核磁共振由于其設(shè)備成本較低，研究使用門檻相對(duì)較低，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，且處于不斷拓展之中。由于核磁共振分析技術(shù)具有速度快、精確度高、一次測(cè)量可獲得多個(gè)參數(shù)、對(duì)樣品無(wú)損耗、樣品制備簡(jiǎn)單、對(duì)操作人員的健康和環(huán)境無(wú)影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此許多原來(lái)采用其他傳統(tǒng)檢測(cè)方法的應(yīng)用目前都在探索采用核磁共振技術(shù)進(jìn)行。

不溶性硫磺油含量低場(chǎng)核磁檢測(cè)技術(shù)

硫磺的生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量和特性要求會(huì)添加一定量的油，以提升產(chǎn)品性能以及方便生產(chǎn)和加工。為確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，需要準(zhǔn)確，快速進(jìn)行硫磺油含量測(cè)量。 低場(chǎng)核磁檢測(cè)技術(shù)可快速完成硫磺油含量測(cè)量，制樣過(guò)程非常簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)和質(zhì)量控制。

不溶性硫磺油含量的傳統(tǒng)測(cè)試方法：

硫磺油含量的傳統(tǒng)方法是使用溶劑萃取法，該方法檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，需要有專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作，人為誤差較大，此外，萃取液屬于有毒試劑，對(duì)操作人員健康和安全存在危害，該方法在工業(yè)中越來(lái)越難以接受。

不溶性硫磺油含量低場(chǎng)核磁檢測(cè)技術(shù)的基本原理：

使用自旋回波序列進(jìn)行測(cè)量，圖一是自旋回波序列與檢測(cè)到的核磁信號(hào)。在90度射頻脈沖后t1處測(cè)量了自由感應(yīng)衰減（FID）NMR信號(hào)。此時(shí)信號(hào)幅度（A1）與樣品的兩個(gè)液相（水分和油分）中的H質(zhì)子數(shù)成正比。180度脈沖后，檢測(cè)自旋回波信號(hào)幅度為A2，此時(shí)水的信號(hào)已經(jīng)衰減為0，A2僅為油的信號(hào)。

使用已知硫磺油含量的樣品進(jìn)行定標(biāo)后，即可測(cè)試未知樣品的硫磺油含量。低場(chǎng)核磁檢測(cè)技術(shù)測(cè)試速度快，可在30秒~3分鐘鐘內(nèi)完成測(cè)試。測(cè)試過(guò)程快速無(wú)損，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)在線過(guò)程測(cè)試。

低場(chǎng)核磁技術(shù)用于橡膠老化研究

橡膠老化現(xiàn)象

由于橡膠制品的使用越來(lái)越頻繁，橡膠產(chǎn)品在多數(shù)人的印象中是性能優(yōu)異且各方面使用體驗(yàn)都很好，許多老客戶也慢慢感覺(jué)到橡膠制品老化的現(xiàn)象，橡膠制品為什么會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

橡膠產(chǎn)品為什么會(huì)出現(xiàn)老化？

橡膠樹(shù)脂的粘合性比許多橡膠都要高，但橡膠同其它橡膠一樣，也會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象，由于內(nèi)部分子鏈斷裂，使橡膠的性能發(fā)生了很大的變化。對(duì)于橡塑制品來(lái)說(shuō)，橡膠產(chǎn)品危害蕞大的就是紫外線，紫外線會(huì)直接導(dǎo)致橡膠分子鏈的斷裂，這是因?yàn)橄鹉z制品可吸收光能使橡膠內(nèi)產(chǎn)生自由分子。

橡膠產(chǎn)品老化的原因主要有以下三點(diǎn)：

1. 經(jīng)常有高溫或高溫環(huán)境。高溫度會(huì)加速橡膠材料的氧化環(huán)境，從而導(dǎo)致老化。

2. 化學(xué)因素。歸根結(jié)底，橡膠材料是一種化學(xué)物質(zhì)，有些化學(xué)因素會(huì)加速其老化。

3. 臭氧。硅材料很怕臭氧，會(huì)使橡膠制品的性能迅速下降，老化得很快。

橡膠老化的試驗(yàn)方法：

橡膠老化是橡膠性能受損的主要原因之一。由于產(chǎn)品的配方和使用條件各異，老化歷程快慢不一，所以，需要通過(guò)檢測(cè)技術(shù)對(duì)橡膠樣品進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)定橡膠老化的程度及其對(duì)性能的影響。低場(chǎng)核磁技術(shù)可用于橡膠老化檢測(cè)。

低場(chǎng)核磁技術(shù)研究橡膠老化基本原理：

紐邁VTMR系列低場(chǎng)核磁共振分析儀

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)是通過(guò)測(cè)定恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度下樣品中1H的弛豫時(shí)間,從而獲得分子結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)信息的方法。其基本原理是通過(guò)施加射頻脈沖給予處于恒定磁場(chǎng)中的樣品,使氫質(zhì)子發(fā)生共振,質(zhì)子所吸收的射頻波能量以非輻射的方式釋放后返回到基態(tài),此過(guò)程被稱為弛豫過(guò)程。弛豫又可分為橫向弛豫和縱向弛豫,樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所處物理化學(xué)環(huán)境及存在狀態(tài)決定了弛豫時(shí)間的長(zhǎng)短。從物理機(jī)制上,核磁弛豫過(guò)程是自旋氫原子核與環(huán)境之間通過(guò)相互作用進(jìn)行能量交換的過(guò)程。核磁共振是自旋不為零的原子在靜磁場(chǎng)中被磁化后,與特定射頻場(chǎng)產(chǎn)生共振吸收現(xiàn)象,吸收射頻脈沖能量后自旋核與周圍物質(zhì)相互作用,釋放能量,并恢復(fù)初始狀態(tài)過(guò)程。

橡膠老化是交聯(lián)體系發(fā)生變化的綜合過(guò)程,核磁共振的弛豫機(jī)制對(duì)這種變化具有高敏感性,其主要表現(xiàn)為橫向弛豫時(shí)間T2隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)的規(guī)律性變化。因此通過(guò)研究老化過(guò)程中橡膠樣品的弛豫時(shí)間變化規(guī)律及其與老化性能的關(guān)系,就可以間接評(píng)估橡膠老化的特性。

結(jié)合膠含量測(cè)試-低場(chǎng)核磁技術(shù)

什么是結(jié)合膠？

在混煉過(guò)程中，橡膠大分子會(huì)與活性填料（如炭黑粒子）的表面產(chǎn)生化學(xué)和物理的牢固結(jié)合，使一部分橡膠結(jié)合在炭黑粒子的表面，成為不能溶解于有機(jī)溶劑的橡膠，叫結(jié)合膠。

結(jié)合膠的生成有助于炭黑附聚體在混煉過(guò)程中發(fā)生破碎和分散均勻，但在混煉過(guò)程的初期，即炭黑-橡膠團(tuán)塊破碎和分散以前，過(guò)早地生成過(guò)多的結(jié)合像膠，由于它包覆在炭黑附聚體外面形成了硬度較大的硬膜，反而會(huì)使這種高濃度炭黑-橡膠團(tuán)塊難于進(jìn)一步破碎和分散。所以對(duì)于不飽和度高的二烯類橡膠，尤其是天然橡膠，混煉過(guò)程初期應(yīng)嚴(yán)格控制混煉條件，盡量避免混煉溫度過(guò)分升高，以使炭黑與橡膠之間只發(fā)生有限的結(jié)合。

結(jié)合膠含量的測(cè)定一直都是行業(yè)難題,傳統(tǒng)的化學(xué)法測(cè)試精度低、受人為主觀因素較大。在核磁法中,由于彈性體材料弛豫衰減曲線隨樣品內(nèi)部組分狀態(tài)的改變而改變,通過(guò)核磁弛豫技術(shù)可快速無(wú)損獲得結(jié)合膠含量。

低場(chǎng)核磁技術(shù)

結(jié)合膠含量測(cè)試低場(chǎng)核磁技術(shù)的基本原理：

彈性體材料弛豫衰減曲線隨樣品內(nèi)部組分狀態(tài)的改變而改變。核磁法利用彈性體材料內(nèi)不同的組分其弛豫時(shí)間不同這一原理,實(shí)現(xiàn)結(jié)合膠含量測(cè)試的目的。

結(jié)合膠含量測(cè)試低場(chǎng)核磁技術(shù)的基本原理

結(jié)合膠含量測(cè)低場(chǎng)核磁技術(shù)對(duì)樣品的要求：

低場(chǎng)核磁技術(shù)對(duì)測(cè)試樣品形狀、顏色無(wú)要求，只有能放進(jìn)檢測(cè)探頭即可。利用低場(chǎng)核磁技術(shù)可快速測(cè)得結(jié)合膠含量。

丁苯橡膠含量測(cè)試方法-低場(chǎng)核磁技術(shù)

丁苯橡膠又稱聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理機(jī)構(gòu)性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡膠，有些性能如耐磨、耐熱、耐老化及硫化速度較天然橡膠更為優(yōu)良，可與天然橡膠及多種合成橡膠并用，廣泛用于輪胎、膠帶、膠管、電線電纜、醫(yī)療器具及各種橡膠制品的生產(chǎn)等領(lǐng)域，是最大的通用合成橡膠品種，也是zui早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的橡膠品種之一。

丁苯橡膠含量測(cè)試方法-低場(chǎng)核磁技術(shù)

按聚合工藝，丁苯橡膠分為乳聚丁苯橡膠（ESBR）和溶聚丁苯橡膠（SSBR）。與溶聚丁苯橡膠工藝相比，乳聚丁苯橡膠工藝在節(jié)約成本方面更占優(yōu)勢(shì)，quan球丁苯橡膠裝置約有75%的產(chǎn)能是以乳聚丁苯橡膠工藝為基礎(chǔ)的。乳聚丁苯橡膠具有良好的綜合性能，工藝成熟，應(yīng)用廣泛，產(chǎn)能、產(chǎn)量和消費(fèi)量在丁苯橡膠中均占首位。充油丁苯橡膠具有加工性能好、生熱低、低溫屈撓性好等優(yōu)點(diǎn)，用于胎面橡膠時(shí)具有優(yōu)異的牽引性能和耐磨性，充油后橡膠可塑性增強(qiáng)，易于混煉，同時(shí)可降低成本，提高產(chǎn)量。目前，世界上充油丁苯橡膠約占丁苯橡膠總產(chǎn)量的50-60%。

SBR是一種耗量蕞大的通用橡膠，應(yīng)用廣泛，除要求耐油、耐熱、耐特種介質(zhì)等特殊情況外的一般場(chǎng)合均可使用。主要用于輪胎工業(yè)，另外還用于運(yùn)輸帶的覆蓋膠，輸水膠管，膠鞋大底，膠輥，防水橡膠制品，膠布制品、微孔海綿制品、防震制品等。

橡膠含量測(cè)試，低場(chǎng)核磁法原理：

基質(zhì)的核磁信號(hào)衰減非常快，一般在十微秒內(nèi)衰減為零。而橡膠填料的核磁信號(hào)衰減要慢的多，通常信號(hào)可以持續(xù)幾十或幾百毫秒。因此，通過(guò)對(duì)NMR信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟蓸?，可以只獲取橡膠的核磁信號(hào)，從而進(jìn)行定量測(cè)量，圖為90度脈沖后檢測(cè)到的自由感應(yīng)衰減（FID）信號(hào)。在測(cè)試之前，根據(jù)確定的標(biāo)準(zhǔn)曲線，確定核磁信號(hào)強(qiáng)度與橡膠含量的關(guān)系，可在30秒—2分鐘內(nèi)測(cè)得橡膠含量。