高温高压条件下动态水岩相互作用实验装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高温高压条件下动态水岩相互作用实验装置及方法，实验装置由高温高压系统、液压控制系统、回灌水体注入系统和数据采集处理系统构成；本实验装置自动化程度高，能够还原深部地层的温度和压力条件，增大了了岩石与液体的质量比，使岩石的质量大于液体质量，进一步接近实际地层的反应情况；实现了回灌情况下，地层深部水岩反应情况下的水流流动情况下的动态模拟，进一步水流速度可以通过气压调节，实现不同流速情况下的水岩反应；能够进行不同地层压力，不同温度与不同粒径岩石颗粒的动态水岩反应实验；通过气路的合理分配实现了回灌水体的自动混合；还能保证提供高压气压的同时不与实验用水反应及实验结果的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
高温高压条件下动态水岩相互作用实验装置与方法
本专利技术属于水岩化学动力学
，涉及深部地层高温高压条件下水体回灌的动态水岩相互作用模拟实验技术，具体涉及一种高温高压条件下动态水岩相互作用实验装置与方法。
技术介绍
地下水是流动着的水流，它和周围介质不断的进行着物理的、力学的、化学的作用，而影响地下水流的性质和化学组成；同时，也对岩土介质状态产生影响，这些统称为水岩相互作用。岩溶即岩石的溶解与沉淀现象是水岩相互作用的一部分。近年来，随着地表湖水和地热尾水深层回灌技术的开发与利用，外来水体的入侵打破储层原本的水岩平衡，在储层中与岩石发生复杂的水岩相互作用，导致岩石的溶解或沉淀，由此引发的地下水水质问题和堵塞问题成为世界性难题。因此，合理预测回灌条件下，水与岩石相互作用过程中所发生的化学反应，反应后地下水化学成分的改变及岩石的溶解和沉淀趋势成为当务之急。目前，模拟地层深部的室内水岩反应实验多通过高温高压反应釜和岩心流动仪来实现。高温高压反应釜能实现高温高压条件下水和岩石的静态反应，不能实现流动状态下水和岩石的反应情况，而且由于实验条件的限制，反应釜实验过程中，釜内水的质量大于岩石的质量，这与地层的实际条件大不相符，相当于将岩石的孔隙度扩大，不能很好的复原地层的真实条件。岩心流动仪利用恒温箱或高温高压岩心夹持器模拟地层温度，利用围压模拟地层压力，可以实现水与岩石的动态反应，但是岩心流动仪样品必须为柱状，不能针对松散岩类或岩石颗粒进行水岩反应试验。这样相当于模拟水在岩石裂隙中的反应，接触面积太小，反应不充分。可见现有水岩反应实验仪器不能实现真实地层条件下充分的，动态的水岩反应模拟，急需专利技术一种新的实验装置来解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种高温高压条件下的动态水岩相互作用实验装置与方法，该实验装置与方法不仅能够还原深部地层的温度和压力条件，模拟回灌水体进入深部储层发生的动态水岩相互作用实验，而且能够进行不同压力，不同温度和不同粒径的岩石颗粒的动态水岩反应实验，实验用水分别可以是湖水，地热尾水或回灌水(湖水或地热尾水)和地层水按一定比例混合后的混合水。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高温高压条件下的动态水岩相互作用实验装置，由高温高压系统、液压控制系统、回灌水体注入系统和数据采集处理系统构成。所述高温高压系统由恒温箱3、活塞杆4、固结活塞5、岩样夹持器6和支撑架7组成；所述岩样夹持器6具有一个容纳岩样的内腔，内腔的下方设置有下岩样桶固定器18，其底部的中心位置设置有回灌液体流进口181；固结活塞5的顶端与活塞杆4的底端相连，固结活塞5上设置有液体流出口23，固结活塞5通过与液压控制系统中液压动力机2相连的活塞杆4推动与内腔滑动配合对置于内腔中的岩样进行压力控制。所述液压控制系统还包括电液伺服控制台1，其经过压力传感器P1连接到液压动力机2上，液压动力机2通过支撑架7安装在恒温箱3的上方，所述电液伺服控制台1与电脑17相连，通过电脑17输入加压参数控制电液伺服控制台1，进一步控制液压动力机2施加模拟的地层压力。所述回灌水体注入系统是由气源8经开关K1、调压阀V2、气体压缩机10、储气罐9、开关K2和调压阀V3后分为三条气路。第一条气路与混合水储液容器13的进气口相连，液体经混合水储液容器13的出液口通过管线连接在模型系统的岩样夹持器6上；第二条气路与回灌水体储液容器11的进气口相连，回灌水体储液容器11中的液体经过出液口与混合水储液容器13相连；第三条气路与地层水储液容器12的进气口相连，地层水储液容器12中的液体经过出液口与混合水储液容器13相连；回灌水体储液容器11中装有回灌水体即湖水或地热尾水，地层水储液容器12中装有地层水，混合水储液容器13装有回灌水体和地层水按一定比例的混合水，可以实现回灌水体的回灌模拟，地层水的回灌模拟，回灌水体和地层水按一定比例混合下的模拟，且混合水储液容器13中设置搅拌器14，可使回灌水体和地层水混合充分。气体压缩机10压缩气源8的提供的气体，提供高压实验气体由储气罐9储存，通过调压阀V3的调节来提供不同气压。所述数据采集系统由液体收集罐15、电子天平16、压力传感器P1、P2、P3、P4、位移显示表S、热电偶Ⅰ241、热电偶Ⅱ242、热电偶Ⅲ243、数据采集器171以及计算机17组成。反应后液体通过收集管道进入液体收集罐15中，电子天平16称量液体收集罐15内液体的质量；热电偶Ⅰ241安装在恒温箱3的内壁中；热电偶Ⅱ242和热电偶Ⅲ243分别置于固结活塞5内部和岩样桶固定器18内部；混合水储液容器13，回灌水体储液容器11和地层水储液容器12的入液口，以及液压动力机2的进液口处均设有压力传感器；位移显示表S安装在液压动力机2上监视液压动力机2的位移。所述热电偶Ⅰ241、热电偶Ⅱ242和热电偶Ⅲ243，压力传感器P1、压力传感器P2、压力传感器P3和压力传感器P4，电子天平16和位移显示表S分别与数据采集器171相连，数据采集器171与计算机17相连，实现数据的自动采集与处理。进一步地，所述岩样夹持器6由下岩样桶固定器18、岩样桶19、上岩样桶固定器20和锁紧帽21组成。下岩样桶固定器18呈下端封闭的环形圆柱桶状结构，其底部的中心位置设置有回灌液体流进口181，其外壁设置有螺纹，其内壁上设置有岩样桶限位台面182，下岩样桶固定器18的上端设置有封闭环形斜面183，用来与上岩样桶固定器20相连接。岩样桶19呈圆环筒状，直径6.18cm，高18cm。其底端置于下岩样桶固定器的限位环形台面182上。上岩样桶固定器20呈圆筒状结构，上岩样桶固定器20位于岩样桶19的外侧且上岩样桶固定器20的底端与下岩样桶固定器18上端的封闭环形斜面183连接,上岩样桶固定器20与下岩样桶固定器18的衔接封闭环形斜面183处设置有耐高温的密封圈201，上岩样桶固定器20的内壁上设置有岩样桶顶端的定位台阶面202，上岩样桶固定器20的外壁上设置有锁紧帽环形限位台面203。锁紧帽21呈圆筒状结构位于下岩样桶固定器18和上岩样桶固定器20的外侧，锁紧帽21的上方设置环形压紧台面211，锁紧帽21的内壁底端上设置有螺纹，通过锁紧帽21螺纹上方的环形压紧台面211紧压在上岩样桶固定器外壁上的锁紧帽环形限位台面203上，与下岩样桶固定器18外壁上设置的螺纹拧合，实现对岩样桶19和上岩样桶固定器20的固定。进一步地，所述固结活塞5与岩样夹持器6的内腔接触处设置有耐高温的止水圈22，增加密封性，防止液体渗漏。进一步地，所述固结活塞5内还设置有用于安装热电偶Ⅱ242的穿孔，用于放置热电偶热电偶Ⅱ242；所述下岩样桶固定器18内部还设置有用于安装热电偶Ⅲ243的穿孔，用于放置热电偶Ⅲ243。进一步地，恒温箱3的温度范围为室温至250℃，液压控制系统可给岩样加压的压力范围为0-12MPa。进一步地，实验装置所有管线均采用耐高温的管线。进一步地，所用气源8为惰性气体氮气，保证提供气压的同时不与实验用水反应，保证实验结果的可靠性。进一步地，为保证回灌水体储液容器11，地层水储液容器12，混合水储液容器13内的气压供应，容器内的液体储量不易大于容器容量的2/3。上述高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温高压条件下的动态水岩相互作用实验装置，其特征在于：由高温高压系统、液压控制系统、回灌水体注入系统和数据采集处理系统构成；所述高温高压系统由恒温箱(3)、活塞杆(4)、顶端与活塞杆(4)的底端相连的固结活塞(5)、岩样夹持器(6)和支撑架(7)组成；岩样夹持器(6)具有一个容纳岩样的内腔，内腔的下方设置有下岩样桶固定器(18)，其底部的中心位置设置有回灌液体流进口(181)，固结活塞(5)上设置有液体流出口(23)，固结活塞(5)通过与液压控制系统中液压动力机(2)相连的活塞杆(4)推动与内腔滑动配合对置于内腔中的岩样进行压力控制，液压动力机(2)通过支撑架(7)安装在恒温箱(3)的上方；所述液压控制系统还包括经压力传感器P1与液压动力机(2)相连的电液伺服控制台(1)，其与电脑(17)相连，通过电脑(17)输入加压参数控制电液伺服控制台(1)，进一步控制液压动力机(2)施加模拟的地层压力；所述回灌水体注入系统是由气源(8)经开关K1、调压阀V2、气体压缩机(10)、储气罐(9)、开关K2和调压阀V3后分为三条气路；第一条气路与混合水储液容器(13)的进气口相连，液体经混合水储液容器(13)的出液口通过管线连接在岩样夹持器(6)上；第二条气路与回灌水体储液容器(11)的进气口相连，回灌水体储液容器(11)中的液体经过出液口与混合水储液容器(13)相连；第三条气路与地层水储液容器(12)的进气口相连，地层水储液容器(12)中的液体经过出液口与混合水储液容器(13)相连；所述数据采集系统由液体收集罐(15)、计算机(17)、与计算机(17)相连的数据采集器(171)以及分别与数据采集器(171)相连的安装在恒温箱(3)中的热电偶Ⅰ(241)、设置于固结活塞(5)内部的热电偶Ⅱ(242)、设置于岩样桶固定器(18)内部的热电偶Ⅲ(243)、四个压力传感器、电子天平(16)以及安装在液压动力机(2)上的位移显示表S组成。...

【技术特征摘要】
1.一种高温高压条件下的动态水岩相互作用实验装置，其特征在于：由高温高压系统、液压控制系统、回灌水体注入系统和数据采集处理系统构成；所述高温高压系统由恒温箱(3)、活塞杆(4)、顶端与活塞杆(4)的底端相连的固结活塞(5)、岩样夹持器(6)和支撑架(7)组成；岩样夹持器(6)具有一个容纳岩样的内腔，内腔的下方设置有下岩样桶固定器(18)，其底部的中心位置设置有回灌液体流进口(181)，固结活塞(5)上设置有液体流出口(23)，固结活塞(5)通过与液压控制系统中液压动力机(2)相连的活塞杆(4)推动与内腔滑动配合对置于内腔中的岩样进行压力控制，液压动力机(2)通过支撑架(7)安装在恒温箱(3)的上方；所述液压控制系统还包括经压力传感器P1与液压动力机(2)相连的电液伺服控制台(1)，其与电脑(17)相连，通过电脑(17)输入加压参数控制电液伺服控制台(1)，进一步控制液压动力机(2)施加模拟的地层压力；所述回灌水体注入系统是由气源(8)经开关K1、调压阀V2、气体压缩机(10)、储气罐(9)、开关K2和调压阀V3后分为三条气路；第一条气路与混合水储液容器(13)的进气口相连，液体经混合水储液容器(13)的出液口通过管线连接在岩样夹持器(6)上；第二条气路与回灌水体储液容器(11)的进气口相连，回灌水体储液容器(11)中的液体经过出液口与混合水储液容器(13)相连；第三条气路与地层水储液容器(12)的进气口相连，地层水储液容器(12)中的液体经过出液口与混合水储液容器(13)相连；所述数据采集系统由液体收集罐(15)、计算机(17)、与计算机(17)相连的数据采集器(171)以及分别与数据采集器(171)相连的安装在恒温箱(3)中的热电偶Ⅰ(241)、设置于固结活塞(5)内部的热电偶Ⅱ(242)、设置于岩样桶固定器(18)内部的热电偶Ⅲ(243)、四个压力传感器、电子天平(16)以及安装在液压动力机(2)上的位移显示表S组成。2.根据权利要求1所述的一种高温高压条件下的动态水岩相互作用实验装置，其特征在于：所述岩样夹持器(6)还包括岩样桶(19)、上岩样桶固定器(20)和锁紧帽(21)；所述下岩样桶固定器(18)呈下端封闭的环形圆柱桶状结构，其外壁设置有螺纹，其内壁上设置有岩样桶限位台面(182)，下岩样桶固定器(18)的上端设置有封闭环形斜面(183)；所述岩样桶(19)呈圆环筒状，其底端置于下岩样桶固定器的限位环形台面(182)上；所述上岩样桶固定器(20)呈圆筒状结构，上岩样桶固定器(20)位于岩样桶(19)的外侧且上岩样桶固定器(20)的底端与下岩样桶固定器(18)上端的封闭环形斜面(183)连接，上岩样桶固定器(20)与下岩样桶固定器(18)的衔接封闭环形斜面(183)处设置有耐高温的密封圈(201)，上岩样桶固定器(20)的内壁上设置有岩样桶顶端的定位台阶面(202)，上岩样桶固定器(20)的外壁上设置有锁紧帽环形限位台面(203)；所述锁紧帽(21)呈圆筒状结构位于下岩样桶固定器(18)和上岩样桶固定器(20)的外侧，锁紧帽(21)的上方设置环形压紧台面(211)，锁紧帽(21)的内壁底端上设置有螺纹，通过锁紧帽(21)螺纹上方的环形压紧台面(211)紧压在上岩样桶固定器外壁上的锁紧帽环形限位台面(203)上，与下岩样桶固定器(18)外壁上设置的螺纹拧合。3.根据权利要求1所述的一种高温高压条件下的动态水岩相互作用实验装置，其特征在于：所述固结活塞(5)与岩样夹持器(6)的内腔接触处设置有耐高温的止水圈(22)。4.根据权利要求3所述的一种高温高压条件下的动态水岩相互作用实验装置，其特征在于：所述固结活塞(5)内还设置有用于安装热电偶Ⅱ(242)的穿孔，下岩样桶固定器(18)内部还设置有用于安装热电偶Ⅲ(243)的穿孔。5.根据权利要求1所述的一种高温高压条件下的动态水岩相互作用实验装置，其特征在于：所述四...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯波，宋丹，陈明涛，许天福，李清林，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22