一种碳酸盐岩动水压力溶蚀反应试验装置制造方法及图纸

一种碳酸盐岩动水压力溶蚀反应试验装置，属于溶蚀试验技术领域，所述装置包括碳酸水制备系统、溶蚀反应系统、溶液接收系统，所述碳酸水制备系统包括供液装置、供气装置、气液混合装置、贮存装置，所述溶蚀反应系统包括压力控制装置、流速控制装置、温度控制装置和样品反应装置，溶液接收系统包括冷凝装置、气液分离装置、减压排气装置和液体接收装置，所述供液装置、供气装置与气液混合装置相连，所述气液混合装置与贮存装置相连，所述贮存装置与样品反应装置经流速控制装置相连，所述样品反应装置经温度控制装置控制，所述样品反应装置与溶液接收系统相连。本发明专利技术采用连续流微反应技术，自制碳酸盐岩动水压力溶蚀试验装置，并保证溶液内部气液反应充分且快速的碳酸水制备系统。

A dynamic water pressure corrosion reaction test device for carbonate rocks

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸盐岩动水压力溶蚀反应试验装置
本专利技术属于溶蚀试验
，具体涉及一种碳酸盐岩动水压力溶蚀反应试验装置。
技术介绍
20世纪以来，在基本溶蚀理论研究方面，国外学者开始使用大理岩岩柱进行旋转溶蚀试验，70年代以来国内外学者陆续开展了碳酸盐岩在模拟地层条件下的溶蚀实验。杨俊杰、王炜、邵东梅、范明、佘敏等均自主设计碳酸盐岩溶蚀试验装置，以探讨不同的流速、温度、pH、压力等环境条件下，碳酸盐岩的水化学动力学参数和微观结构的溶蚀特征。碳酸盐岩溶蚀试验的原理是：将岩石试样通入含有高浓度CO2的蒸馏水，控制不同流速、温度、pH、压力等环境条件，使岩石与水互相作用，经过一段时间后，取出试件和溶蚀后溶液，求出试样的总溶解量或测定试样质量的变化，将其与试样的体积相比，得出各试样的比溶解度、比溶蚀度及物理破碎量指标。在此基础上研究岩石试件溶蚀前后的微观结构变化和溶蚀前后水化学成分分析。但是传统的碳酸盐岩溶蚀试验装置在以下几个方面存在局限性。（一）试验影响因素及其范围传统碳酸盐岩溶蚀试验中除了考虑岩性本身以外，在试验装置中仅研究温度、压力、水流速度中的一个或两个变量参数的影响。如邵东梅的试验，研究的是环境温度和水流速度对溶蚀速度的影响；范明的试验，研究的是不同温度、不同粒度及流动与浸泡方式下的溶蚀差别；佘敏的试验，研究碳酸盐岩溶蚀量与温度、压力的关系；陈强的试验研究不同岩性的样品在溶蚀性上的差异；赵岩杰的试验结果表明温度、pH值对岩样溶蚀率有影响；苏悦的试验研究了岩性、温度、溶液流动状态对溶蚀量的影响；黄尚瑜的试验探索碳酸盐岩溶蚀与温度的关系；杨俊杰的模拟实验研究温度和压力对溶蚀量的影响。试验中常见的温度变化区间为常温—240℃、流速变化区间为1—60ml/min-1、压力变化区间为0—52.5Mpa。以往试验无法全面了解多因素影响下碳酸盐岩溶蚀的差异，且由于流速和压力成正比状态，以往试验没有出现流速和压力同时改变的情况。如在流速一定的情况下，同时研究温度和压力两个变量；在压力一定的情况下，同时研究温度和流速两个变量等。（二）试验岩样及溶蚀液的配置1、岩样制备传统试验岩石样品主要为块体或颗粒，块体的形状多为长方形（5×10×20mm、5x10x40mm）和圆柱（直径选取10mm、25mm、40mm，高度选取4mm、10mm、15mm、20mm、30～50mm）；颗粒尺寸为（0.09～0.5mm、2.8-4.0mm）。尺寸选择较为随意，规律性不强。2、溶蚀液的制备试验的溶蚀液大多采用碳酸、乙酸、NaCl、蒸馏水、海水等液体与CO2气体混合配置。试验选用一个耐腐蚀的反应容器，将准备好的液体放置于水桶里，用水泵将水抽到地平面上的水箱中，再由容器下部向液体中通入CO2，使其穿过流体并由顶部逸散，增加与流体的接触面，能使CO2能尽量充分的溶解于水中，但溶蚀液的制备过程会有以下几个方面的问题。（1）配置时长气液反应过程是通过观察液体表面压力表的数值判断气液反应是否充分，这种反应形式的弊端是缓慢、不充分和不准确的。一些装置在此基础上增加磁驱动搅拌器，通过设定搅拌器的转速（ω）加速气液反应的速度，并使反应更充分。但即便安装磁驱动搅拌装置，气液反应也需要较长的时间且不能实现气液充分反映，大多试验的溶蚀反应时间平均为7天，还有些达到15天乃至更长，且不能做到每批试验气液反应程度相同，无法保证试验结果的准确性。为达到所需的PH值就需要不停的调整水和CO2的流量，并等待反应，所需时间会更长，整个过程也是靠经验不断尝试的过程。（2）配置容器以往试验用水泵将准备的液体抽到地平面以上的水箱中备用，但水箱较高，不易操控。水箱的水和气体在气液反应容器进行混合，容器体积较大、容积固定且搬运困难，即使以往试验中使用过最大容积为1500L的反应容器，也无法实现溶蚀试验不间断、长时间的进行。（3）配置结果溶蚀液的配置通过调节气体的压力、流量或调节液体的流量，其中CO2通过钢瓶的阀门来控制，水流通过直通阀来控制，但由于设备条件所限，气体压力调节稳定性较差、压力控制不精确，气液混合的碳酸水pH值不准确，通过查表获得的溶解度数值显然也是不准确的，以至于以往一些试验对溶蚀液的CO2溶解度是没有涉及的。1）溶蚀液pH值：以往很多试验没有配制准确的pH值，只采用了气液混合碳酸溶液这一说法；另一些试验通过不断调整气液比例，配置了具有精准pH值的碳酸溶液，来研究溶液酸碱度对碳酸盐岩溶蚀率的影响。2）溶蚀液CO2溶解度：液体溶解度的影响因素较多，如气液体系的绝对压力、液体的温度、气体的纯度和液体中存在的溶质性质、气体与液体的接触面积和时间等。在试验中需要保持CO2钢瓶的出口压力不变，并保证每批样品分压一致，再据亨利定律中提出的CO2溶解度与其分压成正比，由化学手册可查不同压力，不同温度下的溶解度，从而计算出当前压力和温度下的溶解度值，通过查表所得并计算的溶解度数值显然不准确，只能是大约数值。（三）试验装置的系统设计1、压力系统溶蚀试验中，探讨压力是为了研究碳酸盐岩在不同埋深环境下及水库不同蓄水时期动水压力下的溶蚀能力。范明等人的一些试验压力值设置比较高，并恒定在一个数值来排除压力变化对溶蚀作用的影响，佘敏等人的试验将压力作为可变因素，来研究溶蚀量与压力的关系。但试验中无论压力是否发生变化，其水流速度都是恒定的。以往试验装置的压力系统主要有两种设计形式：一种是采用高压泵驱动装置内的溶液流动，再通过背压阀控制器来稳定流体压力，保证一定压力下流体的循环；第二种是借助高压气瓶的气体压力，对反应容器内部的气囊进行充气，通过开关高压气瓶来控制试验压力，但不易控制也不准确。这两种供压方式的试验流速均为固定值，整个系统受气体影响压力并不稳定。2、水动力系统溶蚀试验中，探讨流速是为了研究碳酸盐岩受水动力的影响，按照水流动力状况，可分为浸润、点滴、线流三种流速状态。试验中水动力系统设计有以下3种形式。第一是不考虑流速：采用静态浸润溶蚀，忽略动水压力对碳酸盐岩溶蚀的影响。第二是固定一个或两个流速点：可以采用定时间、定流量、定总量的办法来保证流过所有样品的流速基本一致，通过人工不断调节反应仓出口端阀门的流量，使样品出口端的总流速和与入口流速相同，来保持釜内压力不变，而不通过背压阀；也可以采用液体泵驱动流速，保持流速不变，流体压力通过背压阀控制器来稳定。第三是设计多个流速变量值：可以通过液体流量计或液体泵来控制液体流速。三种形式的水动力系统设计均缺乏稳流装置，不能保证液体能够稳定流出，且流速普遍偏低。3、温控系统溶蚀试验中，探讨温度是为了讨论碳酸盐岩在不同埋深环境、不同温度下的溶烛能力，因为随着埋藏深度的增加或不同区域温度情况的变化，溶液温度也不断发生变化。由于温度这一因素比较容易实现和超控，以往试验针对温度因素所做的试验比较多，主要采用以下几种温控形式。第一、采用管式炉：温度可达200℃。范明等人采用管式炉加温的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳酸盐岩动水压力溶蚀反应试验装置，其特征在于：所述装置包括碳酸水制备系统、溶蚀反应系统、溶液接收系统，所述碳酸水制备系统包括供液装置、供气装置、气液混合装置、贮存装置，所述溶蚀反应系统包括压力控制装置、流速控制装置、温度控制装置和样品反应装置，溶液接收系统包括冷凝装置、气液分离装置、减压排气装置和液体接收装置，所述供液装置、供气装置与气液混合装置相连，所述气液混合装置与贮存装置相连，所述贮存装置与样品反应装置经流速控制装置相连，所述样品反应装置经温度控制装置控制，所述样品反应装置与溶液接收系统相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳酸盐岩动水压力溶蚀反应试验装置，其特征在于：所述装置包括碳酸水制备系统、溶蚀反应系统、溶液接收系统，所述碳酸水制备系统包括供液装置、供气装置、气液混合装置、贮存装置，所述溶蚀反应系统包括压力控制装置、流速控制装置、温度控制装置和样品反应装置，溶液接收系统包括冷凝装置、气液分离装置、减压排气装置和液体接收装置，所述供液装置、供气装置与气液混合装置相连，所述气液混合装置与贮存装置相连，所述贮存装置与样品反应装置经流速控制装置相连，所述样品反应装置经温度控制装置控制，所述样品反应装置与溶液接收系统相连。


2.根据权利要求1所述的一种碳酸盐岩动水压力溶蚀反应试验装置，其特征在于：所述供液装置与气液混合装置经控流装置相连，所述供液装置与气液混合装置经蠕动泵相连。


3.根据权利要求1所述的一种碳酸盐岩动水压力溶蚀反应试验装置，其特征在于：所述装置包括CO2高压钢瓶（1）、双级减压阀（2）、两通球阀（3）、气体质量流量控制器（4）、蠕动泵（5）、气液微混合器（6）、溶剂瓶（7）、高压恒流输液泵（10）、预热装置（13）、样品仓（16）、冷凝装置（23）、气液分离器（17）、废液收集瓶（19）、背压阀（22），所述供气装置为CO2高压钢瓶（1），所述气液混合装置为气液微混合器（6），所述CO2高压钢瓶（1）与气液微混合器（6）经双级减压阀（2）、两通球阀（3）、气体质量流量控制器（4）相连，所述供液装置与气液微混合器（6）经蠕动泵（5）相连，所述贮存装置为溶剂瓶（7），所述气液微混合器（6）与溶剂瓶（7）相连，所述溶剂瓶（7）与样品仓（16）经高压恒流输液泵（10）、预热装置（13）相连，所述样品仓（16）与气液分离器（17）经冷凝装置（23）相连，所述气液分离器（17）气体出口与背压阀（22）相连，所述气液分离器（17）与废液收集瓶（19）相连。


4.根据权利要求3所述的一种碳酸盐岩动水压力溶蚀反应试验装置，其特征在于：所述溶剂瓶（7）内设有液位传感器（8）、第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟津竹，陈四利，王军祥，夏绍彤，张靖宇，鲁丽华，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21