[发明专利]一种模拟地层封闭环境的水岩反应装置及操作方法

说明书

本发明涉及一种模拟地层封闭环境的水岩反应装置和操作方法。本发明提供一种模拟地层封闭环境的水岩反应装置，依次包括：流体制备与输送系统，同步反应与取样系统，信息采集与处理系统，以及将流体制备与输送系统、同步反应与取样系统和信息采集与处理系统连通的管路，同步反应与取样系统包括至少两个反应釜，其中至少包括:第一反应釜，用于容纳流体和岩石样品，用于模拟地层封闭环境中发生的水岩反应过程，并且准备补充用的流体；以及第二反应釜，通过管路连接于第一反应釜之后，用于容纳流体和岩石样品，并与第一反应釜进行同步反应，模拟地层封闭环境中发生的水岩反应过程。本发明还提供了一种模拟地层封闭环境的水岩反应装置的操作方法。

技术领域

本发明涉及水岩反应过程领域，具体涉及到模拟地层封闭环境水岩反应并且对水岩反应过程进行实时在线监测并进行记录和储存的装置和方法。

背景技术

现今的油气勘探实践揭示碳酸盐岩晚期埋藏过程中，特别是深部流体溶蚀改造形成的次生孔隙是重要的油气储集空间。例如在深层超深层碳酸盐岩储层中，流体-岩石相互作用是影响储层储集性能的重要过程，流体岩石相互作用包括矿物溶蚀和矿物沉淀这两个过程，溶蚀扩大孔隙提升岩石储集性能，沉淀减小孔隙降低岩石储集性能。流体的来源可能是深部热液、地层水或者孔隙水等等。深部地层高温高压条件(一般为温度超过100℃且压力大于一个大气压)流体和岩石相互作用机理以及相互作用过程中发生的物质变化和能量变化等问题尚不清楚，需要通过深入开展模拟实验来查明。

现有的水岩化学反应装置，多采用连续流动法，反应釜内装配有颗粒岩样或者岩心样品，流体经管路进入反应釜与样品反应，与样品反应后随即流出反应釜。反应过程中流体始终处于流动状态。反应完成后通过岩样的微观形貌变化、结构组成变化，反应后流体中的离子成分浓度变化，计算和推测反应过程。该类装置和方法有一定的滞后性和间接性，不能直接监测水岩反应的反应进程。并且该方法适用于模拟地表流体溶蚀冲刷改造岩石的过程，这一过程流体相对岩石过量并且流体不饱和，岩石持续溶蚀，矿物沉淀及孔隙充填相对较少。

深层超深层地层的主要特点是温度高、压力高、实时探测难度高，反应流体量非常有限，流体矿物饱和度高，反应系统封闭和外界基本没有物质和能量交换。现有的水岩反应装置中流体持续流出系统并且不断有不饱和未反应流体进入装置，和外界持续存在物质和能量的交换，无法模拟封闭系统。即使关闭反应装置的出口保持流体相对静止的状态，但如果需要从反应釜中取样检测，势必打破封闭的实验环境，釜内流体岩石的反应平衡被打破。因此完成模拟封闭环境的实验并且实时监测实验进程是具有相当难度的技术难题。因此需要一种水岩反应装置，这种装置可以模拟和再现地层封闭系统中的，特别是深层超深层地层高温高压环境中高饱和流体与岩石相互作用的过程，能够实时从封闭系统中取样并检测封闭系统中的反应进程，并且取样检测不影响封闭环境，不改变反应平衡。这一设备和技术方法能够全面衡量封闭系统的流体-岩石相互作用，为储层改造和预测提供有效的实验手段和实验技术。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种模拟地层封闭环境的水岩反应装置，其特征在于依次包括：流体制备与输送系统，同步反应与取样系统，信息采集与处理系统，以及，将上述流体制备与输送系统、上述同步反应与取样系统和上述信息采集与处理系统连通的管路，其中，上述同步反应与取样系统包括至少两个反应釜，其中至少包括:第一反应釜，用于容纳流体和岩石样品，并模拟地层封闭环境中发生的水岩反应过程，以及准备补充用的上述流体；以及，第二反应釜，通过上述管路连接于上述第一反应釜之后，用于容纳流体和岩石样品，并与上述第一反应釜进行同步反应，模拟地层封闭环境中发生的水岩反应过程。在上述第一反应釜与上述第二反应釜之间还可以进一步地设置一个以上的中间反应釜，作用与第一反应釜相同，可以提供更多反应釜用于提供流体。

进一步地，上述流体制备与输送系统依次包括：第一气瓶，用于储存第一气体；第一泵，用于输送上述第一气体；第一压力容器，用于吸收从上述第一泵泵入的上述第一气体而与储存于上述第一压力容器的溶液形成上述流体；以及，预热装置，用于对待反应的上述流体进行预热。