一种多孔介质材料内表面白云石矿化方法及其产品技术

本发明专利技术提供了一种多孔介质材料内表面白云石矿化方法及其产品。所述方法包括如下步骤：(1)在容器中，在抽真空的条件下将多孔介质材料完全浸于白云石矿化液体；优选是将多孔介质材料置于容器中，将容器抽真空，然后将白云石矿化液体注入容器，使得多孔介质材料完全浸于白云石矿化液体；(2)将容器抽真空后保持该压力一段时间然后恢复常压，以将多孔介质材料的内部空间充满完全饱和白云石矿化液体；(3)升高容器内的温度或压力，保持一定时间以完成多孔介质材料内表面白云石矿化，然后再恢复到常温常压。通过本发明专利技术的方法，可以使白云石矿化形成一层较薄的白云石膜，较已有的共沉淀或离子交换方法合成高镁方解石，在反应机理上具有创新性。

Method and product for dolomite mineralization of inner surface of porous medium material

The invention provides a method for dolomite mineralization of inner surface of porous media material and products thereof. The method comprises the following steps: (1) in a container in the vacuum conditions of porous materials completely immersed in dolomite mineralization liquid; preferably is placed in the container of porous material, the vacuum container, and then the liquid is injected into the container so that the mineralization of dolomite, the porous medium material completely immersed in dolomite mineralization liquid; (2) to maintain the pressure for a period of time and then restore the atmospheric vacuum in the container, the porous medium material internal space full of saturated dolomite mineralization liquid; (3) increase the temperature in the container or the pressure to maintain a certain period of time to complete the porous inner surface of dolomite mineralization, and then return to normal atmospheric pressure. By the method of the invention, the dolomite can be mineralized to form a thin dolomite film, and the high magnesian calcite can be synthesized from the existing coprecipitation or ion exchange method, and the reaction mechanism is innovative.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔介质材料内表面白云石矿化方法及其产品
本专利技术涉及化工领域，具体的说，是涉及一种多孔介质材料内表面白云石矿化方法及其产品。
技术介绍
白云石是一种三方晶系的CaMg(CO3)2，是最常见的碳酸盐矿物之一，也是最难以模拟合成的矿物之一。古生代的海相地层曾大量发育白云石，据研究认为，其的形成可能与硫酸盐还原菌等的缓慢作用有关，但现代实验室中却难以在低温海水条件下合成白云石，被称为“白云石难题”。白云石地层是世界范围内石油的主要储集层之一，具有多孔介质的普遍特征。白云石储集层的研究不但面临白云石人工合成的困难，更难以做到白云石多孔介质的人工模拟。目前学界常用一些材料替代白云石储层，比如多孔的砂岩、多孔的3D打印模型等，但是由于材料的化学成分不同，表面性质与白云石差异很大，虽然能够在多孔介质的性质上与白云石储层相似，在润湿性、吸附性、极性等表界面性质上却相去甚远，制约了该领域研究的发展。虽然从理论上可以对其他材料的多孔介质内部空间的表面进行矿化，将其表面成分改变为白云石，到目前为止，虽然有大量学者(Seigel,1961；Nordeng,1994；Zhang,2012；马怡飞,2013)尝试研究过白云石的合成，但要么仅得到了化学组成相同但晶型不同的高镁方解石，要么合成条件需要硫酸盐还原菌参与，反应条件苛刻，难以在多孔介质中进行。因此目前尚无方法能够对含有孔隙、裂缝、空洞等内部空间的多孔介质的内表面进行均匀的白云石矿化，因此有必要提供一种矿化处理方法，实现多孔介质材料内表面白云石矿化。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种多孔介质材料内表面白云石矿化方法；本专利技术的另一目的在于提供所述方法得到白云石矿化的多孔介质材料。为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种多孔介质材料内表面白云石矿化方法，其中，所述方法包括如下步骤：(1)在容器中，在抽真空的条件下将多孔介质材料完全浸于白云石矿化液体；(2)将容器抽真空后保持该压力一段时间然后恢复常压，以将多孔介质材料的内部空间充满完全饱和白云石矿化液体；(3)升高容器内的温度或压力，保持一定时间以完成多孔介质材料内表面白云石矿化，然后再恢复到常温常压。步骤(1)可以是将多孔介质材料完全浸于白云石矿化液体后，将容器抽真空；然而根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)是将多孔介质材料置于容器中，将容器抽真空，然后将白云石矿化液体注入容器，使得多孔介质材料完全浸于白云石矿化液体。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述的白云石矿化液体为可溶性钙盐、可溶性镁盐与碳酸根缓释剂的水溶液，上述可溶性钙盐、可溶性镁盐和缓释剂总重量与溶液体积的比值在0.005g/L到100g/L之间。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述的白云石矿化液体中可溶性钙盐的钙离子与可溶性镁盐的镁离子的摩尔比例在0.8:1到1:0.8之间，碳酸根缓释剂的碳酸根离子与可溶性钙盐的钙离子的摩尔比例在1:1到0.01:1之间。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述可溶性钙盐溶解度不低于100mg/L。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述可溶性钙盐选自Ca(HCO3)2、CaCl2、柠檬酸钙、醋酸钙和乳酸钙中的一种或多种的混合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述可溶性镁盐溶解度不低于100mg/L。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述可溶性镁盐选自Mg(HCO3)2、MgCl2、柠檬酸镁、醋酸镁和乳酸镁中的一种或多种的混合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述碳酸根缓释剂为可溶性碳酸氢盐；或者碳酸根缓释剂为尿素与可溶性无机氢氧化物的组合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，尿素与氢氧化物的氢氧根离子的摩尔比例在1:1.5到1:2.5之间根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述可溶性碳酸氢盐选自NaHCO3和/或KHCO3。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述可溶性无机氢氧化物选自氢氧化钠和/或氢氧化钾。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述多孔介质材料的孔隙直径在100纳米到1厘米之间，孔隙体积占材料表观总体积之比在2％到70％之间。在本专利技术的方法中，所述多孔介质的孔隙直径在100纳米到1厘米之间，孔隙直径分布可以是均一的，也可以是大小不均的。在本专利技术的方法中，所述多孔介质的内表面是指多孔介质位于内部的面，包括孔隙、裂缝和空洞内壁的面积。在本专利技术的方法中，所述白云石矿化处理是将任意材料表面改变为化学成分为白云石的表面，并使该表面具有白云石的物理、化学性质。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述多孔介质材料选自岩石、膨润土、多孔硅胶、活性碳或3D打印多孔材料。在本专利技术的方法中，所述多孔介质是具有多孔连通结构的物质，可以是天然存在的，包括但不限于含孔隙的岩石、膨润土等；也可以是人工制造的，包括但不限于多孔硅胶、活性炭、3D打印出的不同材质的多孔材料等。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(2)对容器抽真空至0.08Pa以下。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(2)在抽真空后在该压力下保持1-3小时，然后将容器压力恢复至常压并保持18-30小时，使上述内部空间充满完全饱和白云石矿化液体。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(3)是将容器内的温度或压力分别从室温、常压升高至40℃-180℃，0.8-60MPa，并保持2-48小时以完成多孔介质材料内表面白云石矿化，然后再恢复到常温常压。其中可以理解的是，本专利技术在步骤(3)可以将容器的温度由室温升高至40℃-180℃；也可以将容器的压力由常压升高至0.8-60MPa。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(3)可以重复1～12个轮次。其中可以理解的是，步骤(3)重复1～12个轮次，是在步骤(3)恢复到常温常压后，再升高容器内的温度和压力，保持一定时间以完成多孔介质材料内表面白云石矿化，然后再恢复到常温常压，这样反复重复。其中可以理解的是，所述重复1～12个轮次，是说步骤(3)可以只进行1遍，也可以一共12遍。其中优选为重复1～10个轮次。在本专利技术的方法中，所述容器内的温度在0℃-200℃范围内调节，压力在0MPa-50MPa范围内调节。在本专利技术的方法中，白云石矿化反应是由固-液两相体系中的温度、压力变化所引发的，机理为水溶液中钙盐、镁盐与碳酸根的共沉淀反应。Ca2++Mg2++2CO32-→CaMg(CO3)2(沉淀)(1)在本专利技术的方法中，白云石矿化反应所涉及的碳酸根由碳酸根缓释剂发生化学反应释放。2NaHCO3→2Na++CO32-+CO2+H2O(2)2KHCO3→2K++CO32-+CO2+H2O(3)CO(NH2)2+2H2O→2NH4++CO32-(4)其中反应2、3为碳酸氢根在升温、降压条件下发生的分解反应，反应4为碳酰胺在升温条件下发生的水解反应。上述反应2-4的速度均较低，能够实现缓慢释放碳酸根CO32-的目的。另一方面，本专利技术还提供了所述方法得到白云石矿化的多孔介质材料。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述的多孔介质材料外表面和内表面覆盖化学成分为CaMg(CO3)2的白云石膜。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，所述白云石具有晶体结构。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，白云石具有三方晶系的晶体结构。本专利技术的方法能够在多孔物质表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔介质材料内表面白云石矿化方法，其中，所述方法包括如下步骤：(1)在容器中，在抽真空的条件下将多孔介质材料完全浸于白云石矿化液体；优选是将多孔介质材料置于容器中，将容器抽真空，然后将白云石矿化液体注入容器，使得多孔介质材料完全浸于白云石矿化液体；(2)将容器抽真空后保持该压力一段时间然后恢复常压，以将多孔介质材料的内部空间充满完全饱和白云石矿化液体；(3)升高容器内的温度或压力，保持一定时间以完成多孔介质材料内表面白云石矿化，然后再恢复到常温常压。

【技术特征摘要】
1.一种多孔介质材料内表面白云石矿化方法，其中，所述方法包括如下步骤：(1)在容器中，在抽真空的条件下将多孔介质材料完全浸于白云石矿化液体；优选是将多孔介质材料置于容器中，将容器抽真空，然后将白云石矿化液体注入容器，使得多孔介质材料完全浸于白云石矿化液体；(2)将容器抽真空后保持该压力一段时间然后恢复常压，以将多孔介质材料的内部空间充满完全饱和白云石矿化液体；(3)升高容器内的温度或压力，保持一定时间以完成多孔介质材料内表面白云石矿化，然后再恢复到常温常压。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的白云石矿化液体为可溶性钙盐、可溶性镁盐与碳酸根缓释剂的水溶液，上述可溶性钙盐、可溶性镁盐和缓释剂总重量与溶液体积的比值在0.005g/L到100g/L之间；优选所述的白云石矿化液体中可溶性钙盐的钙离子与可溶性镁盐的镁离子的摩尔比例在0.8:1到1:0.8之间，碳酸根缓释剂的碳酸根离子与可溶性钙盐的钙离子的摩尔比例在1:1到0.01:1之间。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可溶性钙盐选自Ca(HCO3)2、CaCl2、柠檬酸钙、醋酸钙和乳酸钙中的一种或多种的混合。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述可溶性镁盐选自Mg(HCO3)2、MgCl2、柠檬酸镁、醋酸镁和乳酸镁中的一种或多种的混合。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述碳酸根缓释剂为可溶性碳酸氢盐；或是尿素与可溶性无机氢氧化物的组合；其中优选尿素与氢氧化物的氢氧根离子的摩尔比例在1:1.5到1:2.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明辉，孙文杰，刘庆杰，张善严，高建，罗文利，马德胜，宋新民，冀中原，郝强升，宣英龙，江航，魏小芳，田平，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11