本发明属于气体水合物，涉及气体水合物核磁共振成像装置和气体水合物核磁共振成像方法。
背景技术：
1、笼形水合物是在一定的温度、压力、气体饱和度、水盐度、ph值等条件下由水(冰)和气体分子反应生成的类冰的、具有笼形结构的固态化合物。天然气水合物是一种极具潜力的清洁能源。迄今为止，对气体水合物的研究已长达200余年。气体水合物的开发及相关应用技术的研究均涉及水合物的生成、分解过程，客体物种、晶体结构等微观与宏观的研究有利于对水合物进行进一步开发。在水合物研究的过程中，人们发现核磁共振nmr对水合物生成和分解动力学过程灵敏度高，可定量提供准确数据。将核磁共振nmr应用于水合物研究可获得分子尺度下水合物结构、水合物客体分子组成、水合数及孔穴占有率等信息。同时，核磁共振nmr衍生技术核磁共振成像mri在监测水合物成核过程的相态转变、量化成核速率及可视化表征等微观研究方面效果显著。
2、与中高场强设备相比，低场核磁共振系统的主磁场强度较低，图像的信噪比snr和空间分辨率较差。核磁设备系统的工作频率和主磁场强度呈正相关。低场核磁共振系统中电子设备种类多、线路密集、敏感度高，极易受到周围环境的电磁干扰。在水合物领域中，通过测量氢核的横向弛豫信号来反映沉积物中的含水量，进而得到水合物生成的特征参数。但是当沉积物中含水量较少时，核磁信号容易受到噪声的干扰，导致测量结果偏差较多。
3、外部噪声的主要来源分为三种：第一种为变压器、电线、工厂及居民用电(50hz或60hz)等工频谐波噪声以及某一频率的单频干扰；第二种为闪电、雷击、爆炸及车辆启动等产生的幅值大、干扰时间短、频率不固定的脉冲噪声；第三种为自然环境中存在的随机白噪声。在这三类噪声中，尤其当工频谐波噪声干扰较强且与信号拉莫频率接近时，将导致有用信号无法识别，从而难以准确提取关键参数，对后续的反演解释工作造成严重影响。随着低场核磁共振应用范围越来越宽广，众多专家学者对核磁共振信号的噪声抑制展开了较为系统的研究，但是软件方面对噪声的处理会导致核磁共振信号经处理后产生较为严重的失真，会丢失一部分有用信号，影响结果的可信度。目前，针对核磁共振信号噪声滤除，行业科研人员开展了大量研究工作。其中，利用采集数据的多次叠加来提高信噪比是目前的主流方法,然而这种方法会导致仪器工作效率显著降低。
4、综上，通过核磁共振手段来监察水合物的微观机理是探究水合物性质的重要手段之一。而搭配核磁共振设备使用的其他设备仪器会干扰核磁共振设备的正常使用。由此，在实验室条件下开展的水合物生成分解实验中搭建气体水合物核磁共振成像装置并降低其电磁干扰是十分具有现实意义的。
技术实现思路
1、为了解决气体水合物核磁共振成像过程中由于电磁干扰导致的结果不准确问题，本发明提供了如下两方面技术方案。
2、第一方面，本发明提供了一种气体水合物核磁共振成像装置，该装置包括反应器；
3、反应器包括外壳、设置于外壳内的反应釜、第一流体管道和第二流体管道；外壳包括依次连接的顶盖、筒体和底盖，其中顶盖和底盖至少之一与筒体可拆卸的进行连接；反应釜包括依次连接的上釜盖、釜体和下釜盖，其中上釜盖和下釜盖至少之一与釜体可拆卸的进行连接；
4、外壳的顶盖和底盖上均设置有循环液通道和流体通道，顶盖和底盖两者之一上的循环液通道作为循环液注入通道、另一者上的循环液通道作为循环液排出通道，顶盖和底盖两者之一上的流体通道作为流体注入通道、另一者上的流体通道作为流体采出通道；顶盖和底盖上的循环液通道均能够实现沟通外壳外部与外壳内部壳体和釜体之间形成的空间，实现由外壳外部向外壳内部壳体和釜体之间形成的空间注入循环液、将外壳内部壳体和釜体之间形成的空间内的循环液排出至外壳外部；上釜盖和下釜盖上均设置有流体通道；外壳的顶盖上的流体通道与上釜盖的流体通道通过第一流体管道连接，从而能够沟通外壳外部与反应釜内部，实现向反应釜内部注入流体或者将反应釜内部的流体排出至外壳外部；外壳的底盖上的流体通道与下釜盖的流体通道通过第二流体管道连接，从而能够沟通外壳外部与反应釜内部，实现向反应釜内部注入流体或者将反应釜内部的流体排出至外壳外部；
5、顶盖、底盖、上釜盖、釜体和下釜盖采用聚醚醚酮材质；
6、筒体选用环氧树脂材质；
7、第一流体管道包括长度不超过50cm的多个管段、管段与管段之间的连接接头，连接接头采用聚醚醚酮材质；
8、第二流体管道包括长度不超过50cm的多个管段、管段与管段之间的连接接头，连接接头采用聚醚醚酮材质。
9、本发明提供的气体水合物核磁共振成像装置中，通过对反应器结构、材质的设定能够阻断电磁干扰信号的传输从而有效降低气体水合物核磁共振成像过程中的电磁干扰，可以实现将噪声降至0.77μv甚至更低。
10、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，釜体与上釜盖通过钛合金螺丝连接。
11、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，釜体与下釜盖通过钛合金螺丝连接。
12、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，第一流体管道包括的管段采用316不锈钢材质。
13、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，第二流体管道包括的管段采用316不锈钢材质。
14、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，顶盖和筒体之间的连接采用锥螺纹连接结构；锥螺纹连接结构密封性好能够承受较高压力。
15、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，底盖和筒体之间的连接采用锥螺纹连接结构；锥螺纹连接结构密封性好能够承受较高压力。
16、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，反应釜还包括第一密封圈和第一滤网，第一密封圈用以实现上釜盖与釜体之间的密封，第一滤网设置在反应釜内与上釜盖的下表面接触，能够有效用以避免反应釜内的固体填充物因气液流动而流失；
17、更优选地，第一密封圈采用三元乙丙密封圈。
18、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，反应釜还包括第二密封圈和第二滤网，第二密封圈用以实现下釜盖与釜体之间的密封，第二滤网设置在反应釜内与下釜盖的上表面接触，能够有效用以避免反应釜内的固体填充物因气液流动而流失；
19、更优选地，第二密封圈采用三元乙丙密封圈。
20、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括数据采集单元、流体注入单元和磁环；
21、流体注入单元包括气体注入系统和水注入系统，气体注入系统和水注入系统分别与反应器外壳的流体注入通道连接；
22、数据采集单元包括温度传感器和压力传感器；压力传感器设置于气体注入系统与反应器外壳的流体注入通道之间的连接管路上和水注入系统与反应器外壳的流体注入通道之间的连接管路上；温度传感器与反应器连接用以实现对反应器内温度进行监测；
23、磁环设置于长度超过50cm的温度传感器和压力传感器的连接管路上；
24、在该优选实施方式中，通过在传感器附近设置磁环能够有效消除气体水合物核磁共振成像装置系统产生的尖锐噪声，降低气体水合物核磁共振成像过程中的电磁干扰，实现将噪声进一步降低；
25、更优选地，数据采集单元还包括数据采集设备，数据采集设备用以实时记录温度传感器和压力传感器采集到的数据；
26、更优选地，气体注入系统包括气罐、活塞罐和气压控制阀；
27、更优选地，水注入系统包括依次连接的水罐和注水泵。
28、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括屏蔽层，屏蔽层设置于反应器的壳体的顶盖的侧壁和上表面上，屏蔽层设置于反应器的壳体的底盖的侧壁和下表面上；屏蔽层的设置能够进一步屏蔽电磁干扰，降低气体水合物核磁共振成像过程中的电磁干扰，实现将噪声进一步降低；
29、更优选地，屏蔽层采用铜材料，例如铜丝编制的屏蔽层；铜的屏蔽性能接近于银，是一种性能优良的电磁屏蔽材料，且价格低廉。
30、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括采出流体收集设备和称量设备，采出流体收集设备与反应器外壳的流体采出通道连接用以收集自反应釜采出的流体，称量设备用以称量采出流体收集设备的重量从而能够获悉自反应釜采出的流体的重量。
31、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括循环液注入单元，循环液注入单元包括水浴循环设备；
32、水浴循环设备的循环液与反应器外壳的循环液注入通道连接，反应器外壳的循环液排出通道与水浴循环设备的循环液入口连接。
33、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括设置了滤波器的低场核磁共振设备；低场核磁共振设备用以对反应器的反应釜中的沉积层进行核磁共振成像；
34、该优选实施方式，选用设置了滤波器的低场核磁共振设备(滤波器作为电子元器件内置于核磁共振电子谱仪电路板上)能够通过滤波器滤去电磁波中的干扰部分，从而更好的降低气体水合物核磁共振成像过程中的电磁干扰，实现噪声进一步降低；
35、更优选地，根据干扰频率范围、衰减要求、阻抗等条件选择合适的滤波器。
36、根据第一方面提供的优选实施方式，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括接地柱，气体水合物核磁共振成像装置中在核磁共振设备运行中需要运行的且自身没有实现接地的设备分别与接地柱连接；
37、在该优选实施方式中，通过设置接地柱将电磁噪声导出，从而将对核磁实验设备干扰的电磁信号及时释放掉削弱电磁噪声传导，降低气体水合物核磁共振成像过程中的电磁干扰，实现将噪声进一步降低。
38、第二方面，本发明提供了一种气体水合物核磁共振成像方法，其中，该方法使用本发明第一方面提供的气体水合物核磁共振成像装置进行，包括：
39、在反应釜的釜体中装填水饱和沉积物层，并完成反应釜的装配，进而完成气体水合物核磁共振成像装置的装配；
40、气体水合物核磁共振成像装置装配完成后进行反应器密封性检测；
41、反应器密封性检测合格后，向反应器的壳体与反应釜之间的空间注入循环液将反应釜的温度控制在目标实验温度，进而进行反应釜抽真空除去反应釜内的气体，以保证后续实验的准确性；
42、完成反应釜抽真空后，在目标实验温度下，向反应釜中注入液态二氧化碳至水合物生成压力，同时从反应釜中排出一定量的水，完成气体水合物生成模拟；过程中对反应釜进行低场核磁共振成像。
43、本发明提供的技术方案能够解决气体水合物核磁共振成像过程中由于电磁干扰导致的结果不准确问题，为水合物的商业化开采及以水合物形式进行二氧化碳海洋封存提供相关理论及技术支撑。与现有技术相比，本发明提供的技术方案具备以下
44、有益效果：
45、(1)本发明提供的气体水合物核磁共振成像装置，反应器主体部分采用特殊的无氢无磁材料制作，能够实现0-20mpa压力、-20至100℃温度条件下的气体水合物生成分解模拟，极大程度上满足各类型水合物的研究条件，满足有效还原水合物生成分解状态模拟的需求。同时上下釜盖的设计可以在保证耐高压的前提下给予反应釜内沉积物轴压，模拟海底实际储层情况。
46、(2)本发明提供的技术方案能够降低电磁干扰且不会产生显著失真、不会出现有用信号丢失，不会影响结果的可信度。
47、(3)本发明提供的技术方案简单易行。
1.一种气体水合物核磁共振成像装置，该装置包括反应器；
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
3.根据权利要求1所述的装置，其中，
4.根据权利要求1所述的装置，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括数据采集单元、流体注入单元和磁环；
5.根据权利要求1所述的装置，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括屏蔽层，屏蔽层设置于反应器的壳体的顶盖的侧壁和上表面上，屏蔽层设置于反应器的壳体的底盖的侧壁和下表面上；
6.根据权利要求1所述的装置，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括采出流体收集设备和称量设备，采出流体收集设备与反应器外壳的流体采出通道连接用以收集自反应釜采出的流体，称量设备用以称量采出流体收集设备的重量。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括循环液注入单元，循环液注入单元包括水浴循环设备；
8.根据权利要求1所述的装置，其中，气体水合物核磁共振成像还包括设置了滤波器的低场核磁共振设备；低场核磁共振设备用以对反应器的反应釜中的沉积层进行核磁共振成像。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其中，气体水合物核磁共振成像装置还包括接地柱，气体水合物核磁共振成像装置中在核磁共振设备运行中需要运行的且自身没有实现接地的设备分别与接地柱连接。
10.一种气体水合物核磁共振成像方法，其中，该方法使用权利要求1-9任一项所述的气体水合物核磁共振成像装置进行，包括：
