温室气体CO2的大量排放导致的环境问题已经引起全世界的广泛关注。CO2提高石油采收率(CO2-EOR)是既能实现CO2地质封存又能提高石油采收率的重要技术,是实现CO2减排的经济模式。CO2-EOR主要通过CO2分子扩散作用溶于原油,而CO2分子扩散系数是决定V与原油的混溶程度和溶解速率的关键因素。CO2在油中的扩散规律研究,对有效评价CO2驱油效率及地质埋存的安全性具有重要的现实意义。而现有的与CO2-EOR有关的扩散规律研究仅通过一些宏观物理现象对气体扩散过程进行整体评价,不能对气体扩散规律进行深入、全面的分析,因而限制了对气体扩散规律的认识。本文综述了气体扩散系数的研究历史及研究现状,提出了一种应用MRI技术研究气体扩散规律的新的研究方法,开发了一套将MRI法与压力衰减法(PVT法)相结合的实验系统,该实验系统在监测系统压力的同时可实现气体扩散全过程的可视化。开发了基于MR图像分析确定气体扩散系数的方法,可获得扩散过程中与时间和位置有关的气体扩散系数,从而可对扩散过程进行全面、准确的分析。本文研究了V在正十六烷、正癸烷纯溶液中的扩散规律以及CO2在正十六烷、水饱和多孔介质中的扩散规律。将MRI法实验结果与PVT法实验结果相对比,二者吻合很好,说明MRI法测试气体扩散系数是可行的。通过对扩散过程的MR图像分析,发现了气体扩散系数与扩散时间和距离的指数关系。实验结果还表明,实验初始压力、流体物性及多孔介质的孔隙结构对气体扩散结果具有明显的影响,在相同实验条件下,实验初始压力越大、多孔介质的孔隙度越大,气体的扩散系数越大,并且CO2在正癸烷中的扩散系数较在正十六烷中的大,在油中的扩散系数较在水中的大。研究了CO2在正十六烷纯溶液,以及在饱和多孔介质中扩散平衡后的正十六烷自扩散系数,发现扩散平衡后测得的正十六烷自扩散系数与实验测得的气体扩散系数成正比关系,提出了根据扩散平衡后测得的自扩散系数估算气体扩散系数的方法。基于菲克第二定律提出了测试气体扩散系数的核磁纵向弛豫时间(T1)法,研究了不同CO2浓度的正十六烷的纵向弛豫特性。研究发现,在纯溶液和饱和多孔介质体系,正十六烷的T1值均随CO2浓度的增加呈指数增加。该方法只需测试T1值即可得出气体扩散系数,对现场油、气传质特性研究具有重要的借鉴意义。