CN110967238A - 用于岩石总有机碳测试的前处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气勘探、烃源岩测试评价技术领域，尤其涉及一种用于岩石总有机碳测试的前处理系统及方法，包括液料加载装置和反应装置，液料加载装置包括移动注液组件、注酸通路和注水通路，移动注液组件具有第一注液口和第二注液口，注酸通路的管道与第一注液口连通，注水通路的管道与第二注液口连通，反应装置包括用于盛放岩石样品的反应容器，移动注液组件位于反应装置的上方，并可沿反应容器的排布方向移动，以使第一注液口和第二注液口对准反应容器。本发明避免在注入蒸馏水时因共用管路导致实际进入岩石样品的蒸馏水中带有管路中残留的酸试剂，避免因同一批岩石样品处理流程不一致而导致的测试误差增大，提高了测试数据的稳定性和重现性。

Description

用于岩石总有机碳测试的前处理系统及方法

技术领域

本发明涉及油气勘探、烃源岩测试技术领域，尤其涉及一种用于岩石总有机碳测试的前处理系统及方法。

背景技术

目前总有机碳(TOC)含量是衡量岩石中有机质丰度的首要指标，也是烃源岩潜力评价的必测基础项目之一。目前国内测定TOC含量依据是GB/T 19145-2003《沉积岩中总有机碳的测定》，该标准的测试原理是用稀盐酸去除样品中的无机碳后，将样品置于高温氧气流中充分燃烧生成CO₂并经红外检测器检测，最终给出总有机碳的含量。其中“用稀盐酸去除无机碳”的过程也被称为“样品前处理”，分为“溶样”、“洗样”、“烘样”等步骤。在实际TOC测定的样品前处理中存在以下问题：①“洗样”流程繁冗，传统的自然渗滤时长约为20～30min/次，而达到“滤液呈中性”的要求则需要清洗20次以上，全程耗费大量人力；②样品前处理过程耗费了近90％的测试时间，而碳硫仪上机测试时间则仅需3～5min/样次，前处理和上机效率的不匹配，导致TOC测试总体效率低下；③“溶样”终点以肉眼判断、无机碳去除程度缺乏定量指标，受测试人员的技术能力和经验影响较大，导致测试数据波动较大。

现有技术中，岩石总有机碳测试样品自动前处理装置实现了前处理过程的自动化、解放了人力，但在提高测试效率和保障数据质量方面仍有待商榷，具体表现在：①由于酸试剂和清洗剂共用同一个转换开关和进液管路(酸/水混注)，所以在加酸完毕后，管路因死体积的存在导致其实际上残留着酸试剂。若此时向样品中执行加水操作，实际上加入的是的酸试剂或者酸水混合液；同时用水顶替酸试剂需要数倍死体积的液体，因此在启动泵水流程时，进入样品中的液体实际是不可控的；同理由水切换为酸时也存在上述问题。这会引入额外的实验误差，造成数据不准确、重复性差等问题。②采用的在透水样品池底部通过加热板的方式加热，一方面透水样品池多为导热性较差的陶瓷材料，升温至目标温度所需时间长；另一方面由于加热板本身不透水，将其置于透水样品池下部，严重制约了清洗阶段的洗涤效率，这两方面均与提高前处理效率、缩短前处理时间相矛盾；③样品托盘上部及周边缺乏有效的密封装置，实际上无法形成负压，对渗透效率没有提升。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现有的岩石总有机碳测试样品自动前处理装置中，酸试剂和蒸馏水共用同一个注液管路，注液管路中残留的酸导致加酸量与加水量的不确定，检测数据误差大、不准确、重复性差，前处理效率低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于岩石总有机碳测试的前处理系统，包括液料加载装置和反应装置，所述液料加载装置包括移动注液组件、注酸通路和注水通路，所述移动注液组件具有第一注液口和第二注液口，所述注酸通路的管道与所述第一注液口连通，所述注水通路的管道与所述第二注液口连通，所述反应装置包括用于盛放岩石样品的反应容器，所述移动注液组件位于所述反应装置的上方，并可沿所述反应容器的排布方向移动，以使所述第一注液口和所述第二注液口对准所述反应容器。

其中，还包括排液装置，所述排液装置包括负压组件，所述反应装置还包括固定槽和滤液仓，所述反应容器安装于所述固定槽内，所述固定槽设置于所述滤液仓内，且所述固定槽底部设有通孔，所述反应容器的底壁通过所述通孔与所述滤液仓连通，所述反应容器的开口与所述滤液仓通过第一密封件连接，所述反应容器的底壁与所述固定槽之间设有第二密封件；所述负压组件与所述滤液仓连通。

其中，所述移动注液组件上还设有CO₂检测器，所述CO₂检测器位于所述反应装置的上方且正对所述反应容器。

其中，所述反应装置还包括加热组件，所述加热组件包括加热部件和循环风口，所述加热部件通过所述循环风口与所述滤液仓连通，所述滤液仓内还设有温度检测器。

其中，所述排液装置包括滤液收集池、离子检测器和废液收集池，所述滤液收集池与所述滤液仓的底部通过管道连接，所述管道上设有泵体，所述离子检测器通过升降组件设置在所述滤液收集池上方，所述滤液收集池与所述废液收集池连通。

其中，所述第一密封件包括第一密封垫、压板和锁紧件，所述第一密封垫铺设于所述反应容器的开口与所述固定槽的槽口上，所述压板压置于所述第一密封垫上，且所述压板与所述滤液仓通过所述锁紧件固定连接；所述第二密封件包括第二密封垫和垫圈，所述第二密封垫设置于所述固定槽的底部，所述反应容器放置于所述第二密封垫上，所述垫圈位于所述反应容器与所述第二密封垫之间，所述第二密封垫与所述垫圈接触的底面为由外侧向中心逐渐向下倾斜的斜面。

其中，所述移动注液组件包括机械臂和导轨，所述导轨沿所述反应容器的排布方向延伸设置，所述机械臂与所述导轨连接，且可沿所述导轨移动，所述第一注液口、所述第二注液口和所述CO₂检测器均设置于所述机械臂上。

其中，所述注酸通路包括酸试剂瓶和第一注射泵，所述第一注射泵通过第一阀体与所述酸试剂瓶连通，所述第一注射泵还通过管路与所述第一注液口连通，所述注水通路包括水试剂瓶和第二注射泵，所述第二注射泵通过第二阀体与所述水试剂瓶连通，所述第二注射泵还通过管路与所述第二注液口连通。

其中，还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述液料加载装置、所述反应装置、所述排液装置的运行。

本发明还提供了一种用于岩石总有机碳测试的前处理方法，包括：

(1)溶样：

通过移动注液组件带动注酸通路移动将酸试剂注入盛放有岩石样品的坩埚内；

通过加热组件对坩埚进行加热，直至滤液仓内的温度达到预设溶样温度；

通过移动注液组件带动CO₂检测器移动对坩埚上方的CO₂气体浓度进行检测，若CO₂气体浓度大于设定CO₂气体浓度阈值，则再次向反应容器内注酸，直至所有坩埚上方的CO2气体浓度小于或等于设定CO₂气体浓度阈值；

(2)洗样：

溶样过程结束后，通过移动注液组件带动注水通路移动将蒸馏水注入盛放有岩石样品的坩埚内；

通过负压组件使滤液仓形成负压，滤液流入滤液收集池；

通过离子检测器对滤液收集池的滤液进行离子浓度检测，若离子浓度大于设定离子浓度阈值，则再次向反应容器内注蒸馏水，直至滤液的离子浓度小于或等于设定离子浓度阈值；

滤液收集池的滤液排入废液收集池；

(3)烘样：

洗样过程结束后，通过加热组件再次对坩埚进行加热，在预设干燥温度下对岩石样品进行干燥，直至岩石样品完全干燥。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明实施例的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，反应容器中盛放岩石样品，液料加载装置提供相互独立的注酸通路和注水通路，以及在移动注液组件上独立设置的第一注液口和第二注液口，移动注液组件可在反应装置上方移动，第一注液口与第二注液口均对准反应容器的开口，因此酸试剂可通过注酸通路和第一注液口注入反应容器内，岩石样品中的无机碳遇酸试剂形成CO₂气体排出，再将蒸馏水通过注水通路和第二注液口注入反应容器内，岩石样品反应中残余的酸试剂清洗冲出，以此实现岩石样品中总有机碳检测的前处理。酸试剂和蒸馏水分别通过两条通路输送进入反应容器，解决了现有技术中酸试剂与清洗剂混注的问题，避免在注入蒸馏水时因共用管路导致实际进入岩石样品的蒸馏水中带有管路中残留的酸试剂，导致实际加入岩石样品中的酸量和水量不可控制，进而引起同一批岩石样品因处理流程不一致而引入额外的误差，造成数据不准确、重复性差的问题。本发明实现了高效地去除沉积岩中无机碳这一过程，同时提高了测试数据的稳定性。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例用于岩石总有机碳测试的前处理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例用于岩石总有机碳测试的前处理系统的移动注液组件的结构示意图。

图中：1、液料加载装置；2、反应装置；3、排液装置；4、第一密封件；5、第二密封件；6、控制装置；7、引流棒；8、复位槽；11、移动注液组件；12、注酸通路；13、注水通路；21、反应容器；22、固定槽；23、滤液仓；24、加热组件；25、温度检测器；31、负压组件；32、滤液收集池；33、离子检测器；34、废液收集池；35、泵体；36、升降组件；41、第一密封垫；42、压板；43、锁紧件；51、第二密封垫；52、垫圈；61、温控面板；62、压力控制面板；111、第一注液口；112、第二注液口；113、CO₂检测器；114、机械臂；115、导轨；121、酸试剂瓶；122、第一注射泵；123、第一阀体；131、水试剂瓶；132、第二注射泵；133、第二阀体；241、加热部件；242、循环风口；611、数显屏幕；612、应急开关；621、负压调节阀；622、负压表；623、应急开关。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，包括液料加载装置1和反应装置2，液料加载装置1包括移动注液组件11、注酸通路12和注水通路13，移动注液组件11具有第一注液口111和第二注液口112，注酸通路12的管道与第一注液口111连通，注水通路13的管道与第二注液口112连通，反应装置2包括用于盛放岩石样品的反应容器21，移动注液组件11位于反应装置2的上方，并可沿反应容器21的排布方向移动，以使第一注液口111和第二注液口112对准反应容器21。

本发明实施例的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，反应容器中盛放岩石样品，液料加载装置提供相互独立的注酸通路和注水通路，以及在移动注液组件上独立设置的第一注液口和第二注液口，移动注液组件可在反应装置上方移动，第一注液口与第二注液口均对准反应容器的开口，因此酸试剂可通过注酸通路和第一注液口注入反应容器内，岩石样品中的无机碳遇酸试剂形成CO₂气体排出，再将蒸馏水通过注水通路和第二注液口注入反应容器内，岩石样品反应中残余的酸试剂清洗冲出，以此实现岩石样品中总有机碳检测的前处理。酸试剂和蒸馏水分别通过两条通路输送进入反应容器，解决了现有技术中酸试剂与清洗剂混注的问题，避免在注入蒸馏水时因共用管路导致实际进入岩石样品的蒸馏水中带有管路中残留的酸试剂，实际加入岩石样品中的酸量和水量不可控制，导致同一批岩石样品处理流程不一致，引入额外的误差，造成数据不准确、重复性差的问题。本发明实现了高效地去除沉积岩中无机碳这一过程，同时提高了测试数据的稳定性。

其中，本发明实施例的用于岩石总有机碳测试的前处理系统还包括排液装置3，排液装置3包括负压组件31，反应装置2还包括固定槽22和滤液仓23，反应容器21安装于固定槽22内，固定槽22设置于滤液仓23内，且固定槽22底部设有通孔，反应容器21的底壁通过通孔与滤液仓23连通，反应容器21的开口与滤液仓23通过第一密封件4连接，反应容器21的底壁与固定槽22之间设有第二密封件5；负压组件31与滤液仓23连通。

本实施例中，蒸馏水加入到反应容器中，岩石样品中残余的酸试剂混合蒸馏水形成滤液，滤液在重力作用下依次透过反应容器的底部和固定槽底部的通孔下渗至滤液仓内。在重复加水过程中，某些低密度岩石样品会漂浮在液面上，或者随水沿着反应容器的内壁爬升(这个高度是高于液面的，因为水对反应器内壁的润湿性所致)，需要预留出一定的高度；而反应器岩石样品位置过高则会导致潜在风险：一是岩石样品沿反应器上沿溢出导致岩石样品损失；二是后续测试中反应容器上部岩石样品的燃烧程度不如下部岩石样品，而总有机碳测定必须保证岩石样品充分燃烧。这两个风险均会影响总有机碳测试的数据质量、甚至导致整个测试失败。所以为控制反应容器中的样品高度，需要每次加入的水在该加水周期内尽量渗滤完全，因此除了严格控制每次的加水量外，还需启动负压组件，在为反应容器内的液体向滤液仓中渗滤的过程提供负压，加速液体的渗滤，提高效率。本实施例中，负压组件采用真空泵和真空管路，真空泵通过真空管路与滤液仓连通，启动真空泵，通过真空管路使滤液仓形成负压，本实施例中，由于单次加液量少，反应容器的容积有限与液面高度的限制，一般单次加液量不超过2mL，加之反应容器的渗滤阻力，实际渗滤出的液体量不仅少，而且慢，更多地是以水膜形式渗出，难以形成水滴或水柱顺利流出，因此固定槽的通孔处还设置引流棒7，起到为滤液导流并加速滤液流动至滤液仓的作用。

本实施例中，为保证负压组件在对滤液仓的有效作用，在反应容器的上部及周边设置有效的密封，确保在负压组件运作时负压环境的良好形成，提升渗透效率。因此，反应容器的底部与固定槽之间通过第一密封件密封，反应容器的顶部开口与滤液仓之间通过第二密封件密封，以此将固定槽的槽口以及槽底通孔处使滤液仓与外界连通的所有位置实现密封，保证滤液仓内部的负压环境形成。

本实施例中，反应容器采用预煅烧处理过的TOC专用坩埚，滤液仓采用锥形滤液仓，便于由反应容器中渗出的滤液汇聚排出。

其中，移动注液组件11上还设有CO₂检测器113，CO₂检测器113位于反应装置2的上方且正对反应容器21。移动注液组件位于反应装置的上方，随着移动注液组件的移动，注酸通路通过第一注液口向反应容器内注入酸试剂，岩石样品与酸试剂反应一段时间后，移动注液组件再次移动，带动其上的CO₂检测器移动至反应容器的正上方，且靠近反应容器的开口，以实时检测反应容器内岩石样品与酸试剂反应后释放的CO₂气体的浓度，若岩石样品上方的CO₂气体浓度大于设定阈值，则说明岩石样品与酸试剂未反应完全，此时注酸通路通过第一注液口再次向反应容器内注入酸试剂，重复加酸过程，直至岩石样品上方的CO₂气体浓度小于或等于设定阈值。

其中，反应装置2还包括加热组件24，加热组件24包括加热部件241和循环风口242，加热部件241通过循环风口242与滤液仓23连通，滤液仓23内还设有温度检测器25。加热组件负责实现滤液仓内反应区域的均匀家人及恒温保持和后续样品干燥。本实施例中，热风扇及加热块组成加热部件，在注酸通路向反应容器内注酸试剂后，热风扇出风经过加热块加热后，将热量通过循环风口吹入滤液仓内，对固定槽内的反应容器进行热空气浴循环加热，当滤液仓内的温度检测器检测达到设定温度时，加热部件控制加热温度使滤液仓内温度保持，进入恒温模式，在恒温条件下发生岩石样品与酸试剂反应释放CO₂气体。在注水通路向反应容器内多次注蒸馏水，完成对岩石样品的清洗后，加热组件再次自动开启，将滤液仓内温度调控至设定干燥温度，对样品进行完全干燥。

本实施例采用的热风扇与加热块，通过循环封口对滤液仓进行热空气浴循环加热，相较于现有技术应用加热板在陶瓷材料的透水样品池下方加热的方式，升温更加迅速，且本发明代替了加热板，避免了由于加热板本身不透水，将其置于透水样品池下部，严重制约了清洗阶段的洗涤效率的问题，因此提高了前处理效率并且缩短前处理所需时间。在其它实施例中，加热组件也可采用其他加热形式，不妨碍反应容器和固定槽透水，保证升温快速稳定即可，例如水浴加热或增设加热棒等发热体加热。

其中，排液装置3包括滤液收集池32、离子检测器33和废液收集池34，滤液收集池32与滤液仓23的底部通过管道连接，管道上设有泵体35，离子检测器33通过升降组件36设置在滤液收集池32上，滤液收集池32与废液收集池34连通。排液装置负责终点识别指标的收集和实时监测，为仪器自动化流程提供判别依据，并统一收集实验废液。本实施例中，每个清洗周期的滤液由泵体加速，由滤液仓的底部沿管道流入滤液收集池，在滤液收集池中进行pH值、Cl^-离子浓度或电导率等其它参数检测。本实施例中，离子检测器可采用pH检测器或Cl^-检测器，升降组件采用夹持器和自动升降轨道，夹持器固定着pH检测器/Cl^-检测器在自动升降轨道升降运动，反复进入滤液收集池对滤液进行pH值或Cl^-离子浓度检测，直至pH值或Cl^-离子浓度小于或等于设定阈值时，认为达到清洗终点，此时注水通路不再反应容器内进行循环注水流程。检测完成后，滤液经排废管进入废液收集池。

由于后续上机的“碳硫分析仪”型号配置差异，对于配有卤元素吸收塔的，推荐用pH检测器，可以进一步缩短样品处理时间；对于没有配备卤元素吸收塔的，推荐用Cl^-检测器，可以去除绝大部分可溶氯化物，避免其在高温空气中产生酸性气体导致的“碳硫分析仪”管路锈蚀，还可避免对检测器可能产生的干扰。pH检测和Cl^-检测可根据用户需求进行设定。Cl^-检测的优势在于：①比pH检测的溶液中H⁺离子浓度更低；②极大地降低溶液中氯化物的含量，避免后续测定时氯化物高温分解产生大量HCl导致的对后续检测仪器的管路腐蚀，保护后续设备；同时防止对检测器可能的干扰，提高检测结果精确度等。

其中，第一密封件4包括第一密封垫41、压板42和锁紧件43，第一密封垫41铺设于反应容器21的开口与固定槽22的槽口上，压板42压置于第一密封垫41上，且压板42与滤液仓23通过锁紧件43固定连接；第二密封件5包括第二密封垫51和垫圈52，第二密封垫51设置于固定槽22的底部，反应容器21放置于第二密封垫51上，垫圈52位于反应容器21与第二密封垫51之间，第二密封垫51与垫圈52接触的底面为由外侧向中心逐渐向下倾斜的斜面。第一密封件与第二密封件的设置，可最大程度在保证滤液仓环境密封性的情况下，提高反应容器选择的灵活性以及生产实践中的适应性。第二密封件的第二密封垫为弹性坐封垫，弹性坐封垫与反应容器配合的表面呈锥面，能够适应不同的反应容器外径，弹性坐封垫与反应容器的底面之间设置环形垫圈组，用于调节反应容器的高度，是反应容器与滤液仓的顶面尽量齐平。第一密封件的第一密封垫为弹性密封垫，坐封后的反应容器的开口处与其周围固定槽的槽口处设置弹性密封垫，在所有弹性密封垫的上方放置刚性压实板，并在刚性压实板的边缘用锁紧件将其与滤液仓紧固。

本实施例中，由于反应容器的外径小于固定槽的内径，所以在反应容器与固定槽之间存在间隙，为了保证滤液仓以及固定槽与反应容器之间的气密性，设置第一密封件，将固定槽与反应容器之间的间隙与外界隔绝，将滤液仓内部空间与外界隔绝，设置第二密封件，将固定槽与反应容器之间的间隙与滤液仓内部空间隔绝，实现最佳密封效果，保证后续滤液仓内负压环境的形成。

其中，移动注液组件11包括机械臂114和导轨115，导轨115沿反应容器21的排布方向延伸设置，机械臂114与导轨115连接，且可沿导轨115移动，第一注液口111、第二注液口112和CO₂检测器113均设置于机械臂114上。本实施例中，机械臂在导轨上并沿导轨移动，导轨沿反应容器的排布方向延伸设置，机械臂位于反应容器上方，第一注液口、第二注液口和CO₂检测器均设置于机械臂与反应容器靠近的表面上。本实施例中，滤液仓内固定槽成矩形阵列排布，每列5个固定槽，每个固定槽内均装有反应容器，械臂上也相应的设置5个第一注液口、5个第二注液口和5个CO₂检测器。

注酸过程中，通过机械臂搭载的注酸通路的管路集对一列5个反应容器注入设定体积的酸试剂，其它列的反应容器通过机械臂在导轨上自右向左运动依次加入酸试剂，全部反应容器内加酸完毕后，机械臂返回复位槽8。

等待反应容器内岩石样品与酸试剂反应经过一定时间后，机械臂再次运动至一列5个反应容器上方，CO₂检测器正对反应容器的开口，检测该列反应容器内生成的CO₂气体浓度，若某个反应器上方的CO₂气体浓度大于设定阈值，则说明该反应容器内岩石样品与酸试剂未反应完全，此时注酸通路通过该反应容器对应的第一注液口再次向该反应容器内注入酸试剂，重复加酸过程，直至该反应容器上方的CO₂气体浓度小于或等于设定阈值，则机械臂移动至下一列反应容器进行CO₂气体浓度检测，检测完毕后，机械臂返回复位槽8。

注水过程中，通过机械臂搭载的注水通路的管路集对一列5个反应容器注入设定体积的蒸馏水，其它列的反应容器通过机械臂在导轨上自右向左运行依次加入蒸馏水清洗，由于每个反应容器内的岩石样品需要数十遍以上的洗涤，负压可保证在一个加水周期内，第1列的水已渗滤完全，从而实现液面始终控制在反应容器内部高度的2/3以下。为了缩短岩石样品处理时间，当机械臂自右向左依次完成所有反应容器的注水工作时，自动从右数第1列开始重复加第2遍蒸馏水、第3遍蒸馏水……直至达到清洗终点，机械臂返回复位槽8。

其中，注酸通路12包括酸试剂瓶121和第一注射泵122，第一注射泵122通过第一阀体123与酸试剂瓶121连通，第一注射泵122还通过管路与第一注液口111连通，注水通路13包括水试剂瓶131和第二注射泵132，第二注射泵132通过第二阀体133与水试剂瓶131连通，第二注射泵132还通过管路与第二注液口112连通。本实施例中，酸试剂与蒸馏水分别装入酸试剂瓶和水试剂瓶，并一同置于试剂槽中，酸试剂瓶通过软管依次连接第一阀体和第一注射泵，水试剂瓶通过软管依次连接第二阀体和第二注射泵。本实施例中，第一阀体与第二阀体均采用六通阀。第一注射泵通过六通阀吸入酸试剂，切换六通阀并将酸试剂通入机械臂搭载的注酸通路的管路集中；第二注射泵通过六通阀吸入蒸馏水，切换六通阀并通过机械臂搭载的注水通路的管路集中，以此形成完全独立的两条注液通路。多通阀保证了每个岩石样品加酸、加水的相对独立性，实现了精确控制加液量，并避免了不同岩石样品间的交叉干扰。

其中，本发明实施例用于岩石总有机碳测试的前处理系统还包括控制装置6，控制装置6用于控制液料加载装置1、反应装置2、排液装置3的运行。本实施例中，所有硬件的自动化流程既可通过独立的外接软件进行控制，也可通过嵌入式控制面板加以控制，根据岩石样品性质编辑或导入“溶样”、“洗样”、“烘样”等子流程，系统各个装置进入待机/就绪状态，启动自动控制程序，装置将进行开机自检。

本实施例的控制装置6包括温控面板61和压力控制面板62，温控面板61包括数显屏幕611和应急开关612，用于控制加热组件工作，控制加热组件自动开始加热，设定及实时温度同时在数显屏幕上显示，应急开关为安全应急措施，当安全警报响起后由人工关闭加热组件。压力控制面板62包括负压调节阀621、负压表622和应急开关623，用于控制负压组件工作，滤液仓内的负压程度通过压力控制面板上的负压调节阀控制，并由负压表实时显示负压值，监测处理过程中的密封状态。负压并非越大越好，由于岩石样品粒径、反应容器致密程度的不同，一味的增加负压可能导致岩石样品透过反应容器底部造成样品损失，对测试结果带来不良影响。因此对于不同的岩石样品粒径、不同致密程度的反应容器，需要将滤液仓内调整真空度到一个合适的范围。应急开关为安全应急措施，当安全警报响起后由人工关闭负压组件，控制装置还可通过软件控制滤液检测时机，即控制离子检测器的工作。前处理完毕后，控制装置控制系统自动清洗所有管路，之后进入待机状态，并提示处理完成。自动控制所涉及的计算机程序和指令均为由现有技术可获得的，本发明实施例不再赘述。

本发明实施例还提供了用于岩石总有机碳测试的前处理方法，包括：

S1，岩石样品准备及固定：

①称取规定粒度和质量的岩石样品放入反应容器中，将装有岩石样品的反应容器放置于固定槽内；

②第二密封件置于反应容器下方用于调节反应容器在固定槽内的高度，使之与固定槽槽口处的第一密封件匹配；

③坐封后的反应容器的开口处依次加第一密封垫和压板，并在压板的边缘用锁紧件紧固，完成自动处理的前序工作。

S2，试剂准备与仪器自检：

①将准备好的酸试剂和蒸馏水分别装入酸试剂瓶和水试剂瓶，并一同置于试剂槽中，用连接软管连接酸试剂瓶和对应的六通阀和第一注射泵，用连接软管连接水试剂瓶和对应的六通阀和第二注射泵；

②启动自动控制程序，系统将进行开机自检；根据岩石样品性质编辑或导入“溶样”、“洗样”、“烘样”等子流程，系统进入待机/就绪状态。

S3，自动“溶样”过程：

①通过移动注液组件带动注酸通路移动将酸试剂注入盛放有岩石样品的坩埚内；第一注射泵通过六通阀吸入酸试剂瓶内的酸试剂，切换六通阀并通过机械臂搭载的注酸通路的管路集对一列反应容器泵注设定体积的酸试剂；其它列的反应容器通过机械臂在导轨上自右向左运行依次加入酸试剂；所有反应容器全部加酸完毕后，机械臂返回复位槽；

②通过加热组件对坩埚进行加热，直至滤液仓内的温度达到预设溶样温度；温控面板自动开始加热，设定及实时温度同时在数显屏幕上显示；加热组件将热量通过循环风口对滤液仓内部进行热空气浴循环加热，当温度传感器达到预设溶样温度时进入恒温模式；

③通过移动注液组件带动CO₂检测器移动对坩埚上方的CO₂气体浓度进行检测，若CO₂气体浓度大于设定CO₂气体浓度阈值，则再次向反应容器内注酸，直至所有坩埚上方的CO2气体浓度小于或等于设定CO₂气体浓度阈值；岩石中的无机碳与酸试剂在恒温条件下发生反应释放CO₂气体，CO₂检测器则实时检测岩石样品位上方的CO₂气体浓度，若某反应容器内岩石样品位上方的CO₂气体浓度大于设定CO₂气体浓度阈值，则说明岩石样品与酸试剂未反应完全，此时机械臂会再次重复上述加酸过程，直至所有岩石样品上方的CO₂气体浓度小于等于设定CO₂气体浓度阈值，认为“溶样”过程完毕。

S4，自动“洗样”过程：

①溶样过程结束后，通过移动注液组件带动注水通路移动将蒸馏水注入盛放有岩石样品的坩埚内；第二注射泵通过六通阀吸入水试剂瓶中的蒸馏水，切换六通阀并通过机械臂搭载的注水通路的管路集对一列反应容器泵注设定体积的蒸馏水；其它列的反应容器通过机械臂在导轨上自右向左运行依次加入蒸馏水清洗。由于每个岩石样品需要数十遍以上的洗涤，为了缩短样品处理时间，当机械臂自右向左依次加完所有反应容器时，自动由右数第一列开始重复加第二遍蒸馏水、第三遍蒸馏水……直至达到清洗终点；

②通过负压组件使滤液仓形成负压，滤液流入滤液收集池；在重复加水过程中，为避免反应容器中的水过多而溢出，需要每次加入的水在该加水周期内尽量渗滤完全，因此除了控制每次的加水量外，还需启动负压组件以加速渗滤。启动真空泵，通过真空管路使滤液仓形成负压，负压程度通过压力控制面板上的负压调节阀控制，并由负压表实时显示负压值；同时引流棒会起到加速滤液流动的作用。

③通过离子检测器对滤液收集池的滤液进行酸碱度检测，若酸碱度大于设定酸碱度阈值，则再次向反应容器内注蒸馏水，直至滤液的酸碱度小于或等于设定酸碱度阈值时；泵体加速进入滤液收集池，在滤液收集池中进行pH值或Cl^-离子浓度检测；夹持器固定着pH检测器/Cl^-检测器在自动升降轨道上由软件控制滤液检测时机，直至pH值或Cl^-离子浓度小于等于设定酸碱度阈值时，认为达到清洗终点，此时第二注射泵不再进行循环加水流程，机械臂返回复位槽；

④滤液收集池的滤液排入废液收集池；检测完的滤液经排废管进入废液收集池。

S5，自动“烘样”过程：

①洗样过程结束后(达到清洗终点后)，通过加热组件再次对坩埚进行加热，在预设干燥温度下对岩石样品进行干燥，直至岩石样品完全干燥。

S6，关机：

①完成上述处理步骤后，系统自动清洗所有管路，之后进入待机状态；并提示实验完成；

②需要人工将pH检测器/Cl^-检测器放入保护液中，以保障检测器灵敏度、延长检测器寿命。

具体用于岩石总有机碳测试的前处理方法的实施例如下：

S1，①将黑色页岩粉碎成80～140目，混样分样均匀后编号LZZ。TOC专用坩埚经1000℃～1200℃煅烧不少于2小时，在干燥皿中冷却后待用。称取40份LZZ样品分别放入40个TOC专用坩埚，每份样品约80mg。②用不锈钢材质的镊子将40个盛有样品的坩埚分别放入仪器40个样品位中，由于本次采用的是标准尺寸坩埚，无需加环形垫圈组。③坐封后的坩埚上部依次加弹性密封垫、刚性压实板，并用锁紧装置紧固。

S2，①本实验所用的酸试剂是用分析纯盐酸按HCl:H₂O＝1:7(体积比)配置而成，盛放在酸试剂瓶中，并将连接软管插入试剂瓶底部；同理将蒸馏水盛放在水试剂瓶中，并将另一根连接软管插入试剂瓶底部(仪器本身已将两根连接软管分别通过六通阀连接相应的注射泵，无需额外操作)。②开机自检，分别设置“溶样”“洗样”“烘样”控制流程。

S3，“溶样”流程设置：每个样品的加酸体积为2mL，在5s内加完；反应温度为60℃；CO₂气体浓度检测持续时间为10s，阈值设定为20ppm。

S4，“洗样”流程设置：每个样品的加水体积为2mL，在5s内加完；真空度设定为0.09MPa；Cl^-离子浓度检测持续时间为20s，阈值设定为20ppm。

S5，“烘样”流程设置：设置烘样温度为60℃。

S6，关机；取下Cl^-检测器放入保护液中，下次使用时取出。

测试结果对比

(1)处理效率：达到本实验清洗效果([Cl-]≤20ppm)共需清洗50遍样品，传统的手动法约每30min清洗一遍、连续清洗时间达25小时；本发明无需人工看管，单批处理时间约为6小时，用时不到手动法的25％，处理效率显著提升。

(2)数据质量：手动法测得TOC平均值为0.52％，数据极差为0.21％，相对标准偏差RSD为9.37％；本发明测得TOC平均值为0.50％，数据极差为0.06％，相对标准偏差RSD为2.61％，测试数据质量明显提升。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于岩石总有机碳测试的前处理系统，其特征在于：包括液料加载装置和反应装置，所述液料加载装置包括移动注液组件、注酸通路和注水通路，所述移动注液组件具有第一注液口和第二注液口，所述注酸通路的管道与所述第一注液口连通，所述注水通路的管道与所述第二注液口连通，所述反应装置包括用于盛放岩石样品的反应容器，所述移动注液组件位于所述反应装置的上方，并可沿所述反应容器的排布方向移动，以使所述第一注液口和所述第二注液口对准所述反应容器。

2.根据权利要求1所述的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，其特征在于：还包括排液装置，所述排液装置包括负压组件，所述反应装置还包括固定槽和滤液仓，所述反应容器安装于所述固定槽内，所述固定槽设置于所述滤液仓内，且所述固定槽底部设有通孔，所述反应容器的底壁通过所述通孔与所述滤液仓连通，所述反应容器的开口与所述滤液仓通过第一密封件连接，所述反应容器的底壁与所述固定槽之间设有第二密封件；所述负压组件与所述滤液仓连通。

3.根据权利要求2所述的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，其特征在于：所述移动注液组件上还设有CO₂检测器，所述CO₂检测器位于所述反应装置的上方且正对所述反应容器。

4.根据权利要求3所述的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，其特征在于：所述反应装置还包括加热组件，所述加热组件包括加热部件和循环风口，所述加热部件通过所述循环风口与所述滤液仓连通，所述滤液仓内还设有温度检测器。

5.根据权利要求2所述的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，其特征在于：所述排液装置包括滤液收集池、离子检测器和废液收集池，所述滤液收集池与所述滤液仓的底部通过管道连接，所述管道上设有泵体，所述离子检测器通过升降组件设置在所述滤液收集池上方，所述滤液收集池与所述废液收集池连通。

6.根据权利要求2所述的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，其特征在于：所述第一密封件包括第一密封垫、压板和锁紧件，所述第一密封垫铺设于所述反应容器的开口与所述固定槽的槽口上，所述压板压置于所述第一密封垫上，且所述压板与所述滤液仓通过所述锁紧件固定连接；所述第二密封件包括第二密封垫和垫圈，所述第二密封垫设置于所述固定槽的底部，所述反应容器放置于所述第二密封垫上，所述垫圈位于所述反应容器与所述第二密封垫之间，所述第二密封垫与所述垫圈接触的底面为由外侧向中心逐渐向下倾斜的斜面。

7.根据权利要求4所述的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，其特征在于：所述移动注液组件包括机械臂和导轨，所述导轨沿所述反应容器的排布方向延伸设置，所述机械臂与所述导轨连接，且可沿所述导轨移动，所述第一注液口、所述第二注液口和所述CO₂检测器均设置于所述机械臂上。

8.根据权利要求1所述的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，其特征在于：所述注酸通路包括酸试剂瓶和第一注射泵，所述第一注射泵通过第一阀体与所述酸试剂瓶连通，所述第一注射泵还通过管路与所述第一注液口连通，所述注水通路包括水试剂瓶和第二注射泵，所述第二注射泵通过第二阀体与所述水试剂瓶连通，所述第二注射泵还通过管路与所述第二注液口连通。

9.根据权利要求2所述的用于岩石总有机碳测试的前处理系统，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述液料加载装置、所述反应装置、所述排液装置的运行。

10.一种用于岩石总有机碳测试的前处理方法，其特征在于，包括：

(1)溶样：

通过移动注液组件带动注酸通路移动将酸试剂注入盛放有岩石样品的坩埚内；

通过加热组件对坩埚进行加热，直至滤液仓内的温度达到预设溶样温度；

通过移动注液组件带动CO₂检测器移动对坩埚上方的CO₂气体浓度进行检测，若CO₂气体浓度大于设定CO₂气体浓度阈值，则再次向反应容器内注酸，直至所有坩埚上方的CO₂气体浓度小于或等于设定CO₂气体浓度阈值；

(2)洗样：

溶样过程结束后，通过移动注液组件带动注水通路移动将蒸馏水注入盛放有岩石样品的坩埚内；

通过负压组件使滤液仓形成负压，滤液流入滤液收集池；

通过离子检测器对滤液收集池的滤液进行离子浓度检测，若离子浓度大于设定离子浓度阈值，则再次向反应容器内注蒸馏水，直至滤液的离子浓度小于或等于设定离子浓度阈值；

滤液收集池的滤液排入废液收集池；

(3)烘样：

洗样过程结束后，通过加热组件再次对坩埚进行加热，在预设干燥温度下对岩石样品进行干燥，直至岩石样品完全干燥。

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