CN117054617A - 一种高温高压酸岩反应速率测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高压酸岩反应速率测定装置，属于岩石性能测定技术领域，包括反应釜，反应釜配套设置温度计、压力表、取样机构、加热设备、稳压机构以及用于带动反应釜内岩芯转动的旋转机构，岩芯背对旋转机构的侧面为反应壁面、其余侧面设置隔离层，本装置还包括与岩芯以可拆卸方式连接的岩芯帽和与岩芯帽转动连接的伸缩机构，本发明通过伸缩机构带动岩芯帽移动，当岩芯帽与岩芯连接时反应壁面与反应釜中流体隔离，当岩芯帽与岩芯分离时反应壁面与反应釜中流体接触，从而能够临时隔离岩芯和酸液，使得岩芯和酸液可以在同一个高温高压容器同步升温，不再需要为岩芯、酸液分别设置高温高压加热系统，从而降低了装置的成本。
Description
技术领域
本发明涉及岩石性能测定技术领域，尤其涉及研究酸岩反应力动力学的实验装置，具体为一种高温高压酸岩反应速率测定装置。
背景技术
酸压是碳酸盐岩储层增储上产的有效技术之一。酸岩反应动力学的实验研究是酸压技术的重要组成部分，其为分析酸岩反应规律、评价酸液体系及进行酸压设计模拟的提供关键参数。
目前，高温高压酸岩反应速率测定装置是研究酸岩反应动力学的常用实验装置。此类装置有很多，比如曾晓慧等人于2004年全国水动力学研讨会上发表的名称为《酸岩反应动力学试验研究》的论文中便公开了一种酸岩反应试验装置，公开号为CN104007232A的专利中也公开了一种自动控制的酸岩反应动力学参数实验装置，此类装置均包括反应釜和储酸罐，使用时，先将岩芯安装在反应釜中并在储酸罐中加入酸液，然后分别将酸液、岩芯加压后再加热至预设温度，最后将加热至预设温度的酸液加入反应釜中，使其与岩芯接触反应，通过测定酸液的浓度变化、岩芯质量变化等参数来确定反应速率。由于酸液与岩芯接触后就开始反应，所以此类装置将酸液、岩芯分别在高压条件下单独加热，然后再混合，混合后即开始计算反应时间以便获得酸岩在特定温度、压力条件下的反应速率，因而需要两个耐腐蚀的高温高压容器并分别配设加热系统，预热过程中需要同时监测两个高压容器的升温情况，使得整个实验装置成本高、操作繁琐。
发明内容
为了解决上述问题中的至少一个，本发明提供了一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其通过可拆卸的岩芯帽临时隔离岩芯和酸液，使得岩芯和酸液可以在同一个高温高压容器同步升温，拆卸岩芯帽后岩芯与酸液即开始反应，从而降低了装置的成本。
本发明的具体方案如下：
一种高温高压酸岩反应速率测定装置，包括反应釜，反应釜配套设置用于测定反应釜内温度的温度计、用于测定反应釜内压力的压力表、用于获取反应釜内液体样品的取样机构、用于对反应釜内物体加热的加热设备、用于控制反应釜内压力的稳压机构、用于带动反应釜内岩芯转动的旋转机构，岩芯的周侧面和正对旋转机构的侧面均设置隔离层，使得这两个壁面不会与酸液接触反应，岩芯背对旋转机构的侧面为反应壁面，其与酸液接触后开始反应，本装置还包括：
与岩芯以可拆卸方式连接的岩芯帽，且当岩芯帽与岩芯连接时反应壁面与反应釜中流体隔离，当岩芯帽与岩芯分离时反应壁面与反应釜中流体接触；
沿旋转机构的旋转轴轴向伸缩的伸缩机构，伸缩机构的一端与反应釜固定连接、另一端与岩芯帽转动连接，用于带动岩芯帽沿旋转机构的旋转轴轴向移动，以使得岩芯帽与岩芯连接或分离；
用于向反应釜中补充酸液的补液机构。
作为本发明的一种具体实施方式，所述岩芯帽为帽状，且所述岩芯帽的环形周侧壁内壁设置具有弹性的密封层。
进一步，所述密封层朝向岩芯帽开口端的一侧的内壁为喇叭口状。
作为本发明的一种具体实施方式，所述岩芯帽为平面结构，所述岩芯帽正对所述反应壁面的一侧设置具有弹性的密封层。
进一步，所述密封层为橡胶层。
作为本发明的一种具体实施方式，所述伸缩机构为磁力传动的旋转伸缩装置，转轴通过磁力传动，可以降低泄漏点。
进一步，所述伸缩机构包括第二电机，位于反应釜外并与第二电机的输出轴同轴固定连接的第二外磁转子，位于反应釜内、与反应釜转动连接并能够绕第二电机输出轴同轴转动的第二内磁转子，与第二内磁转子同轴固定连接的螺母，与第二电机的输出轴同轴设置并与反应釜固定连接的固定杆，与固定杆同轴键槽连接的活动杆，其中，活动杆外壁与螺母螺纹连接，第二内磁转子与第二外磁转子磁吸附使得两者同步转动。
进一步，所述键槽连接为花键连接。
作为本发明的一种具体实施方式，所述隔离层采用环氧树脂或热塑管制成。
作为本发明的一种具体实施方式，所述补液机构包括储酸罐和高压泵，高压泵的入口与储酸罐连通、出口与反应釜连通。
与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明通过可拆卸的岩芯帽临时隔离岩芯和酸液，使得岩芯和酸液可以在同一个高温高压容器同步升温，拆卸岩芯帽后岩芯与酸液即开始反应，不再需要为岩芯、酸液分别设置高温高压加热系统，从而降低了装置的成本。
（2）现有装置中岩芯加热时以高压惰性气体作为传热介质，而本发明岩芯加热过程中利用液体作为传热介质，液体的传热系数明显大于气体，有利于快速传热、降低加热设备的热负荷。
附图说明
图1为本发明高温高压酸岩反应速率测定装置的一个具体实施例中岩芯帽与岩芯处于连接状态的示意图；
图2为图1的实施例中岩芯帽与岩芯处于分离状态的示意图；
图3为图1中岩芯帽与岩芯的连接结构示意图；
图4为本发明高温高压酸岩反应速率测定装置的又一个具体实施例中岩芯帽与岩芯的连接结构示意图；
图中，反应釜100；岩芯200；岩芯帽300；伸缩机构400；补液机构500；
温度计110；压力表120；取样机构130；加热设备140；稳压机构150、旋转机构160；岩芯底面210；岩芯周侧壁220；反应壁面230；密封层310；第二电机410；第二外磁转子420；第二内磁转子430；螺母440；固定杆450；活动杆460；储酸罐510；高压泵520；
本体101；盖体102；冷却盘管131；水冷箱132；高压气瓶151；充压管线152；泄压管线153；第一电机161；第一外磁转子162；第一内磁转子163；岩芯托盘164；测速装置165；中心轴401；
旋转轴1641。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施中的惰性气体指不与酸液、岩芯反应的气体，比如氮气。
实施例：请参考图1～图3，其示出了本发明高温高压酸岩反应速率测定装置的一个具体实施例的结构，本发明高温高压酸岩反应速率测定装置包括包括反应釜100、岩芯200、岩芯帽300、伸缩机构400和补液机构500。岩芯200位于反应釜100内，反应釜100配套设置用于测定反应釜内温度的温度计110、用于测定反应釜内压力的压力表120、用于获取反应釜内液体样品的取样机构130、用于对反应釜内物体加热的加热设备140、用于控制反应釜内压力的稳压机构150、用于带动反应釜内岩芯200转动的旋转机构160，岩芯200正对旋转机构160的侧面为岩芯底面210、背对旋转机构160的侧面为反应壁面230、位于岩芯底面210和反应壁面230之间的环形侧面为岩芯周侧壁220，其中，岩芯底面210和岩芯周侧壁220的外壁均设置隔离层，比如涂抹环氧树脂、AB胶或设置热塑管等，使得这两个壁面不会与酸液接触反应，反应壁面230外壁打磨平整，其与酸液接触后开始反应；岩芯帽300与岩芯200以可拆卸方式连接，且当岩芯帽300与岩芯200连接时，反应壁面230与反应釜100中流体隔离，当岩芯帽300与岩芯200分离时，反应壁面230与反应釜100中流体接触；伸缩机构400的中心轴401与旋转机构160的旋转轴1641重合，伸缩机构400的一端与反应釜100固定连接、另一端与岩芯帽300转动连接，用于带动岩芯帽300沿旋转机构160的旋转轴1641轴向移动，以使得岩芯帽300与岩芯200连接或分离；补液机构500用于向反应釜100中补充酸液。
本发明高温高压酸岩反应速率测定装置使用时，可以在完成安装后先向反应釜100中充入惰性气体升高压力至预设目标值，然后通过伸缩机构400带动岩芯帽300移动使得岩芯帽300与岩芯200密封连接，从而将反应壁面230与反应釜100中气体隔离，接着向反应釜100中充入酸液，然后启动加热设备140对酸液和岩芯200进行加热，最后通过伸缩机构400带动岩芯帽300移动使得岩芯帽300与岩芯200分离、反应壁面230与反应釜100中酸液接触反应。本发明通过可拆卸的岩芯帽300临时隔离岩芯200和酸液，使得岩芯200和酸液可以在同一个高温高压容器同步升温，拆卸岩芯帽后岩芯与酸液即开始反应，从而降低了装置的成本，同时，加热过程中，反应釜100中的液体作为传热介质，加热设备140的热量经过传热介质传递给岩芯200，相较于传统的气体传热，本发明的液体传热速度更快，有利于更快地加热岩芯200、降低加热设备140的热负荷。
本发明中，反应釜100包括本体101和盖体102，本体101和盖体102以可拆卸方式连接，以便于拆卸后向反应釜100内取放岩芯200，具体的可拆卸连接方式可以是螺纹连接或法兰连接，优选法兰连接，而且两片法兰之间可以设置平面垫片或八角垫片，以增强密封效果，防止泄漏。
本发明中，温度计110、压力表120为常用测量仪表，可以根据需要选择，加热设备140也为常规设备，此处不再详述。
本发明中，旋转机构160用于带动反应釜内岩芯200转动，其可以采用传统的旋转机构，将转轴直接穿过反应釜100并与反应釜100转动连接，如公开号为CN104007232A中公开的搅拌电机和搅拌轴，当然，为了降低泄漏点，也可以采用磁力传动装置，如图1所示，旋转机构160包括第一电机161、位于反应釜100外并与第一电机161输出轴同轴固定连接的第一外磁转子162、位于反应釜100内并能够绕第一电机161输出轴同轴转动的第一内磁转子163、与第一内磁转子163同轴固定连接的岩芯托盘164和用于测定第一电机161转速的测速装置165，其中，第一内磁转子163与第一外磁转子162磁吸附使得两者同步转动，使用时，岩芯200与岩芯托盘164固定连接，通过第一电机161带动第一外磁转子162转动，进而带动第一内磁转子163、岩芯托盘164同步转动。
本发明的稳压机构150可以采用传统的稳压系统，如图1所示，其包括储存高压惰性气体的高压气瓶151，高压气瓶151出口经充压管线152与反应釜100连通，用于向反应釜100内补充气体以提高压力，反应釜100上设置了泄压管线153，用于将反应釜100中流体对外排放以降低压力，泄压管线153和充压管线152上均设置有阀门，通过调整气体进出反应釜100即可调整反应釜100中压力。
本发明中，补液机构500用于向反应釜100中补充酸液，在一些实施例中，补液机构500包括储酸罐510和高压泵520，高压泵520的入口与储酸罐510底部连通、出口与反应釜100连通，用于将储酸罐510的低压酸液送入高压的反应釜100中。
本发明中，取样机构130用于获取反应釜内液体样品，由于实验完成后，反应釜100中的流体为高温高压液体，因此，有必要对其先降温然后再收集样品，在一些实施例中，取样机构130包括水冷箱132和冷却盘管131，冷却盘管131的一端与反应釜100连通、另一端作为样品出口，水冷箱132中盛装低温水，冷却盘管131浸泡在水冷箱132中以冷却样品。
本发明中，岩芯帽300用于临时将岩芯200的反应壁面230和反应釜100内流体分隔，在一些实施例中，如图3所示，岩芯帽300为帽状，且岩芯帽300的环形周侧壁内壁设置具有弹性的密封层310，比如设置弹性橡胶层。进一步，在一些实施例中，密封层310朝向岩芯帽300开口的一侧的内壁为喇叭口状，便于岩芯帽300与岩芯200连接。当然，岩芯帽300也可以为平面结构，如图4所示，岩芯帽300朝向反应壁面230的一侧设置具有弹性的密封层310。
本发明中，伸缩机构400可以采用传统的伸缩机构，为了降低泄漏点，也可以采用磁力传动的旋转伸缩装置，这样可以在反应釜100外控制伸缩机构400伸缩，具体而言，在一些实施例中，伸缩机构400包括第二电机410，位于反应釜100外并与第二电机410的输出轴同轴固定连接的第二外磁转子420，位于反应釜100内、与位于反应釜100转动连接并能够绕第二电机410输出轴同轴转动的第二内磁转子430，与第二内磁转子430同轴固定连接的螺母440，与第二电机410的输出轴同轴设置并与反应釜100固定连接的固定杆450，与固定杆450键槽连接的活动杆460，其中，活动杆460与固定杆450键槽连接，使得活动杆460仅能沿固定杆450轴向移动，而不能相对转动，具体的键槽连接方式可以采用平键滑动连接，也可以采用花键连接；活动杆460外壁与螺母440螺纹连接，第二内磁转子430与第二外磁转子420磁吸附使得两者同步转动，使用时，通过第二电机410带动第二外磁转子420转动，进而带动第二内磁转子430、螺母440同步转动，由于活动杆460与固定杆450同轴键槽连接，因而螺母440旋转过程中将带动活动杆460沿固定杆450轴向移动，从而实现伸缩。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高温高压酸岩反应速率测定装置，包括反应釜，所述反应釜配套设置温度计、压力表、取样机构、加热设备、稳压机构以及用于带动所述反应釜内岩芯转动的旋转机构，所述岩芯的周侧面和正对所述旋转机构的侧面均设置隔离层，所述岩芯背对所述旋转机构的侧面为反应壁面，其特征在于，还包括：
与所述岩芯以可拆卸方式连接的岩芯帽，且当所述岩芯帽与所述岩芯连接时所述反应壁面与所述反应釜中流体隔离，当所述岩芯帽与所述岩芯分离时所述反应壁面与所述反应釜中流体接触；
沿所述旋转机构的旋转轴轴向伸缩的伸缩机构，所述伸缩机构的一端与所述反应釜固定连接、另一端与所述岩芯帽转动连接，用于带动所述岩芯帽沿所述旋转机构的旋转轴轴向移动；
用于向所述反应釜中补充酸液的补液机构。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其特征在于，所述岩芯帽为帽状，且所述岩芯帽的环形周侧壁内壁设置具有弹性的密封层。
3.根据权利要求2所述的一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其特征在于，所述密封层朝向所述岩芯帽开口端的一侧的内壁为喇叭口状。
4.根据权利要求1所述的一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其特征在于，所述岩芯帽为平面结构，所述岩芯帽正对所述反应壁面的一侧设置具有弹性的密封层。
5.根据权利要求2或4所述的一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其特征在于，所述密封层为橡胶层。
6.根据权利要求1所述的一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其特征在于，所述伸缩机构为磁力传动的旋转伸缩装置。
7.根据权利要求6所述的一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其特征在于，所述伸缩机构包括：
第二电机；
位于所述反应釜外并与所述第二电机的输出轴同轴固定连接的第二外磁转子；
位于所述反应釜内、与所述反应釜转动连接并能够绕所述第二电机输出轴同轴转动的第二内磁转子；
与所述第二内磁转子同轴固定连接的螺母；
与所述第二电机的输出轴同轴设置并与所述反应釜固定连接的固定杆；
与所述固定杆同轴键槽连接的活动杆；
其中，所述活动杆外壁与所述螺母螺纹连接，所述第二内磁转子与所述第二外磁转子磁吸附使得两者同步转动。
8.根据权利要求7所述的一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其特征在于，所述键槽连接为花键连接。
9.根据权利要求1所述的一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其特征在于，所述隔离层采用环氧树脂或热塑管制成。
10.根据权利要求1所述的一种高温高压酸岩反应速率测定装置，其特征在于，所述补液机构包括储酸罐和高压泵，所述高压泵的入口与所述储酸罐连通、出口与所述反应釜连通。
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