一种模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备及实验方法

摘要

本发明涉及一种模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备，其包括蠕动泵、水浴器、填砂管和废液箱，所述蠕动泵通过第一连接管连接并连通所述填砂管下端；所述填砂管设置在所述水浴器内，填砂管上端通过第二连接管连通所述废液箱；所述蠕动泵的出水管通过第一连接管连接并连通所述填砂管下端，所述填砂管上端通过第二连接管连通所述废液箱。本发明还涉及一种模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的实验方法。本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备及实验方法，能够模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程，基于沉淀反应法对碳酸盐矿物的沉淀结晶条件和机制的研究，进而为砂岩优质储层的预测提供理论依据。

说明书

技术领域

本发明涉及化合物结晶技术领域，具体涉及一种模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备及实验方法。

背景技术

碳酸盐矿物的类型多样，目前已知的碳酸盐矿物已逾100种，碳酸盐矿物是重要的非金属矿物原料，亦是提取Fe、Mg、Mn、Zn、Ca等金属和非金属元素及放射性元素Th、U和稀土元素的重要矿物原材料，具有重要的经济意义。

碳酸盐矿物的主要阴离子成分是碳酸根，根据阳离子成分不同，可将碳酸盐矿物分为不同的矿物类型，如钙-镁-铁-锰系列碳酸盐矿物可形成4个连续类质同象系列：方解石-菱锰矿，白云石-铁白云石，菱铁矿-菱镁矿，菱锰矿-菱铁矿(陈国玺，1981)。碳酸盐矿物的结晶包括化学沉淀成因和微生物成因2种，碳酸盐类矿物晶体的形成必须具备两个必要条件：(1)水体中碳酸盐达到饱和，即碳酸盐的饱和系数必须大于0；(2)有足够的有效成核位点(Borowitzka，1982)。碳酸钙作为生物成因矿物中分布最为广泛的一种含钙类矿物，最常采用的合成方法包括沉淀反应法和气体扩散法(孙雨婷等，2019)。沉淀反应法是指水溶性的钙盐与水溶性碳酸(氢)盐在适宜的条件下直接混合生成碳酸钙沉淀的方法(Sedlak等，1998)。该方法可通过改变反应物的浓度和添加有机质等手段来调节碳酸钙的晶体形貌和颗粒大小。

碳酸盐胶结物的存在会对砂岩储层具有双重影响(郭芪恒等，2019)。一方面碳酸盐胶结物占据储层孔隙空间使岩石孔隙度降低，储层质量变差，另一方面，碳酸盐胶结物充当岩石骨架阻碍压实作用的进行，有利于保存原生孔隙并为后期溶解提供物质基础。因此，碳酸盐胶结物的含量、分布及溶解程度将直接影响储层的储集性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备及试验方法，利用本设备模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程，基于沉淀反应法，通过给予不同的金属阳离子类型、填料比例及粒级、跑样温度等条件，实现在综合多种地质、环境影响的基础上，对碳酸盐矿物的沉淀结晶条件和机制的研究，进而为砂岩优质储层的预测提供理论依据。

本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备包括用于泵入饱和离子溶液的蠕动泵、用于模拟环境温度的水浴器、用于填充碎屑岩储层成分碎砂的填砂管，以及废液箱，其中，所述蠕动泵通过第一连接管连接并连通所述填砂管下端，蠕动泵用于将配制好的溶液以不同流速注入填砂管中；所述填砂管设置在所述水浴器内，填砂管上端通过第二连接管连通所述废液箱，填砂管用于填充沙粒以模拟不同类型的碎屑岩储层；所述蠕动泵的出水管通过第一连接管连接并连通所述填砂管下端，所述填砂管上端通过第二连接管连通所述废液箱。

为便于填砂管在试验过程中更换填料，所述水浴器底部设有支架，所述填砂管可拆卸式固定在所述支架上。

本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备还包括用于驱动和控制设备中蠕动泵和水浴器运行的总控箱和用于放置蠕动泵、水浴器和填砂管的设备车，所述总控箱设置在设备车上。便于设备整体移动，同时便于集中控制设备运行时间。

为便于观察溶液的流动路径，所述水浴器为透明水浴锅，所述填砂管为透明填砂管。

具体的，所述填砂管长度为278mm，内径为30mm；所述第一连接管和第二连接管的内径为6mm。

本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的实验方法利用上述的模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备实现，具体包括以下步骤，

饱和溶液的配制：根据模拟碳酸盐矿物的类型，配制饱含碳酸氢根离子和金属阳离子的溶液；

填充料的准备：根据实际碎屑岩储层中石英、长石及岩屑的类型购买或者采集样品，将样品按粒级粉碎，根据实际碎屑岩储层中石英、长石及岩屑的平均含量进行混合，装入填砂管中；

实验参数的设定：对蠕动泵进行流速多级设定，对水浴器进行温度多级设定，对总控箱进行运行时间多级设定；

模拟实验：完成S1至S3的溶液配制、填砂管填料及管线连接完成后，按照由单一离子至混合离子、粒度由粗到细、流速由慢到快、温度由低到高、时间由短到长的顺序，将各样品由蠕动泵的入水口注入，进行水循环沉淀跑样，循环后的溶液注入废液桶中，

统计：对填砂管中试样切制铸体薄片，定期采集废液进行离子浓度测试，通过统计结果，来研究金属阳离子类型、粒度、流速、温度中影响碳酸盐矿物沉淀的主控因素。

步骤S1所述金属阳离子包括Ca

步骤S2所述按粒级粉碎具体为，按照粗砂、中砂、细砂及粉砂的粒级进行粉碎。

步骤S3所述流速多级设定具体为，蠕动泵的流速按照低速、中速和高速三个档位设定；所述温度多级设定具体为，水浴器温度按照20、40、60、80℃的区间分别进行设定；所述运行时间多级设定具体为，总控箱控制实验时间按照12、24、36、48h分别进行。

本发明一种模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备及实验方法，能够模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程，基于沉淀反应法，通过给予不同的金属阳离子类型、填料比例及粒级、跑样温度等条件，实现在综合多种地质、环境影响的基础上，对碳酸盐矿物的沉淀结晶条件和机制的研究，进而为砂岩优质储层的预测提供理论依据。

附图说明

下面结合附图对本发明一种模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备及实验方法作进一步说明：

图1是本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程设备的平面结构示意图；

图2是本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程实验方法的流程图。

图中：

1-蠕动泵、2-水浴器、3-填砂管、4-废液箱；、5-总控箱、6-设备车。

21-支架、31-第一连接管、32-第二连接管。

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下用具体实施例对本发明技术方案做进一步描述，但本发明的保护范围不限制于下列实施例。

实施方式1：如图1所示，本本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备包括用于泵入饱和离子溶液的蠕动泵1、用于模拟环境温度的水浴器2、用于填充碎屑岩储层成分碎砂的填砂管3，以及废液箱4，其中，所述蠕动泵1通过第一连接管31连接并连通所述填砂管3下端，蠕动泵1用于将配制好的溶液以不同流速注入填砂管3中；所述填砂管3设置在所述水浴器2内，填砂管3上端通过第二连接管32连通所述废液箱4，填砂管3用于填充沙粒以模拟不同类型的碎屑岩储层；所述蠕动泵1的出水管通过第一连接管31连接并连通所述填砂管3下端，所述填砂管3上端通过第二连接管32连通所述废液箱。

实施方式2：本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备所述水浴器2底部设有支架21，所述填砂管3可拆卸式固定在所述支架21上。便于填砂管在试验过程中更换填料。为所述水浴器2为透明水浴锅，所述填砂管3为透明填砂管。便于观察溶液的流动路径。具体的，所述填砂管3长度为278mm，内径为30mm；所述第一连接管31和第二连接管32的内径为6mm。其余结构和部件如实施方式1所述，不再重复描述。

实施方式3：本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备还包括用于驱动和控制设备中蠕动泵1和水浴器2运行的总控箱5和用于放置蠕动泵1、水浴器2和填砂管3的设备车6，所述总控箱5设置在设备车6上。便于设备整体移动，同时便于集中控制设备运行时间。其余结构和部件如实施方式1所述，不再重复描述。

实施例1：如图2所示，

根据模拟碳酸盐矿物的类型，配制饱含碳酸氢根离子和金属阳离子的溶液；所述金属阳离子包括Ca

根据实际碎屑岩储层中石英、长石及岩屑的类型购买或者采集样品，将样品按粒级粉碎，根据实际碎屑岩储层中石英、长石及岩屑的平均含量进行混合，装入填砂管3中；所述按粒级粉碎具体为，按照粗砂、中砂、细砂及粉砂的粒级进行粉碎。

对蠕动泵1进行流速多级设定，对水浴器2进行温度多级设定，对总控箱5进行运行时间多级设定；

完成S1至S3的溶液配制、填砂管3填料及管线连接完成后，按照由单一离子至混合离子、粒度由粗到细、流速由慢到快、温度由低到高、时间由短到长的顺序，将各样品由蠕动泵1的入水口注入，进行水循环沉淀跑样，循环后的溶液注入废液桶中，述流速多级设定具体为，蠕动泵1的流速按照低速、中速和高速三个档位设定；所述温度多级设定具体为，水浴器2温度按照20、40、60、80℃的区间分别进行设定；所述运行时间多级设定具体为，总控箱5控制实验时间按照12、24、36、48h分别进行。

对填砂管中试样切制铸体薄片，定期采集废液进行离子浓度测试，通过统计结果，来研究金属阳离子类型、粒度、流速、温度中影响碳酸盐矿物沉淀的主控因素。

本模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程的设备及实验方法，能够模拟碎屑岩储层中碳酸盐矿物结晶过程，基于沉淀反应法，通过给予不同的金属阳离子类型、填料比例及粒级、跑样温度等条件，实现在综合多种地质、环境影响的基础上，对碳酸盐矿物的沉淀结晶条件和机制的研究，进而为砂岩优质储层的预测提供理论依据。

以上描述显示了本发明的主要特征、基本原理，以及本发明的优点。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施方式或者实施例的细节，且在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此应将上述实施方式或者实施例看作示范性的，且非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而非上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。