用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置及方法

：本发明属于水文地球化学领域，涉及一种实验装置，具体涉及一种用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置及方法。

背景技术

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背景技术：

1、碳酸盐岩地层在我国广泛分布，基础建设不可避免需要在岩溶区域进行。碳酸盐岩地区地层溶蚀裂隙及孔洞普遍发育，导致了与此有关的工程建设面临着严重的岩溶地质问题，为解决这些问题需对岩溶发育特征和规律有全面的认识。

2、碳酸流体是指二氧化碳溶解状态的地下水。当水化学组分或温度不同的饱和地下水发生混合时，将增加地下水的碳酸盐矿物溶解度，产生新的溶蚀能力。因此通过实验模拟不同碳酸饱和流体混合溶蚀碳酸盐岩过程具有重要意义。

3、要实现不同碳酸饱和流体混合溶蚀碳酸盐岩过程的研究，装置必须具备两个功能，一是可以给岩心试样提供两种不同温度的侵蚀性溶液，二是可以提供两种不同的co2分压；而现有的实验装置多是用于单一侵蚀性溶液对碳酸盐岩的溶蚀研究，难以实现是不同温度和二氧化碳分压溶液混合条件的溶蚀研究。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种可以用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置及方法。本发明的目的是克服现有方法的不足，提供一种可以人为控制不同温度的侵蚀性溶液和不同的co2分压情况下研究碳酸盐岩水热协同混合溶蚀的装置，收集侵蚀性溶液，检测ca2+浓度，评判侵蚀程度，结构简单，易于操作，实验成本低，结果可视性好。

2、本发明采用的技术方案为：

3、用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置，其特征在于，包括通气系统、温度控制系统、驱替系统、反应系统、溶液收集系统；其中：

4、通气系统包含气瓶、精密减压调压阀，所述气瓶有n2气瓶和co2气瓶，co2提供实验所需co2分压，n2提供泵压；；所述精密减压调压阀，应安装在流速平稳的直线导管段上，用于调节气体的流量，保持压强在一定范围内；所述精密压力表用于监测压强的稳定性；

5、温度控制系统包含电加热带、水浴锅、恒温箱，所述水浴锅用于给实验溶液加温至试验设定温度；所述恒温箱用于保证岩心处反应温度为试验设定温度；

6、驱替系统包括微量恒速恒压泵、围压跟踪泵、活塞型溶液装置、单向阀、三向阀。所述活塞型溶液装置内置活塞，实验反应溶液置于活塞上；所述微量恒速恒压泵推动活塞，用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置恒定速度提供溶液；所述围压跟踪泵，用于提供岩心夹持器处围压；所述单向阀用于密封连接橡胶导气管；所述三向阀，用于气瓶、精密减压调压阀、活塞型溶液装置、围压跟踪泵的开关；

7、反应系统包括岩心夹持器，所述岩心夹持器用于固定岩心位置，作为实验反应装置；

8、溶液收集系统包括收集器、收集导管。所述收集器为玻璃材质烧杯，上覆盖留孔锡纸；所述收集导管通过留空锡纸伸入收集器。

9、所述导管采用内置铜丝的橡胶导管；

10、所述导管外露处覆盖电加热带保温；

11、所述精密压力表设置在精密减压调压阀和反应器前后导管上。

12、本发明还提出了用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验方法，包括如下步骤：

13、s1将人工造缝的岩心试样进行抽真空饱和，然后把岩心试样放置在岩心夹持器中并放置在温度设定为反应温度的恒温烘箱中，打开围压跟踪泵，打开开关设置围压。

14、s2向溶液装置纯水和碳酸钙分析纯，设置恒温水浴锅温度，打开开关接通co2气瓶，通过调压阀和精密压力表控制co2分压，气压稳定后打开开关，待溶液饱和后关闭开关。

15、s3打开微量恒压恒速泵和开关并设置流速为试验所需流速，对岩心试样进行注液并记录开始时间，试验过程保持对应试验温度不变。

16、s4收集排出溶液，在反应过程中，当压力表压力稳定后，使用移液枪取出收集溶液放置在容量瓶中并做平行样，定容，最后用保存瓶进行保存，测试得到ca2+。

17、s5重复s3～s4步骤，根据混合比例改变对应的流速。

18、s6试验结束后，对人工造缝的岩心裂隙表面进行扫描电镜拍照和能谱分析。重复步骤s1～s6，完成不同场景下的碳酸饱和流体混合溶蚀碳酸盐岩过程的试验。

19、步骤s1中抽真空饱和时间为8小时；所述步骤s1中恒温烘箱的温度设定为25℃；所述人工造缝的岩心试样为直径为25mm，长度40mm圆柱体，中间对半切开。

20、步骤s2中的具体方法为向溶液装置加入500ml纯水、2g碳酸钙分析纯，将试验装置的各系统依次连接，关闭所有阀门，依据场景设置两个恒温水浴锅的温度，待温度稳定后，打开开关接通co2气瓶，通过调压阀和精密压力表控制co2分压，将气瓶出口压力统一设定为试验压力，气压稳定后打开开关，通入溶液装置使溶液和碳酸钙发生反应，通气72h最后成为饱和溶液，关闭开关：

21、所述恒温水浴锅的温度为不同场景下的两个温度。

22、步骤s4中的具体方法为收集排出溶液，在反应过程中，当压力表压力稳定后，使用移液枪取出收集溶液5ml放置在50ml容量瓶中并做平行样，每1小时取一次样，取完6次为止，根据《中华人民共和国石油天然气行业标准》(sy-t5982-1994原子吸收光谱法测定油气田水中金属元素)定容，最后用保存瓶进行保存，处理后的溶液通过原子吸收光谱仪测试溶液中的ca2+浓度。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明所提供的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置及方法采用模拟实际不同碳酸饱和流体混合溶蚀碳酸盐岩的过程，能实现不同温度和二氧化碳分压溶液混合条件的溶蚀研究，试验结果具有重要参考意义，能有效揭示常见地下水混合条件下的碳酸盐岩溶蚀过程和特征。

25、本发明所提供的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置操作简单、方便、快捷，可模拟多种地下水混合场景的方案。

26、本发明所提供的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置及方法能有效推进碳酸盐岩溶蚀的研究。

27、图1是本发明所提供的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置的结构示意图。

28、图2是本发明所提供的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置中人工造缝的岩心试样示意图。

29、图3是本发明所提供的用于研究不同碳酸饱和流体混合溶蚀碳酸盐岩过程的实验方法流程图。

30、上述附图中的标号说明：

31、1-co2气瓶，2-n2气瓶，3-精密减压调压阀，4-橡胶导管，5-活塞型溶液装置，6-恒压泵，7-水浴锅，8-恒温箱，9-岩心夹持器，10-电加热带，11-橡胶活塞，12-实验模拟地下水溶液，13-围压跟踪泵，14-单向阀，15-三向阀，16-岩心，17-收集器，18-收集导管。

技术特征：

1.用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置，其特征在于，包括通气系统、温度控制系统、驱替系统、反应系统、溶液收集系统；其中：

2.根据权利要求1所述的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置，其特征在于，所述导管采用内置铜丝的橡胶导管。

3.根据权利要求1所述的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置，其特征在于，所述导管外露处覆盖电加热带保温。

4.根据权利要求1所述的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置，其特征在于，所述精密压力表设置在精密减压调压阀和反应器前后导管上。

5.用于混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩过程的实验方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的用于研究碳酸盐岩水热协同混合溶蚀作用的实验装置，包括如下步骤：

6.根据权利要求6所述的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验方法，其特征在于，所述步骤s1中抽真空饱和时间为8小时；所述步骤s1中恒温烘箱的温度设定为25℃；所述人工造缝的岩心试样为直径为25mm，长度40mm圆柱体，中间对半切开。

7.根据权利要求6所述的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验方法，其特征在于，步骤s2中的具体方法为向溶液装置加入500ml纯水、2g碳酸钙分析纯，将试验装置的各系统依次连接，关闭所有阀门，依据场景设置两个恒温水浴锅的温度，待温度稳定后，打开开关接通co2气瓶，通过调压阀和精密压力表控制co2分压，将气瓶出口压力统一设定为试验压力，气压稳定后打开开关，通入溶液装置使溶液和碳酸钙发生反应，通气72h最后成为饱和溶液，关闭开关。

8.根据权利要求8所述的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验方法，其特征在于，所述恒温水浴锅的温度为不同场景下的两个温度。

9.根据权利要求6所述的用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验方法，其特征在于，步骤s4中的具体方法为收集排出溶液，在反应过程中，当压力表压力稳定后，使用移液枪取出收集溶液5ml放置在50ml容量瓶中并做平行样，每1小时取一次样，取完6次为止，根据《中华人民共和国石油天然气行业标准》(sy-t5982-1994原子吸收光谱法测定油气田水中金属元素)定容，最后用保存瓶进行保存，处理后的溶液通过原子吸收光谱仪测试溶液中的ca2+浓度。

技术总结
本发明提供一种用于研究混合碳酸流体溶蚀碳酸盐岩的实验装置及方法，所述实验方法所采用的实验装置包括通气系统、温度控制系统、驱替系统、溶液收集系统。通气系统包括N<subgt;2</subgt;和CO<subgt;2</subgt;气瓶、精密减压调压阀，用于将试验气体在恒定压力条件下充入溶液装置；温度控制系统包括电加热带、水浴锅、烘箱，用于保证溶液反应始终处于试验设定的温度；驱替系统，包括微量恒速恒压泵、围压跟踪泵、活塞型溶液装置、岩心夹持器、三向阀、单向阀；溶液收集系统，包括收集器、收集导管，用于收集水样。研究不同碳酸饱和流体混合溶蚀碳酸盐岩过程的实验模拟装置实现了同时注入两种不同温度、CO<subgt;2</subgt;分压、流速的地下水对碳酸盐岩进行混合溶蚀试验，可模拟多种地下水混合场景溶蚀碳酸盐岩的方案。

技术研发人员：龚星,刘豪
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11