CN104459055A - 一种高温高压耐腐蚀反应实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,属于高温高压耐腐蚀反应技术领域。现有高温高压反应釜存在釜体笨重、拆卸费力、密封不够、温度压力不易控制、不能在线取样等缺陷。本发明包括供气系统、活塞容器、反应釜系统和控制系统。本发明可供多种物质在50MPa压力和350℃高温高压范围内进行化学反应,活塞容器中活塞、筒体、堵头和反应釜体、取样器等与反应溶液直接接触的部件采用哈氏合金材料制成,具有很强的耐腐蚀性能。装置具有温度、压力预设定和温度、压力过载保护功能,同时配有电磁推动搅拌桨,可在反应过程中对反应物实施搅拌,加快反应速度,另外配有取样器,可实现对反应溶液的在线取样。
Description
技术领域
本发明属于高温高压耐腐蚀反应技术领域,尤其与一种用于模拟地质条件下有机酸的生成及溶蚀反应的高温高压耐腐蚀反应实验装置有关。
背景技术
北美致密油的成功勘探开发,带动了非常规油气勘探的热潮。致密油成为全球非常规油气勘探开发的新领域,而有机酸对致密油储层溶蚀所形成的次生孔隙是致密油的主要赋存空间。现有对致密储层溶蚀作用的研究主要是针对致密砂岩但没有与有机酸的生成相关联,因此,对有机酸生成、溶蚀作用的研究具有重要意义。从而,有必要发明一种模拟地下高温高压环境的仪器,目前的高温高压反应釜存在釜体笨重、拆卸费力、密封不够、温度压力不易控制、不能在线取样等问题。针对这些问题,本专利申请人设计出一种采用加热圈加热、用电脑控制釜体温度、法兰结构形式连接、柔性石墨密封、哈氏合金质地、可在线取样的高温高压耐腐蚀反应实验装置,从而克服以上缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,本发明解决了现有高温高压反应釜存在的釜体笨重、拆卸费力、密封不够、温度压力不易控制、不能在线取样等问题。
为此,本发明采用以下技术方案:一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征是,所述的反应实验装置包括供气系统、活塞容器、反应釜系统和控制系统;
所述供气系统包括高压气瓶和气体增压泵,通过该泵将注入反应液体模拟有机酸生成所用地层水或模拟溶蚀作用所用有机酸由活塞容器输送到反应釜系统内。
所述活塞容器安装在底座上,活塞容器包括活塞和筒体,筒体两端装有堵头,堵头上安装密封圈,筒体两端设置压帽;筒体空腔穿装所述活塞。活塞容器在上端空间注入实验所需液体,活塞下面注入液体或气体将上端的液体注入到所需要的容器中。
所述反应釜系统包括电机、釜体和取样器;电机固定于电机连接座上,电机通过锁紧螺母、连接法兰与搅拌釜上盖连接,釜体与搅拌釜上盖连接;连接法兰设有轴向通孔,轴向通孔内穿装搅拌杆,搅拌杆的一端通过外磁钢固定套、外磁铁和内磁铁与电机连接,搅拌杆的另一端连接岩心筒筒体,岩心筒筒体设置于所述釜体内腔;电机带动外磁钢固定套,外磁钢固定套内装有外磁铁,使反应釜内磁铁内磁铁护罩带动搅拌杆使得岩心筒筒体同时转动,达到搅拌的效果;所述的反应釜系统通过保温套外套保温,保温套包括保温套上盖、釜体下保温套和加热圈;反应釜体加热采用加热圈进行加热,加热圈外装有不锈钢保温套,电脑控制温度,可恒温也可程序升温,程序升温可以根据用户需求设定升温时间。
反应釜系统使用时,先松开搭扣,将保温套上盖取下,然后卸下反应釜连接法兰上螺母,将反应釜连接法兰取下。用扳手卸下岩心筒筒体,在岩心筒筒体内装入实验所用样品。样品安装完毕后将岩心筒筒体在与岩心筒上盖用螺钉联接。再将反应釜连接法兰与釜体用螺栓联接。注意:安装时岩心筒筒体下面的岩心筒定位轴要与釜体下面的定位孔对准。将保温套上盖装上。关闭反应釜底部连有加长转换接头上的两通阀,打开气瓶开关,通过调压阀调整气瓶出口压力。先将活塞容器活塞上筒体内注入一定量实验所需液体,气瓶出口气体分两路,一路经过活塞容器底部,驱动活塞容器上部的液体,将液体注入到反应釜内。注入完毕后关闭注液口阀门,关闭反应釜侧面连有加长接头、公接头上的两通阀,接通空气压缩机电源通过空压机来驱动气体增压泵工作,气瓶气体通过增压泵向反应釜内注入,增压到实验所需压力时通过压力传感器自动断开气体增压泵电源,停止增压。关闭注入口阀门,打开控制面板上总电源开关、加热开关,加热圈工作,在控制面板上设置好实验所需温度,再打开反应釜搅拌电机开关,通过调速器调到实验所需速度。当反应釜内部压力超过实验所需压力的时候,安全阀自动泄压。反应釜内部反应一段时间后,可以通过打开反应釜侧面的两通阀取样器取气体的样品,打开底部的两通阀,取样器取液体的样品。取样结束后关闭侧面及底部的两通阀。如果样品需要到其他仪器上去分析,可以将两通阀关紧,从加长接头和加长转换接头上卸下。样品保存在取样器中带到所分析的场所去。实验结束后通过排液口收集反应釜内部液体,打开反应釜连接法兰上螺母,将反应釜连接法兰取下,清洗反应釜内腔。用扳手卸下岩心筒筒体,取出岩心筒筒体内实验所用样品。样品取出后将岩心筒筒体在与岩心筒上盖用螺钉联接。再将反应釜连接法兰与釜体用螺栓联接,以备下次实验使用。取样器使用完毕后也需要进行清洗,以备下次实验使用;
控制系统控制各部件工作。
作为对上述技术方案的补充和完善,本发明还包括以下技术特征。
所述控制系统包括温控装置、搅拌速度调节装置、自动泄压装置、加热开关、电源开关等。
所述的活塞上设有密封圈、挡圈,挡圈是保护密封圈在高压下不被挤压坏。
所述的压帽的材质是2Cr13调质处理的,增加压帽的强度。堵头用轴用挡圈固定在压帽上。
所述的搅拌杆通过堵头、密封圈和扶正软垫压帽密封,搅拌杆通过扶正轴承和扶正软垫扶正,所述的搅拌釜上盖与釜体采用釜体密封圈柔性石墨密封,整个反应釜固定在保温套底板上;所述的岩心筒筒体通过岩心筒扶正圈支撑扶正。
所述的保温套上盖是2半用搭扣链接。
所述的控制箱外壳采用不锈钢板材制作,具有较强的抗腐蚀性。
所述的各个部件之间的连接通过管阀件连接,管阀件的材料采用哈氏合金材料制作。
所述的温控装置采用PID自整定控制,当温度接近于工作温度时,该控制器对电路进行控制逐步降低加热功率,使温度稳定上升,避免温度上冲。
使用本发明可以达到以下有益效果:本发明可供多种物质在50MPa压力和350℃高温高压范围内进行化学反应,活塞容器中活塞、筒体、堵头和反应釜体、取样器等与反应溶液直接接触的部件采用哈氏合金材料制成,具有很强的耐腐蚀性能。装置具有温度、压力预设定和温度、压力过载保护功能,同时配有电磁推动搅拌桨,可在反应过程中对反应物实施搅拌,加快反应速度,另外配有取样器,可实现对反应溶液的在线取样。反应釜系统采用不锈钢保温套,保温效果好,拆卸方便,防水防油,外观漂亮整洁,表面可擦洗。
附图说明
图1为本发明的结构连接示意图。
图2为活塞容器的结构示意图。
图3为反应釜系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
实施例:如图1~图3所示,本发明包括包括供气系统、活塞容器3A、反应釜系统4A和控制系统5A;
供气系统包括高压气瓶1A和气体增压泵2A,通过该泵将注入反应液体模拟有机酸生成所用地层水或模拟溶蚀作用所用有机酸由活塞容器3A输送到反应釜系统4A内,泵的流量范围为0.01-10mL/min,最大输出压力为50MPa,泵头材料采用哈氏合金材料,因此能耐一定的酸碱液体。活塞容器3A安装在底座1’上,活塞容器3A包括活塞6’和筒体7’,筒体7’两端装有堵头8’,堵头8’上安装密封圈3’,筒体两端设置压帽9’;筒体空腔穿装活塞6’。活塞容器在上端空间注入实验所需液体,活塞下面注入液体或气体将上端的液体注入到所需要的容器中;作为优选,容器容积2000ml,耐压50MPa,材料:哈氏合金。
反应釜系统包括电机、釜体18和取样器;电机1固定于电机连接座2上,电机1通过锁紧螺母11、连接法兰12与搅拌釜上盖13连接,釜体与釜盖连接,从而实现传动功能;法兰设有轴向通孔,轴向通孔内穿装搅拌杆,搅拌杆的一端通过外磁钢固定套3、外磁铁6和内磁铁8与电机连接,搅拌杆的另一端连接岩心筒筒体21,岩心筒筒体21设置于釜体内腔;电机带动外磁钢固定套3,外磁钢固定套内装有外磁铁6使反应釜内磁铁8内磁铁护罩7带动搅拌杆9使得岩心筒筒体21同时转动,达到搅拌的效果;反应釜系统通过保温套外套保温,保温套包括保温套上盖16、釜体下保温套和加热圈22;反应釜体加热采用加热圈进行加热,电脑控制温度,可恒温也可程序升温,程序升温可以根据用户需求设定升温时间;进一步地,搅拌杆9通过堵头4、密封圈5和扶正软垫压帽15密封,搅拌杆9通过扶正轴承10和扶正软垫14扶正,搅拌釜上盖13与釜体18采用釜体密封圈17柔性石墨密封,整个反应釜固定在保温套底板24上;岩心筒筒体21通过岩心筒扶正圈20支撑扶正;保温套上盖16是2半用搭扣链接;控制系统控制各部件工作。
反应釜系统使用时,先松开搭扣,将保温套上盖16取下,然后卸下反应釜连接法兰12上螺母,将反应釜连接法兰12取下。用扳手卸下岩心筒筒体21,在岩心筒筒体内装入实验所用样品。样品安装完毕后将岩心筒筒体21在与岩心筒上盖19用螺钉联接。再将反应釜连接法兰12与釜体18用螺栓联接。注意:安装时岩心筒筒体21下面的岩心筒定位轴23要与釜体18下面的定位孔对准。将保温套上盖16装上。关闭反应釜底部连有加长转换接头29上的两通阀26,打开气瓶开关,通过调压阀调整气瓶出口压力。先将活塞容器活塞上筒体内注入一定量实验所需液体,气瓶出口气体分两路,一路经过活塞容器底部,驱动活塞容器上部的液体,将液体注入到反应釜内。注入完毕后关闭注液口阀门,关闭反应釜侧面连有加长接头28、公接头25上的两通阀26,接通空气压缩机电源通过空压机来驱动气体增压泵工作,气瓶气体通过增压泵向反应釜内注入,增压到实验所需压力时通过压力传感器自动断开气体增压泵电源,停止增压。关闭注入口阀门,打开控制面板上总电源开关、加热开关,加热圈22工作,在控制面板上设置好实验所需温度,再打开反应釜搅拌电机开关,通过调速器调到实验所需速度。当反应釜内部压力超过实验所需压力的时候,安全阀自动泄压。反应釜内部反应一段时间后,可以通过打开反应釜侧面的两通阀26取样器27取气体的样品,打开底部的两通阀26,取样器31取液体的样品。取样结束后关闭侧面及底部的两通阀26。如果样品需要到其他仪器上去分析,可以将两通阀26关紧,从加长接头28和加长转换接头29上卸下。样品保存在取样器27、31中带到所分析的场所去。实验结束后通过排液口30收集反应釜内部液体,打开反应釜连接法兰12上螺母,将反应釜连接法兰12取下,清洗反应釜内腔。用扳手卸下岩心筒筒体21,取出岩心筒筒体内实验所用样品。样品取出后将岩心筒筒体21在与岩心筒上盖19用螺钉联接。再将反应釜连接法兰12与釜体18用螺栓联接,以备下次实验使用。取样器27、31使用完毕后也需要进行清洗,以备下次实验使用;
反应釜体与釜盖采用法兰结构形式连接,柔性石墨密封,密封可靠。使用时将法兰上的螺栓松开,然后将实验样品放在釜体内,将上盖与釜体装在一起,注意:(拧紧螺栓时要对立面拧紧,用力要均匀。不要一次性将任何一个螺栓拧紧,当对立面螺栓均匀用力拧紧时,再用力将所有螺栓对面拧紧,方可进行操作升温)。当实验做完,准备取出样品时将螺栓对立面均匀松开,不允许一次性将任何一个螺栓全松开,那样会损伤上盖与釜体上的密封面。釜体上部设计有2个接口,一个为进液口,一个取样口。其中,进液口与活塞容器相连,为反应液进入釜体的入口,取样口与取样器相连,主要用于收集反应过程中的气态产物。下部设计有1个取样口、1个排液口。其中,取样口与取样器相连,用于收集反应过程中的液态产物,排液口用于实验结束后反应溶液的排出。
取样器材质均为哈氏合金,体积10ml,耐压50MPa。若想分析不同实验阶段反应物和产物的成分变化,可在相应的位置增加取样器的数量。
反应釜体下部封头内,装备有不锈钢轴承,支承着搅拌器,其上部轴端,装有磁钢联轴器,借磁力作用,与封头外的电机的磁钢联轴器相对应,电机的旋转即带动釜内岩心筒旋转(这是考虑样品是散块,如采用常规的搅拌方式会损坏搅拌杆,造成仪器损坏,而且达不到搅拌目的),也即达到搅拌的目的。为保证磁块在高温时不失磁,同时还要保证不锈钢轴承高温时运转时的灵活性,在上法兰至磁钢及不锈钢轴承间设计有散热片。
优选地,控制系统包括温控装置、搅拌速度调节装置、自动泄压装置、加热开关、电源开关等。控制系统上的控制箱外壳采用不锈钢板材制作,从而具有较强的抗腐蚀性。温度控制仪采用PID自整定控制,当温度接近于工作温度时,该控制器对电路进行控制逐步降低加热功率,使温度稳定上升,避免温度上冲;控制面板上安装有速度调节旋钮,可根据实验需要人为设定电机转速;采用安全阀式控制,将安全阀设定到安全压力,当压力过载时,安全阀自动打开泄压,使压力降到工作压力条件下,确保实验的安全和对设备的保护。
进一步,活塞上设有密封圈5’、挡圈4’,挡圈是保护密封圈在高压下不被挤压坏。压帽9’的材质经过2Cr13调质处理,从而增加压帽9’的强度;堵头用轴用挡圈2’固定在压帽9’上。
本发明的各个部件之间的连接通过管阀件连接,管阀件的材料采用哈氏合金材料制作,与测试液体接触的部分,包括注入管线,能耐受PH5-9范围的酸碱,具有较强的抗腐蚀性。
本发明的优点:装置各部件之间的连接,采用哈氏合金材料制作,具有较强的抗腐蚀性;反应釜体与釜盖采用法兰结构形式连接,柔性石墨密封,密封可靠;装置配有电磁推动搅拌桨,可在反应过程中对反应物实施搅拌,加快反应速度;装置配有在线取样器,可实现对反应溶液的在线取样。本发明可供多种物质在50MPa压力和350℃高温高压范围内进行化学反应,活塞容器中活塞、筒体、堵头和反应釜体、取样器等与反应溶液直接接触的部件采用哈氏合金材料制成,具有很强的耐腐蚀性能。装置具有温度、压力预设定和温度、压力过载保护功能,同时配有电磁推动搅拌桨,可在反应过程中对反应物实施搅拌,加快反应速度,另外配有取样器,可实现对反应溶液的在线取样。反应釜系统采用不锈钢保温套,保温效果好,拆卸方便,防水防油,外观漂亮整洁,表面可擦洗。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征在于:所述的反应实验装置包括供气系统、活塞容器(3A)、反应釜系统(4A)和控制系统(5A);
所述供气系统包括高压气瓶(1A)和气体增压泵(2A),通过气体增压泵(2A)将注入反应液体由活塞容器(3A)输送到反应釜系统(4A)内;
所述活塞容器(3A)安装在底座(1’)上,活塞容器(3A)包括活塞(6’)和筒体(7’),筒体(7’)两端装有堵头(8’),堵头(8’)上安装密封圈(3’),筒体两端设置压帽(9’);筒体空腔穿装所述活塞(6’);
所述反应釜系统(4A)包括电机(1)、釜体(18)和取样器;电机(1)固定于电机连接座(2)上,电机(1)通过锁紧螺母(11)、连接法兰(12)与搅拌釜上盖(13)连接,釜体(18)与搅拌釜上盖(13)连接;连接法兰(12)设有轴向通孔,轴向通孔内穿装搅拌杆(9),搅拌杆(9)的一端通过外磁钢固定套(3)、外磁铁(6)和内磁铁(8)与电机(1)连接,搅拌杆(9)的另一端连接岩心筒筒体(21),岩心筒筒体(21)设置于所述釜体内腔;电机带动外磁钢固定套(3),外磁钢固定套内装有外磁铁(6);所述的反应釜系统通过保温套外套保温,保温套包括保温套上盖(16)、釜体下保温套和加热圈(22);
控制系统控制各部件工作。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征在于:所述控制系统包括温控装置、搅拌速度调节装置、自动泄压装置、加热开关和电源开关等。
3.根据权利要求1所述的一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征在于:所述的活塞上设有密封圈(5’)和挡圈(4)’。
4.根据权利要求3所述的一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征在于:所述的压帽(9’)的材质经过2Cr13调质处理,堵头(8’)用轴用挡圈(2’)固定在压帽(9’)上。
5.根据权利要求4所述的一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征在于:所述的搅拌杆(9)通过堵头(4)、密封圈(5)和扶正软垫压帽(15)密封,搅拌杆(9)通过扶正轴承(10)和扶正软垫(14)扶正,所述的搅拌釜上盖(13)与釜体(18)采用釜体密封圈(17)柔性石墨密封,整个反应釜固定在保温套底板(24)上;所述的岩心筒筒体(21)通过岩心筒扶正圈(20)支撑扶正。
6.根据权利要求5所述的一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征在于:所述的保温套上盖(16)是2半用搭扣链接。
7.根据权利要求1或2所述的一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征在于:所述的控制系统上的控制箱外壳采用不锈钢板材制作。
8.根据权利要求7所述的一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征在于:所述的各个部件之间的连接通过管阀件连接,管阀件的材料采用哈氏合金材料制作。
9.根据权利要求8所述的一种高温高压耐腐蚀反应实验装置,其特征在于:所述的温控装置采用PID自整定控制。
10.一种高温高压耐腐蚀反应实验装置上的反应釜系统使用方法,其特征在于:先松开搭扣,将保温套上盖(16)取下,然后卸下反应釜连接法兰(12)上螺母,将反应釜连接法兰(12)取下;用扳手卸下岩心筒筒体(21),在岩心筒筒体内装入实验所用样品;样品安装完毕后将岩心筒筒体(21)在与岩心筒上盖(19)用螺钉联接;再将反应釜连接法兰(12)与釜体(18)用螺栓联接;将保温套上盖(16)装上;关闭反应釜底部连有加长转换接头(29)上的两通阀(26),打开气瓶开关,通过调压阀调整气瓶出口压力;先将活塞容器活塞上筒体内注入一定量实验所需液体,气瓶出口气体分两路,一路经过活塞容器底部,驱动活塞容器上部的液体,将液体注入到反应釜内;注入完毕后关闭注液口阀门,关闭反应釜侧面连有加长接头(28)、公接头(25)上的两通阀(26),接通空气压缩机电源通过空压机来驱动气体增压泵工作,气瓶气体通过增压泵向反应釜内注入,增压到实验所需压力时通过压力传感器自动断开气体增压泵电源,停止增压;关闭注入口阀门,打开控制面板上总电源开关、加热开关,加热圈(22)工作,在控制面板上设置好实验所需温度,再打开反应釜搅拌电机开关,通过调速器调到实验所需速度;当反应釜内部压力超过实验所需压力的时候,安全阀自动泄压;反应釜内部反应一段时间后,可以通过打开反应釜侧面的两通阀(26)取样器(27)取气体的样品,打开底部的两通阀(26),取样器(31)取液体的样品;取样结束后关闭侧面及底部的两通阀(26);如果样品需要到其他仪器上去分析,可以将两通阀(26)关紧,从加长接头(28)和加长转换接头(29)上卸下;样品保存在取样器中带到所分析的场所去;实验结束后通过排液口(30)收集反应釜内部液体,打开反应釜连接法兰(12)上螺母,将反应釜连接法兰(12)取下,清洗反应釜内腔;用扳手卸下岩心筒筒体(21),取出岩心筒筒体内实验所用样品;样品取出后将岩心筒筒体(21)在与岩心筒上盖(19)用螺钉联接;再将反应釜连接法兰(12)与釜体(18)用螺栓联接,以备下次实验使用;取样器使用完毕后也需要进行清洗,以备下次实验使用。
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