一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置及方法，将圆柱形试样及多孔垫片用密封材料包裹，置于反应釜内；对系统抽真空，完成后系统饱水；按要求配制酸性流体并取样分析；保持系统管路恒温，对反应釜施加围压和背压；施加孔隙压力，实时测量材料的渗透系数和排替压力。该装置防腐性能优越；该配液中继装置解决了高压条件下大容量酸性流体的配制难题，并尽可能减少了酸性流体与装置的接触面积；该岩芯端部密封结构，采用外绷带于端部垫块的尖环处与侧面密封材料绑紧密封，简约经济地同时实现了防腐和密封。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩石类多孔介质材料与外来流体相互作用的研究领域，更具体涉及一 种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置，还涉及一种研究酸性流体作用下岩石物 性参数变化的方法，适用于岩石类多孔介质材料与外来流体的相互作用，如砂岩与注入的 二氧化碳和硫化氢水溶液长时间的化学反应对砂岩渗透系数、排替压力等物性参数演化的影响。
技术介绍
随着煤层气增采(ECBM)、页岩气开采、原油增采(E0R)、深部地热开采(EGS)等工 业工程的深部开发及安全评价项目的需求与发展，及近年来对CO2地质封存(CCS)、酸气回 注(AGI)、核废料储存、地下能源储备、垃圾填埋处置等能源与废弃物地质存储技术的迫切 需求与急速发展，流体注入深部地层后对该地层的风险评估作为地质封存工程可行性研究 的重中之重，吸引了众多研究人员和工程决策者的注意。而岩石与流体的化学反应对岩石 物性参数的影响，尤其是对岩石渗流特性和长期力学特性演化的影响，成为其中亟待攻克 的难题之一。注入流体与岩石相互作用会加速岩石矿物的溶解、迁移与沉淀及岩石内部微裂纹 的孕育扩展，从而改变整个储盖系统内岩石的渗流路径、完整性及其长期力学特性。外来 流体与岩石的相互作用对储层砂岩的影响，具体来讲，渗流特性的变化可能因注入井附近 岩石渗透系数降低导致的地层可注性恶化，对注入流体在地层中的流动与迁移更是影响极 大；岩石排替压力的演化可能导致储层与盖层界面处排替压力逐渐小于地层压力和注入流 体(如超临界CO2)的浮力，不能阻止流体渗入、穿透盖层，储层逐渐失去残余气隔离能力；长 期化学反应影响岩石的力学特性，地层压力亦因流体的不断注入而升高，可能导致岩石局 部失效破坏或地层整体性失稳，甚至诱发地震。岩石与注入流体的相互作用，其发生的化学反应改变岩石的微孔隙结构，从而对 岩石的渗流特性、排替压力和力学特性演化的影响，是评价其地下封存工程成败的关键科 学问题之一。本专利技术的装置和方法是未来我国开展工程示范急需的科技支撑和技术储备。因此，该研究岩石与流体间的化学反应对岩石渗透系数、排替压力等物性参数变 化的方法和装置，能对流体注入地层过程中流动运移-化学反应-力学响应耦合科学研究 提供有力的实验支撑，可广泛用于二氧化碳(CO2)地质封存、酸气回注、酸水回注、天然气地 下储层等地质封存领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于针对现有技术中存在的缺陷及科学研究和工程的需要，提供 一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置，具体可以测定由硫化氢气体、二氧化 碳气体及蒸馏水配比形成的酸性流体与砂岩长时间流通及化学反应后，砂岩渗透系数、排 替压力的变化。还提供了一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的方法，可以分析外来(酸性)流体与岩石类多孔介质材料之间的化学反应对其材料物性参数的影响。本专利技术提供了一种新型配液中继装置，可以实现高压条件下一次性配制大容量的酸性流体，并最大化地减少了酸性流体与装置的接触面积。本专利技术还提供了一种新型岩芯端部密封结构，通过端部垫块中间的弧形尖端的巧妙结构，简约经济地同时实现密封和防腐。一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置，包括反应釜，还包括真空泵、 真空计、水箱、配液室、硫化氢气瓶和二氧化碳气瓶，真空泵和真空计分别与第一四通连通，第一四通通过第一球阀与第二四通连通， 第二四通通过第三球阀与水箱连通，第二四通通过第四球阀与第三四通连通，第二四通通过第一计量泵与配液室首端连接，第三四通通过第五球阀与第三计量泵连接，第三计量泵分别与硫化氢气瓶和二氧化碳气瓶连接，第三四通与第一尾液处理件连接，第三四通通过第八球阀与第二尾液处理件连接，第三四通与配液室尾端连接并通过第十二球阀与反应釜首端连接，反应釜尾端通过第十四球阀分别与第二尾液处理件和第四计量泵连接，还包括用于测量第一计量泵压力的第一压力传感器，用于测量第二计量泵压力的第二压力传感器，用于测量反应釜首端压力的第三压力传感器，用于测量反应釜尾端压力的第四压力传感器，用于测量测量反应釜首端和尾端压力差的差压计，还包括分别与第一计量泵、第二计量泵、第三计量泵、第四计量泵、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和差压计连接的数据采集装置。如上所述的反应釜的首端依次通过第一过滤器、第十球阀、差压计、第i^一球阀和第二过滤器与反应釜的尾端连接。如上所述的第一尾液处理件包括通过第一针阀与第三四通连通的第一尾液处理口，第一尾液处理件还包括通过第十六球阀与第三四通连接的第二针阀，所述的第二尾液处理件包括通过第三针阀与第十四球阀连通的第二尾液处理口， 第二尾液处理件还包括通过第十九球阀与第十四球阀连接的第四针阀。如上所述的第一计量泵进出口、第二计量泵进出口、第三计量泵进出口和第四计量泵进出口均设置有球阀。如上所述的配液室包括配液室外筒和设置在配液室外筒内的配液中继装置，配液中继装置包括从上至下依次设置在配液室外筒内的移动板、气囊和固定板，其中固定板与配液室外筒固定连接，移动板与气囊的上部连接，移动板可在压力的作用下沿配液室外筒挤压气囊。如上所述的反 应釜包括反应釜外筒，还包括从上至下依次设置在反应釜外筒内的上端部垫块、上多孔垫片、岩芯、下多孔垫片及下端部垫块，上端部垫块、上多孔垫片、岩芯、 下多孔垫片及下端部垫块采用密封材料包裹固定，上端部垫块和下端部垫块中部的周向均设置有弧形尖环，弧形尖环上缠绕有弹性绷带，其中，上端部垫块、下端部垫块、密封材料和弹性绷带构成岩芯端部密封结构。一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的方法，包括以下步骤步骤1、将被测材料加工成圆柱形岩芯，对岩芯进行物性测试和岩石矿物成分分析；步骤2、将第一计量泵和第三计量泵活塞推至顶端；步骤3、启动真空泵，对装置进行气密性检查，对装置进行抽真空；步骤4、向水箱注满蒸馏水，通过第一计量泵先对配液室饱水再对整个装置的管路 进行饱水，排除管路中的气体与杂质；步骤5、打开硫化氢气瓶和二氧化碳气瓶，第三计量泵以定流量模式将硫化氢气体 和二氧化碳气体注入到已饱水的配液室，其量按组分要求配制酸性流体，通过第一尾液处 理件取样对配制的酸性流体成分进行分析；步骤6、给反应釜内注满液压油，通过第二计量泵施加预先设定的围压应力，围压 应力值依据模拟的实际地层压力而定；步骤7、将装置置于恒温环境，温度值根据实际模拟的地层温度而定；步骤8、第一计量泵按设定的孔隙压力值，以恒压模式将配液室的酸性流体压入反 应釜，驱替饱和蒸馏水的岩芯；步骤9、第四计量泵施加恒定的背压应力，维持反应釜尾端，即岩芯后端的压力值； 直到第四压力传感器的示数保持稳定不再上升，记录第一计量泵、第二计量泵、第三计量泵 和第四计量泵的流量和压力值，记录第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、 第四压力传感器和差压计的示数；步骤10、利用第二尾液处理件对通过岩芯的酸性流体进行取样，并与步骤5中的 酸性流体的组分进行对比，得到实验前后酸性流体组分的变化情况；步骤11、在第一尾液处理件和第二尾液处理件处放空酸性流体并用蒸馏水流通洗 涤装置，关闭各球阀及电源；步骤12、对实验后的岩芯进行物性测试分析和岩石矿物成分分析，并与步骤I中 的岩石物性参数及矿物成分进行对比，分析实验前后岩石矿物成分及酸性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置，包括反应釜（5），其特征在于，还包括真空泵（10）、真空计（11）、水箱（1）、配液室（2）、硫化氢气瓶（3）和二氧化碳气瓶（4），真空泵（10）和真空计（11）分别与第一四通（901）连通，第一四通（901）通过第一球阀（701）与第二四通（902）连通，第二四通（902）通过第三球阀（703）与水箱（1）连通，第二四通（902）通过第四球阀（704）与第三四通（903）连通，第二四通（902）通过第一计量泵（601）与配液室（2）首端连接，第三四通（903）通过第五球阀（705）与第三计量泵（603）连接，第三计量泵（603）分别与硫化氢气瓶（3）和二氧化碳气瓶（4）连接，第三四通（903）与第一尾液处理件连接，第三四通（903）通过第八球阀（708）与第二尾液处理件连接，第三四通（903）与配液室（2）尾端连接并通过第十二球阀（712）与反应釜（5）首端连接，反应釜（5）尾端通过第十四球阀（714）分别与第二尾液处理件和第四计量泵（604）连接，还包括用于测量第一计量泵（601）压力的第一压力传感器（801），用于测量第二计量泵（602）压力的第二压力传感器（802），用于测量反应釜（5）首端压力的第三压力传感器（803），用于测量反应釜（5）尾端压力的第四压力传感器（804），用于测量测量反应釜（5）首端和尾端压力差的差压计（13），还包括分别与第一计量泵（601）、第二计量泵（602）、第三计量泵（603）、第四计量泵（604）、第一压力传感器（801）、第二压力传感器（802）、第三压力传感器（803）、第四压力传感器（804）和差压计（13）连接的数据采集装置。...

【技术特征摘要】
1.一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置，包括反应釜(5)，其特征在于， 还包括真空泵(10)、真空计(11)、水箱(I)、配液室(2)、硫化氢气瓶(3)和二氧化碳气瓶 (4)，真空泵(10)和真空计(11)分别与第一四通(901)连通，第一四通(901)通过第一球阀(701)与第二四通(902 )连通，第二四通(902 )通过第三球阀(703 )与水箱(I)连通，第二四通(902)通过第四球阀(704)与第三四通(903)连通，第二四通(902)通过第一计量泵 (601)与配液室(2)首端连接，第三四通(903)通过第五球阀(705)与第三计量泵(603)连接，第三计量泵(603)分别与硫化氢气瓶(3)和二氧化碳气瓶(4)连接，第三四通(903)与第一尾液处理件连接，第三四通(903)通过第八球阀(708)与第二尾液处理件连接，第三四通 (903)与配液室(2)尾端连接并通过第十二球阀(712)与反应釜(5)首端连接，反应釜(5) 尾端通过第十四球阀(714)分别与第二尾液处理件和第四计量泵(604)连接，还包括用于测量第一计量泵(601)压力的第一压力传感器(801)，用于测量第二计量泵(602)压力的第二压力传感器(802)，用于测量反应釜(5)首端压力的第三压力传感器 (803)，用于测量反应釜(5)尾端压力的第四压力传感器(804)，用于测量测量反应釜(5)首端和尾端压力差的差压计(13)，还包括分别与第一计量泵(601)、第二计量泵(602)、第三计量泵(603)、第四计量泵 (604)、第一压力传感器(801)、第二压力传感器(802)、第三压力传感器(803)、第四压力传感器(804 )和差压计(13 )连接的数据采集装置。2.根据权利要求1所述的一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置，其特征在于所述的反应釜(5)的首端依次通过第一过滤器(12)、第十球阀(710)、差压计(13)、第十一球阀(711)和第二过滤器(14 )与反应釜(5 )的尾端连接。3.根据权利要求1所述的一种研究流体与岩石相互作用对岩石物性参数影响的装置， 其特征在于所述的第一尾液处理件包括通过第一针阀(715)与第三四通(903)连通的第一尾液处理口(16)，第一尾液处理件还包括通过第十六球阀(716)与第三四通(903)连接的第二针阀(717)，所述的第二尾液处理件包括通过第三针阀(718)与第十四球阀(714)连通的第二尾液处理口(15)，第二尾液处理件还包括通过第十九球阀(719)与第十四球阀(714)连接的第四针阀(720)。4.根据权利要求1所述的一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置，其特征在于所述的第一计量泵(601)进出口、第二计量泵(602)进出口、第三计量泵(603)进出口和第四计量泵(604 )进出口均设置有球阀。5.根据权利要求1所述的一种研究酸性流体作用下岩石物性参数变化的装置，其特征在于所述的配液室(2)包括配液室外筒(2d)和设置在配液室外筒(2d)内的配液中继装置， 配液中继装置包括从上至下依次设置在配液...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，刘学浩，李小春，方志明，王燕，魏宁，王炳郡，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：