CN107290499A - 用于模拟封闭系统水岩反应的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于模拟封闭系统水岩反应的装置。装置包括用于盛放样品的耐压容器、与耐压容器连通的气体加压组件和用于采集耐压容器内的信息的采集组件。使用该装置能更好地模拟地层环境，并保证能够实时监测到数据。

Description

用于模拟封闭系统水岩反应的装置

技术领域

本发明涉及石油地质的储层研究技术领域，具体涉及一种用于模拟封闭系统水岩反应的装置。

背景技术

碳酸盐岩对于成岩作用有强烈的敏感性，碳酸盐岩在地表和埋藏过程中溶蚀形成的次生孔隙和洞穴是重要的油气储集空间。深部含烃碳酸盐岩储层中流体-岩石相互作用受到了相当的关注。但是对于深埋藏环境流体-岩石是如何相互作用的，以及相互作用过程中发生的物质变化和能量变化，还需要通过模拟实验加强了解。

现有的水岩化学作用装置，以模拟流动过程中的水岩反应为主，这样的模拟过程时间长度有限，多为几个小时，不能精细模拟地层条件较长时间如数天乃至数周的水岩作用过程。而且为了模拟超深层储层在埋藏过程中的溶蚀/沉淀过程，对深埋藏环境的封闭条件的模拟也很有必要。封闭地层条件内流体几乎不流动，矿物和流体接触的表面发生反应，矿物发生沉淀/溶解/转化。

其次已有的设计多为针对岩心样进行酸化实验或者渗透率测定，采用的装置多为岩心夹持器。岩心夹持器的内径适用于一定长度的岩心钻样。为了更好的观测水岩反应后岩石表面形貌的变化，观察溶蚀/沉淀对于岩石的改造过程，岩片样品更符合这一研究需求。为了深入研究水岩反应机理，了解不同岩性样品溶解速度的控制因素，探索不同岩性样品在不同pH流体环境、不同温压条件的溶蚀行为，建立反应过程溶液组分的测定和矿物表面变化的关系，需要使用粉末样品完成实验。仅仅使用岩心夹持器不能满足岩片样/粉末样的分析和测试工作。

因此，需要一种用于模拟封闭系统水岩反应的装置以适用于对深埋藏环境封闭条件下较长时间水岩反应的观测。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于模拟封闭系统水岩反应的装置。使用该装置能模拟地下油气藏的深埋藏环境，便于较长时间的水岩反应观测。

根据本发明，提出了一种用于模拟封闭系统水岩反应的装置，包括：

用于盛放样品的耐压容器，

与耐压容器连通的气体加压组件，以及

用于采集耐压容器内的信息的采集组件。

在一个实施例中，采集组件包括温度传感器和pH电化学传感器，并且温度传感器一端和pH电化学传感器的一端均密封式插入到耐压容器的内腔中。

在一个实施例中，温度传感器的插入到耐压容器的内腔中的一端和pH电化学传感器插入到耐压容器的内腔中的一端均临近耐压容器的底壁。

在一个实施例中，pH电化学传感器为铱/氧化铱全固体金属丝电极。

在一个实施例中，耐压容器包括：

耐压容器本体，

设置在耐压容器本体的开口上的端盖，在端盖上设置有连通耐压容器本体的内腔的通孔，

设置在通孔处的密封件，并且，温度传感器一端和pH电化学传感器的一端穿过密封件延伸。

在一个实施例中，密封件与通孔台阶式配合，并且密封件的外端截面尺寸大于内端截面尺寸。

在一个实施例中，在端盖上固定设置安放架，在安放架内设置隔板，并且在隔板和密封件之间设置信号处理件，信号处理件与采集组件连接。

在一个实施例中，安放架构造为箱式，安放架的开口与端盖固定连接，并且隔板设置在安放架的中间位置以分割箱体的内空间。

在一个实施例中，加压组件包括：

与耐压容器连通的气瓶，

在连接气瓶和耐压容器的管线上依次设置的第一阀、加压泵和第二阀。

在一个实施例中，加压组件还包括设置在加压泵和第二阀之间的第一排气阀和第一压力计，和/或在耐压容器上设置有第二压力计和第二排气阀。

与现有技术相比，本发明的优点在于，可以向耐压容器内放入样品，并通过气体加压组件向耐压容器内充入经过压缩的气体，以获得密闭的高压反应环境，从而更好地模拟地层环境。同时，由于设置采集组件，还能保证能够实时监测到水岩反应的试验数据。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的实施例的用于模拟封闭系统水岩反应的装置；

附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的实施例的用于模拟封闭系统水岩反应的装置100。如图1所示，装置100包括耐压容器1、气体加压组件2和采集组件3。其中，耐压容器1用于存放样品，并作为水岩反应的器皿。气体加压组件2用于与耐压容器1连通，以向耐压容器1内输送气体而使耐压容器1内获得密闭的反应环境。采集组件3用于采集耐压容器1内的信息，以实时监测水岩反应的进行状况和水岩反应的试验数据。

由此，在向耐压容器1内放入样品后，可通过气体加压组件2向耐压容器1内充入经过压缩的气体，以获得密闭的高压反应环境，从而更好地模拟地层环境。同时，通过设置采集组件3，还能保证能够实时监测到水岩作用的数据。

耐压容器1可以由耐酸材料制成。例如聚四氟乙烯、不锈钢L316或哈氏合金等材料制成。将耐压容器1作为水岩反应的器具，提高了装置100的使用范围。也就是，耐压容器1不仅适用于岩心样品，同样适用于岩片甚至粉末样品，由此该装置100适用于多种形态的岩石样品。

在一个实施例中，采集组件3包括温度传感器31和pH电化学传感器32。并且温度传感器31的一端和pH电化学传感器32的一端均密封式插入到耐压容器1的内腔中。也就是，温度传感器31的一端设置在耐压容器1的内腔中，以感受耐压容器1内的水岩反应的温度值。而温度传感器31的另一端设置在耐压容器1的内腔外，以将信号传递出去。同理，pH电化学传感器32的一端设置在耐压容器1的内腔中，以检测水岩反应的pH值。而pH电化学传感器32的另一端设置在耐压容器1的内腔外，以将信号传递出去。优选地，温度传感器31的插入到耐压容器1的内腔中的一端临近耐压容器1的底壁。同理地，pH电化学传感器32插入到耐压容器1的内腔中的一端均临近耐压容器1的底壁。通过这种设置可以更适用于耐压容器1内的液体量的变化，同时实时得到水岩反应的反应温度和反应pH值，并获取精确的数据。

在一个优选的实施例中，pH电化学传感器32为铱/氧化铱全固体金属丝电极。这种pH电化学传感器32具有体积小巧而坚固的优点。同时，这种pH电化学传感器32具有较好的机械强度和韧性，信号响应时间短，信号稳定性强。

结构上，耐压容器1包括耐压容器本体11和端盖12。端盖12盖设在耐压容器本体11的开口上，以用于密封耐压容器本体11。并且，在端盖12上设置有连通耐压容器本体11的内腔的通孔13。并在通孔13处设置密封件14，以用于密封耐压容器本体11的内腔。而温度传感器31和pH电化学传感器32均穿过密封件14而延伸，从而避免了耐压容器1漏压的问题。并且，这种结构简单，易于实现。

为了保证端盖12和耐压容器本体11的连接稳定性，在耐压容器本体11的外壁上设置法兰17，并可通过螺栓18将法兰17和端盖12连接。同时，在端盖12和耐压容器本体11之间设置密封圈19，以保证耐压容器1的密封性。

优选地，密封件14与通孔13台阶式配合，并且密封件14的外端截面尺寸大于内端截面尺寸。通过这种设置方便了密封件14与端盖12的组装，同时，提高了耐压容器1的密封效果。

根据本发明，在端盖12上固定设置安放架15。在安放架15内设置隔板16。并且在隔板16和密封件14之间设置信号处理件4。信号处理件4与采集组件3连接，以采集处理并存储采集组件3的信号。通过这种设置达到了实时监控的目的。同时，从结构来讲，通过信号处理件4限定了密封件14的位置。也就是，通过信号处理件4将密封件14压紧在端盖12上，即便耐压容器1的内腔中的压力升高，也能保证耐压容器1的密封性。

安放架15可以构造为箱式结构，其开口处与端盖12固定连接。且安放架15的外壁与隔板16和密封件14共同形成了用于存放信号处理件4的容纳空间。在隔板16和安放架15的底壁之间形成的空间内设置有用于为信号处理件4供电的电池组件5。通过这种设置优化了装置100的外在结构，同时信号处理件4和电池组件5均被设置在安放架15中，有助于保证信号处理件4长时间运行，以满足长时间的试验要求。

加压组件2包括气瓶21、在连接气瓶21和耐压容器1的管线上依次设置的第一阀22、加压泵23和第二阀24、设置在加压泵23和第二阀24之间的第一排气阀25和第一压力计26。同时，在耐压容器1上设置有第二压力计27和第二排气阀28。当需要给压时，关闭第一排气阀25和第二排气阀28，打开第一阀22和第二阀24，由加压泵23向耐压容器1内压入二氧化碳，加压泵23和第二阀24之间的管线压力显示于第一压力计26。通过读取第二压力计27，当加压达到预期压力时，关闭第一阀22和第二阀24，停止向耐压容器1内输入气体。之后，打开第一排气阀25，排出加压泵23与第二阀24间的气体。泄压时，打开第二排气阀28，排出耐压容器1内的剩余压力。

下面根据图1详细描述进行模拟水岩反应的过程。

(1)反应前调试：对于水岩反应的实时多参数监测，首先需要对温度传感器31和pH电化学传感器32进行校准。也就是，温度传感器31和标准温度计在相同溶液中进行标定和校准。pH电化学传感器32在标准pH缓冲溶液中进行标定。标定后将温度传感器31和pH电化学传感器32装配在端盖12上，同时，使得温度传感器31和pH电化学传感器32的一端和采集组件3封装，以确保通过计算机测试温度信号以及pH信号读取畅通。

(2)装样：将岩样粉碎至一定粒度(采用岩片样或者岩心样则不必粉碎)。去离子水浸泡清洗后，在一定温度的烘箱内烘干一定时间。样品称量后记录重量，放置入耐压容器1内。在耐压容器1中加入一定浓度的酸(乙酸、稀硫酸等)，盖上端盖12，确保温度传感器31和pH电化学传感器32都浸泡在液体中。通过螺栓18将耐压容器本体11和端盖12固定。

(3)加压过程：打开二氧化碳(还可以为氮气或其它气体)气瓶21，并打开第一阀22和第二阀24，关闭第一排气阀25和第二排气阀28，由加压泵23向耐压容器1内压入带压二氧化碳气体。从第二压力计27上读取耐压容器1内的气体压力，当达到设定压力值后，关闭第一阀22和第二阀24。打开排气阀19，排出加压泵17和第二进气阀15之间的二氧化碳气体。

(4)反应及监测过程：启动数据采集和记录，温度传感器31监测水岩反应的温度值并且由采集组件3记录并储存数据；pH电化学传感器32监测水岩反应的pH值并且由采集组件3记录并储存数据。实验过程中的数据可通过计算机进行读取。

(5)结束反应并进行数据读取：反应进行完毕后，关闭数据采集和记录。打开第二排气阀28卸压，排出耐压容器1内剩余压力。拧开螺栓18，卸下端盖12，并卸载温度传感器31和pH电化学传感器32。再次标定温度传感器31和pH电化学传感器32。将耐压容器1中的岩样取出后用去离子水清洗，在设定温度的烘箱中烘干后，称量重量。收集实验结束后的水样，酸化后做后续测试。实验中记录的pH数据和温度数据使用计算机读取，进行后续处理。

在本申请中，“外端”指远离耐压容器1的内腔并朝向开口方向的一端，而“内端”是指朝向耐压容器1的内腔方向的一端。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于模拟封闭系统水岩反应的装置，其特征在于，包括：

用于盛放样品的耐压容器，

与所述耐压容器连通的气体加压组件，以及

用于采集所述耐压容器内的信息的采集组件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采集组件包括温度传感器和pH电化学传感器，并且所述温度传感器的一端和所述pH电化学传感器的一端均密封式插入到所述耐压容器的内腔中。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述温度传感器的插入到所述耐压容器的内腔中的一端和所述pH电化学传感器插入到所述耐压容器的内腔中的一端均临近所述耐压容器的底壁。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述pH电化学传感器为铱/氧化铱全固体金属丝电极。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的装置，其特征在于，所述耐压容器包括：

耐压容器本体，

设置在所述耐压容器本体的开口上的端盖，在所述端盖上设置有连通所述耐压容器本体的内腔的通孔，

设置在所述通孔处的密封件，并且，所述温度传感器一端和所述pH电化学传感器的一端穿过所述密封件延伸。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述密封件与所述通孔台阶式配合，并且所述密封件的外端截面尺寸大于内端截面尺寸。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述端盖的外端上固定设置安放架，在所述安放架内设置隔板，并且在所述隔板和所述密封件之间设置信号处理件，所述信号处理件与所述采集组件连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述安放架构造为箱式，所述安放架的开口与所述端盖固定连接，并且所述隔板设置在所述安放架的中间位置以分割所述箱体的内空间。

9.根据权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于，所述加压组件包括：

与所述耐压容器连通的气瓶，

在连接所述气瓶和所述耐压容器的管线上依次设置的第一阀、加压泵和第二阀。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述加压组件还包括设置在所述加压泵和所述第二阀之间的第一排气阀和第一压力计，或/和在所述耐压容器上设置有第二压力计和第二排气阀。