[發明專利]一種碳酸鹽巖動水壓力溶蝕反應試驗裝置

在審

• 申請號: 202010217319.5
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111272642A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 孟津竹;陳四利;王軍祥;夏紹彤;張靖宇;魯麗華
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N33/24
• 代理公司: 沈陽之華益專利事務所有限公司 21218
• 代理人: 鄒琳

一種碳酸鹽巖動水壓力溶蝕反應試驗裝置，屬于溶蝕試驗技術領域，所述裝置包括碳酸水制備系統、溶蝕反應系統、溶液接收系統，所述碳酸水制備系統包括供液裝置、供氣裝置、氣液混合裝置、貯存裝置，所述溶蝕反應系統包括壓力控制裝置、流速控制裝置、溫度控制裝置和樣品反應裝置，溶液接收系統包括冷凝裝置、氣液分離裝置、減壓排氣裝置和液體接收裝置，所述供液裝置、供氣裝置與氣液混合裝置相連，所述氣液混合裝置與貯存裝置相連，所述貯存裝置與樣品反應裝置經流速控制裝置相連，所述樣品反應裝置經溫度控制裝置控制，所述樣品反應裝置與溶液接收系統相連。本發明采用連續流微反應技術，自制碳酸鹽巖動水壓力溶蝕試驗裝置，并保證溶液內部氣液反應充分且快速的碳酸水制備系統。

技術領域

本發明屬于溶蝕試驗技術領域，具體涉及一種碳酸鹽巖動水壓力溶蝕反應試驗裝置。

背景技術

20世紀以來，在基本溶蝕理論研究方面，國外學者開始使用大理巖巖柱進行旋轉溶蝕試驗，70年代以來國內外學者陸續開展了碳酸鹽巖在模擬地層條件下的溶蝕實驗。楊俊杰、王煒、邵東梅、范明、佘敏等均自主設計碳酸鹽巖溶蝕試驗裝置，以探討不同的流速、溫度、pH、壓力等環境條件下，碳酸鹽巖的水化學動力學參數和微觀結構的溶蝕特征。

碳酸鹽巖溶蝕試驗的原理是：將巖石試樣通入含有高濃度CO₂的蒸餾水，控制不同流速、溫度、pH、壓力等環境條件，使巖石與水互相作用，經過一段時間后，取出試件和溶蝕后溶液，求出試樣的總溶解量或測定試樣質量的變化，將其與試樣的體積相比，得出各試樣的比溶解度、比溶蝕度及物理破碎量指標。在此基礎上研究巖石試件溶蝕前后的微觀結構變化和溶蝕前后水化學成分分析。

但是傳統的碳酸鹽巖溶蝕試驗裝置在以下幾個方面存在局限性。

（一）試驗影響因素及其范圍

傳統碳酸鹽巖溶蝕試驗中除了考慮巖性本身以外，在試驗裝置中僅研究溫度、壓力、水流速度中的一個或兩個變量參數的影響。如邵東梅的試驗，研究的是環境溫度和水流速度對溶蝕速度的影響；范明的試驗，研究的是不同溫度、不同粒度及流動與浸泡方式下的溶蝕差別；佘敏的試驗，研究碳酸鹽巖溶蝕量與溫度、壓力的關系；陳強的試驗研究不同巖性的樣品在溶蝕性上的差異；趙巖杰的試驗結果表明溫度、pH 值對巖樣溶蝕率有影響；蘇悅的試驗研究了巖性、溫度、溶液流動狀態對溶蝕量的影響；黃尚瑜的試驗探索碳酸鹽巖溶蝕與溫度的關系；楊俊杰的模擬實驗研究溫度和壓力對溶蝕量的影響。試驗中常見的溫度變化區間為常溫—240℃、流速變化區間為1—60ml/min^-1、壓力變化區間為0—52.5Mpa。

以往試驗無法全面了解多因素影響下碳酸鹽巖溶蝕的差異，且由于流速和壓力成正比狀態，以往試驗沒有出現流速和壓力同時改變的情況。如在流速一定的情況下，同時研究溫度和壓力兩個變量；在壓力一定的情況下，同時研究溫度和流速兩個變量等。

（二）試驗巖樣及溶蝕液的配置

1、巖樣制備

傳統試驗巖石樣品主要為塊體或顆粒，塊體的形狀多為長方形（5×10×20 mm、5x 10x40 mm）和圓柱（直徑選取10 mm、25 mm、40 mm，高度選取4 mm、10 mm、15 mm、20 mm、30～50mm）；顆粒尺寸為（0.09～0.5mm、2.8-4.0mm）。尺寸選擇較為隨意，規律性不強。

2、溶蝕液的制備

試驗的溶蝕液大多采用碳酸、乙酸、NaCl、蒸餾水、海水等液體與CO₂氣體混合配置。試驗選用一個耐腐蝕的反應容器，將準備好的液體放置于水桶里，用水泵將水抽到地平面上的水箱中，再由容器下部向液體中通入CO₂，使其穿過流體并由頂部逸散，增加與流體的接觸面，能使CO₂能盡量充分的溶解于水中，但溶蝕液的制備過程會有以下幾個方面的問題。

（1）配置時長