专利名称：一种基于离子浓度变化的酸岩反应速度测定方法
技术领域：
本发明涉及一种用于酸化压裂实验室、研究室的基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法。
背景技术：
酸化压裂，简称“酸压”，是碳酸盐岩油气层重要的增产技术之一。酸压设计是酸压施工的基础，酸岩反应速率是进行酸压设计必须的重要参数。目前获取酸岩反应速率的方 法有两类。第一类方法，从反应物浓度变化的角度求取反应速率，即每隔一段时间取酸样，并用滴定法测定其浓度，及绘制酸液反应随时间变化的曲线，由此计算得到酸岩反应的速度。但该方法涉及的滴定操作对酸液浓度测定的精度影响很大，难以保证测定结果的准确性。另一类方法则通过红外气体分析仪测定酸岩反应气态生成物(二氧化碳)的相对含量，结合气体状态方程和化学反应方程式，经换算得到以二氧化碳生成速度或酸液速度表示的酸岩反应速率。但该方法在气体净化和计量方面流程繁琐，实验精度难以保证。同时，由于有机酸等多元弱酸在溶液中分步电离，采用仪器直接测定酸岩反应前后氢离子浓度的变化值，计算得到的酸岩反应速率将与实际反应值不符。
发明内容
本发明的目的是为了克服采用滴定法测试酸液浓度可能造成的误差，避免通过测定反应气态生成物换算酸岩反应速率的繁琐，提高测定碳酸盐岩与酸液反应速率的精度，特提供一种基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案本发明中的一种基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法，其核心为利用原子吸收光谱测定仪测定酸液反应前后溶液中钙、镁离子浓度，通过反应前后钙、镁离子浓度变化换算得到酸液中参与反应的氢离子浓度的变化，进而求得酸岩反应速率。本方法特别适用于测定有机酸等在溶液中分步电离的多元弱酸与碳酸盐岩的反应速率。本发明的技术特征是一种基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法，其特征在于将未反应的鲜酸置于储液罐A中，用第一原子吸收光谱仪测定鲜酸中钙、镁离子的浓度，并做好记录，将测定后的酸液置于储液罐B中；再将驱替流体常温蒸馏水储存于储液罐C中，使储液罐B中的鲜酸通过单向阀进入中间容器的活塞上部，驱替流体通过恒流泵进入中间容器的活塞下部，并以设置的流速推动活塞向上运动，驱动活塞上部的酸液离开中间容器，以模拟流体的驱替压力；然后酸液通过管线进入油浴锅中，经过预热盘管内加热至预设的实验温度，以模拟地层温度；升温后的酸液输送入双岩板裂缝反应器中，与裂缝壁面岩石发生反应；反应后从双岩板裂缝反应器中排出的残酸及其反应生成物先经过换热器冷却至常温，后经过过滤器滤掉不溶于残酸的沉淀，再送入立式气液分离器进行分离；反应的气体生成物从分离器顶部出口排出，残酸从分离器底部出口排出，再通过管线进入储液罐D中，其后用第二原子吸收光谱仪测定残酸中钙、镁离子的浓度，并做好记录，将已测定的残酸溶液置于储液罐E中；最后分别计算反应前后钙、镁离子的浓度变化量，根据化学反应方程式经换算得到参与反应的氢离子浓度 ，再根据酸岩反应速率求解公式V=CV/(TS)，求得以氢离子浓度消耗速度表示的酸岩反应速率。式中v表示酸岩反应速度,mol/cm2. s ；C表不反应前后H+浓度差，mol/L ；V表不酸液体积,L ；T表不酸岩反应时间，s ；S表不岩石板表面积，cm2。本测定方法特别适用于测定有机酸等在溶液中分步电离的多元弱酸与碳酸盐岩的反应速率。本发明与现有技术相比，具有以下有益效果(1)克服滴定操作精度对酸液浓度测定造成的误差；(2)避免通过气态生成物(二氧化碳)浓度变化表征酸液反应速率在流程上的繁琐，提高测试精度；(3)本方法对测定有机酸等在溶液中分步电离的多元弱酸与碳酸盐岩的反应速率尤其适用；(4)本测定方法操作简便、精度高，用于测定碳酸盐岩与酸液的动态反应速率。
图I为本发明基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法的实验装置及流程示意图。图中，I.储液罐A ;2.第一原子吸收光谱仪；3.储液罐B ;4.储液罐C ;5.恒流泵；6.单向阀；7.活塞；8.中间容器；9.油浴锅；10.预热盘管；11.双岩板裂缝反应器；12.换热器；13.过滤器；14.立式气液分离器；15.分离器顶部出口 ；16.分离器底部出口 ；17.储液罐D;18.储液罐E;19.第二原子吸收光谱仪。
具体实施例方式根据图I所示的实验流程图，本发明的具体实施方式
如下 第一步，将未反应的鲜酸置于储液罐Al中，利用第一原子吸收光谱仪2测定鲜酸溶液中钙、镁离子的浓度，并做好记录，将测定后的酸液置于储液罐B3中。第二步，将驱替流体常温蒸馏水储存于储液罐C4中，储液罐B3中的鲜酸通过单向阀6进入中间容器8的活塞7上部，驱替流体通过恒流泵5进入中间容器8的活塞7下部，并以预设的流速推动活塞7，进而驱动活塞另一侧的酸液离开中间容器8 ;酸液离开中间容器8后通过管线进入油浴锅9中，通过预热盘管10加热至预设的实验温度；升温后的酸液进入双岩板裂缝反应器11中，与裂缝壁面岩石发生反应。第三步，反应后，从双岩板裂缝反应器11中排出的残酸及反应生成物首先经过换热器12冷却至常温，而后经过过滤器13滤掉不溶于残酸的沉淀，进入立式气液分离器14 ；反应的气体生成物从分离器顶部出口 15排出，残酸则从分离器底部出口 16排出，并通过管线进入储液罐D17中，利用第二原子吸收光谱仪19测定残酸中钙、镁离子浓度，并做好记录，将已测定的残酸溶液置于储液罐E中。完成上述流程后，根据酸岩化学反应方程式的计量系数关系进行转换，便可得到以酸液消耗速度表示的酸岩反应速率。实施例I——常规盐酸与碳酸盐岩的反应以大理石板作为酸岩反应的岩石板，岩石板表面积为50. 671cm2。用体积为O. 45L,质量百分浓度为8%的HCL作为反应酸液。实验温度50°C，反应时间3分钟。具体实验如下利用第一原子吸收光谱仪测定盐酸溶液中钙、镁离子的浓度分别为Ca2+ :105. 9mg/L、Mg2+ 13. llmg/L ;油浴锅的预热盘管将酸液升温至50°C，酸液在双岩板裂缝反应器中与岩石板反应后，经冷却、过滤、气液分离，再用原子吸收光谱仪测定残酸中钙、镁离子的浓度，分别为Ca2+ :31 48mg/L、Mg2+ :60. 03mg/L，经换算得到H+的体积摩尔浓度差为O. 156mol/L。根据酸岩反应速率求解公式V = CV/(TS)，求得质量百分浓度为8%HC1在温度为50°C的条件下与碳酸盐岩的反应速率为7. 6967X l(T6mol/cm2. S。实施例2—降阻酸与碳酸盐岩的反应以大理石板作为酸岩反应的岩石板，岩石板表面积为50. 671cm2。用体积为O. 45L,质量百分浓度为8%的降阻酸作为反应酸液。实验温度50°C，反应时间3分钟。具体实验如下利用第一原子吸收光谱仪测定盐酸溶液中钙、镁离子的浓度分别为Ca2+ 37. 24mg/L、Mg2+ 6. 25mg/L ;油浴锅的预热盘管将酸液升温至50°C，酸液在双岩板裂缝反应器中与岩石板反应后，经冷却、过滤、气液分离，再用原子吸收光谱仪测定残酸中钙、镁离子的浓度，分别为Ca2+ :504. lmg/L、Mg2+ :16. 48mg/L，经换算得到H+的体积摩尔浓度差为O. 0242mol/L。根据酸岩反应速率求解公式V = CV/ (TS)，求得质量百分浓度为8%降阻酸在温度为50°C的条件下与碳酸盐岩的反应速率为I. 194X10_6mol/Cm2. S。
权利要求
1.一种基于离子浓度变化的酸岩反应速度测定方法，其特征在于将未反应的鲜酸置于储液罐A (I)中，用第一原子吸收光谱仪(2)测定鲜酸中钙、镁离子的浓度，并做好记录，将测定后的酸液置于储液罐B (3)中；再将驱替流体常温蒸馏水储存于储液罐C (4)中，使储液罐B (3)中的鲜酸通过单向阀(6)进入中间容器(8)的活塞(7)上部，驱替流体通过恒流泵(5)进入中间容器(8)的活塞(7)下部，并以设置的流速推动活塞(7)向上运动，驱动活塞(7)上部的酸液离开中间容器(8)，以模拟流体的驱替压力；然后酸液通过管线进入油浴锅(9)中，经过预热盘管(10)内加热至预设的实验温度，以模拟地层温度；升温后的酸液输送入双岩板裂缝反应器(11)中，与裂缝壁面岩石发生反应；反应后从双岩板裂缝反应器(11)中排出的残酸及其反应生成物先经过换热器(12)冷却至常温，后经过过滤器(13)滤掉不溶于残酸的沉淀，再送入立式气液分离器(14)进行分离；反应的气体生成物从分离器顶部出口( 15)排出，残酸从分离器底部出口( 16)排出，再通过管线进入储液罐D (17)中，其后用第二原子吸收光谱仪(19)测定残酸中钙、镁离子的浓度，并做好记录，将已测定的残酸溶液置于储液罐E (18)中；最后分别计算反应前后钙、镁离子的浓度变化量，根据化学反应方程式经换算得到参与反应的氢离子浓度，再根据酸岩反应速率求解公式V = CV/(TS)，求得以氢离子浓度消耗速度表示的酸岩反应速率。
2.根据权利要求I所述的测定方法，其特征是该方法特别适用于测定有机酸等在溶液中分步电离的多元弱酸与碳酸盐岩的反应速率。
全文摘要
本发明涉及一种用于酸化压裂实验室、研究室的基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率测定方法。它可克服滴定法测酸液浓度造成的误差，及由CO2表示反应速率的操作复杂问题，提高测定精度。其技术方案先用原子吸收光谱仪测定鲜酸中钙、镁离子浓度；鲜酸经单向阀进入中间容器活塞上部；驱替流体经恒流泵进入中间容器下部，驱动上部酸液进入油浴锅加热至实验温度，再进入双岩板裂缝反应器中；反应后残酸经冷却、过滤、气液分离，用原子吸收光谱仪测定残酸中钙、镁离子浓度；最后换算得参与反应的氢离子浓度，并以氢离子浓度消耗速度表示酸岩反应速率。本方法特别适用于多元弱酸与碳酸盐岩的反应，操作简便、精度高，用于测定酸岩动态反应速率。
文档编号G01N21/31GK102928366SQ201210419040
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者李小刚, 杨兆中, 赵金洲, 涂洁, 纪国法 申请人:西南石油大学