CN102435716B - 一种成岩作用模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种成岩作用模拟实验装置，包括控制装置、反应溶液供应装置、多阶段连续流反应装置、溶液成份原位分析装置以及岩心渗透率演化在线检测装置；控制装置分别连接于反应溶液供应装置、多阶段连续流反应装置以及岩心渗透率演化在线检测装置；反应溶液供应装置分别连接于多阶段连续流反应装置以及岩心渗透率演化在线检测装置；多阶段连续流反应装置连接于溶液成份原位分析装置；岩心渗透率演化在线检测装置分别连接于多阶段连续流反应装置及反应溶液供应装置。本发明提供的成岩作用模拟实验装置，可完成在不同的温度和压力条件并且保持流体连续流动情况下的两个以上阶段水岩反应过程，实现连续的多阶段水岩反应实验模拟。

Description

一种成岩作用模拟实验装置

技术领域

本发明涉及石油地质领域的实验装置，特别是涉及一种成岩作用模拟实验装置，具体的讲是一种具备流体原位分析和渗透率在线检测的成岩作用模拟实验装置，主要用于模拟由于盆地升降引起温度、压力、流体性质改变而导致的溶蚀、胶结、交代等成岩作用。

背景技术

众所周知，石油与天然气等资源正日趋减少，采用更加有效和更为经济的方式开采这些资源也是大势所趋。通过对岩层的成岩作用研究，有助于判断研究岩层是否具备存储油气的条件，从而提高油气勘探的效率。

成岩作用是指沉积物向岩石转化过程中所发生的各种物理、化学及生物化学作用，主要发生在沉积之后到变质作用之前这段时间。成岩作用在油气储层研究中具有重要作用。通过对成岩作用的研究，可以了解成岩作用对储层的改造程度，从成岩角度评价和预测储层。成岩作用是内部***与外界环境相互作用、相互协调的过程，不同盆地类型可以有不同的成岩演化，同一盆地，不同部位成岩演化也可能不同。

目前，模拟不同埋藏环境的水岩反应实验是成岩作用研究的重要手段之一。水岩反应是指在地质作用过程中，水溶液与矿物岩石间发生物质成分相互交换的化学反应。在沉积物埋藏、加热和压实的过程中，沉积物中的流体会被排出。随着流体的运移，它会与其它岩石或矿物发生反应，形成具有一定化学属性的流体。伴随着盆地的升降，岩层的温度、压力、流体性质也随之改变，从而发生溶蚀、胶结、交代等成岩作用。现有模拟实验装置只能提供单一阶段的水岩反应模拟，装置自动化程度低、设计简单，难以很好地模拟构造演化、沉降埋藏等地质作用造成实际地层中温度、压力、流体性质变化所导致的溶蚀、胶结、交代等成岩作用。

发明内容

本发明提供了一种成岩作用模拟实验装置，包括控制装置、反应溶液供应装置、多阶段连续流反应装置、溶液成份原位分析装置以及岩心渗透率演化在线检测装置；其中，所述控制装置分别连接于所述反应溶液供应装置、所述多阶段连续流反应装置以及所述岩心渗透率演化在线检测装置；所述反应溶液供应装置分别连接于所述多阶段连续流反应装置以及所述岩心渗透率演化在线检测装置；所述多阶段连续流反应装置连接于所述溶液成份原位分析装置；所述岩心渗透率演化在线检测装置分别连接于所述多阶段连续流反应装置及所述反应溶液供应装置；所述控制装置控制所述反应溶液供应装置在设定的压力和流速下，从外部抽取反应溶液及反应气体，并将所述反应溶液及反应气体送入到所述多阶段连续流反应装置或所述岩心渗透率演化在线检测装置；所述多阶段连续流反应装置包括至少两个反应釜，所述反应釜中放置待测岩石，所述待测岩石与所述反应溶液进行反应，生成反应生成液；所述反应生成液流入到所述溶液成份原位分析装置，在高温高压条件下分析所述反应生成液的成份和含量；所述岩心渗透率演化在线检测装置用于放置待测岩心，并与所述反应溶液或所述反应生成液进行反应，用于实时、在线检测所述待测岩心的渗透率。

本实施例中，所述成岩作用模拟实验装置还包括至少两个溶液在线取样器，对应连接于所述多阶段连续流反应装置中的至少两个反应釜，用于高温高压下在线获取所述至少两个反应釜中的反应生成液。

本实施例中，所述多阶段连接流反应装置还包括至少两个温度探测器，对应连接于所述至少两个反应釜，并连接所述控制装置，用于检测对应反应釜中的反应生成液的温度，并反馈给所述控制装置显示。

本实施例中，所述成岩作用模拟实验装置还包括至少两个过压保护器，设置在所述至少两个反应釜的出口处，用于当模拟实验装置实际压力高于设定安全值时，***自动泄压。

本发明提供的成岩作用模拟实验装置，能够模拟不同的地层埋藏环境，完成在不同的温度和压力条件并且保持流体连续流动情况下的两个以上阶段水岩反应过程，实现连续的多阶段水岩反应实验模拟，这将有助于使实验阶段中流体化学性质更接近于自然界的实际情况。在多阶段连续流动的实验过程中，通过复制成岩作用过程中不同阶段的温度、压力、流体化学性质、矿物组成和流动特征，可以有效模拟由于盆地升降造成实际地层中温度、压力、流体性质改变所导致的溶蚀、胶结、交代等成岩作用。

本发明提供的成岩作用模拟实验装置既可以模拟开放流动体系又可以模拟静态封闭体系下的水岩反应，尤其是通过多阶段连续流的实验能较真实地模拟实际地层所发生的成岩作用；再结合高温高压溶液成份原位分析技术和高温高压溶液在线取样技术，能够对各个阶段反应生成液的流体属性进行分析，这样就实现了对成岩模式的实验模拟，有助于提供更为准确的成岩模式；利用岩心渗透率演化在线检测装置，可以有效模拟覆压和高温条件下真实岩心与流体之间的水岩反应，并可以实时、在线检测岩心的渗透率值，实现定量描述流体对岩心内部孔隙的改造效率。

本发明提供的成岩作用模拟实验装置的多个反应釜之间以及反应釜与岩心夹持器之间的连接方式采用了串/并连接设计，在串联状态下，成岩作用模拟实验装置可以提供多阶段连续流动实验环境，进行多阶段的水岩反应实验模拟；在并联状态下，反应釜或岩心夹持器可以各自独立运行，提供单一阶段水岩反应实验模拟，从而提高工作效率。并且，反应釜、阀门、管线均采用inconel625合金材料制成，这就确保整个装置能够耐高温、耐高压和耐强酸强碱腐蚀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的成岩作用模拟实验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的反应溶液供应装置的结构示意图；

图3为本发明成岩作用模拟实验装置的另一个实施例的结构示意图；

图4为本发明成岩作用模拟实验装置的又一个实施例的结构示意图；

图5为本发明实施例的溶液成分原位分析装置的结构示意图；

图6为本发明实施例的岩心渗透率演化在线检测装置的结构示意图；

图7为包含多个第一加热装置的多阶段连续流反应装置的结构示意图；

图8为包含一个第一加热装置的多阶段连续流反应装置的结构示意图；

图9为包含第二加热装置的岩心渗透率演化在线检测装置的结构示意图；

图10为本发明实施例的控制装置的结构示意图；

图11为本发明实施例的N阶段水岩反应实验模拟装置中的具有N个反应釜及N-1个变温器的连接结构示意图；

图12为本发明实施例的成岩作用模拟实验装置的一个具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例的成岩作用模拟实验装置的结构示意图。如图所示，本实施例中的所述的成岩作用模拟实验装置包括控制装置1、反应溶液供应装置2、多阶段连续流反应装置3、溶液成份原位分析装置4以及岩心渗透率演化在线检测装置5；其中，所述控制装置1分别连接于所述反应溶液抽取装置2、所述多阶段连续流反应装置3以及所述岩心渗透率演化在线检测装置5；所述反应溶液供应装置2分别连接于所述多阶段连续流反应装置3以及所述岩心渗透率演化在线检测装置5；所述多阶段连续流反应装置3连接于所述溶液成份原位分析装置4；所述岩心渗透率演化在线检测装置5分别连接于所述多阶段连续流反应装置3及所述反应溶液供应装置2。

所述控制装置1控制所述反应溶液供应装置2在设定的压力和流速下，从外部抽取反应溶液及反应气体，并将所述反应溶液及反应气体送入到所述多阶段连续流反应装置3或所述岩心渗透率演化在线检测装置5中。

所述多阶段连续流反应装置3包括至少两个反应釜，所述反应釜中放置待测岩石，所述待测岩石与所述反应溶液进行反应，生成反应生成液。

所述反应生成液流入到所述溶液成份原位分析装置4，在高温高压条件下分析所述反应生成液的成份和含量，提供更为准确的成岩模式。

所述岩心渗透率演化在线检测装置5用于放置待测岩心，并与所述反应溶液或所述反应生成液进行反应，用于实时、在线检测所述待测岩心的渗透率，实现定量描述流体对岩心内部孔隙的改造效率。

在本实施例中，如图2所示，反应溶液供应装置2包括：液相泵201，用于设定实验所需的流速，并从外部抽取反应溶液，以及通过压缩溶液提供实验所需的压力；其中，反应溶液可为淡水或油田水，也可以为人工配置的溶液。气相泵202，用于在所述的压力和流速下，抽取外部反应气体，如二氧化碳或硫化氢等；预热器203，用于将所述反应溶液和所述反应气体混合所生成的反应溶液进行加热。其中，所述气相泵202为高压气相泵，液相泵201为高压液体柱塞泵，液相泵201中配置有压力传感器和流速传感器，连接于控制装置1，可以设置反应溶液的流速，并根据压缩溶液提供实验所需的压力。

在本实施例中，如图3所示，所述成岩作用模拟实验装置还包括至少两个溶液在线取样器601、602，对应连接于所述多阶段连续流反应装置3中的至少两个反应釜301、302，用于高温高压下在线获取所述至少两个反应釜301、302中的反应生成液。其中，所述多阶段连接流反应装置还包括至少两个温度探测器（图3中未示），对应连接于所述至少两个反应釜301、302，并连接所述控制装置1，用于检测对应反应釜中的反应生成液的温度，并反馈给所述控制装置1显示。其中，本实施例中的反应釜至少为两个，根据实验需要，可以设置反应釜为更多个，以提供更多阶段的成岩作用模拟实验。并且，成岩作用模拟试验中的多个反应釜之间采用了串/并连接设计，在串联状态下，成岩作用模拟实验可以提供多阶段连续流动实验环境，进行多阶段的水岩反应实验模拟；在并联状态下，每个反应釜可以各自独立运行，提供单一阶段水岩反应模拟实验。

在本实施例中，如图4所示，所述成岩作用模拟实验装置还包括至少两个过压保护器701、702，设置在所述至少两个反应釜301、302的出口处，用于当模拟实验装置实际压力高于设定安全值时，***自动泄压。

在本实施例中，如图5所示，所述溶液成份原位分析装置4包括至少两个原位观测池401、402，光纤探头403和光谱分析仪404；所述至少两个原位观测池401、402通过所述光纤探头403与所述光谱分析仪404进行连接，用于在高温高压原位条件下分析所述至少两个反应釜中生成的反应生成液的成份与含量。其中，原位观测池401、402与反应釜301、302也是一一对应设置，用于观测每一反应釜中生成的反应生成液的成份与含量。本实施例中，原位观测池可为蓝宝石视窗池。光谱分析仪404包括紫外可见光光谱仪、激光拉曼光谱仪或红外可见光谱仪。

在本实施例中，如图6所示，岩心渗透率演化在线检测装置5包括：岩心夹持器501，用于夹持待测岩心；手动泵502，用于为所述岩心夹持器501提供预设的围压；压差探测器503，连接控制装置1，用于测量所述岩心夹持器501两端的压差，并将所述压差反馈给所述控制装置1，实时在线检测所述待测岩心的渗透率。其中，岩心夹持器501与多阶段连续流反应装置3中的反应釜之间也是采用了串/并连连设计，在串联状态下，可以进行多阶段的水岩反应实验模拟，在并联状态下，反应釜和岩心夹持器可以各自独立运行，提供单一阶段水岩反应实验模拟。

在本实施例中，所述岩心夹持器501包括夹持器壳体和升压罐，所述升压罐包围所述夹持器壳体设置；所述手动泵502连接所述升压罐，通过所述手动泵502压缩所述升压罐与所述夹持器壳体之间的溶液，提供所述夹持器壳体的围压；所述压差探测器503连接在所述夹持器壳体的两端，用于测量流体经过待测岩心时，岩心夹持器501两端产生的压力差，从而可以计算待测岩心的渗透率，以实现定量描述流体对岩心内部孔隙的改造效率。

在本实施例中，如图7所示，所述多阶段连接流反应装置3还包括第一加热装置303，用于为所述至少两个反应釜301、302加热，设定所述反应釜中的反应生成液的温度。所述第一加热装置303可为外加热套，均匀包裹所述反应釜301、302，并连接到所述控制装置1。第一加热装置303包括电阻丝，用于加热；温控热电偶，用于控制所述电阻丝的加热温度；温度探测器，用于检测所述电阻丝的加热温度。所述电阻丝、温控热电偶及温度探测器均连接于控制装置。其中，第一加热装置303对应于多个反应釜可设置为多个，此时可为不同的反应釜提供不同的工作温度，进行在不同温度下多阶段的水岩反应实验模拟也可以设置一个整体加热装置，包裹多个反应釜，此时，所有的反应釜工作在同一温度下，进行在同一温度下多阶段的水岩反应实验模拟。也就是说，控制装置1可以控制与多个反应釜一一对应设置的多个第一加热装置303，如图7所示；也可以控制一个为多个反应釜整体加热的第一加热装置303，如图8所示。

在本实施例中，如图9所示，所述岩心渗透率演化在线检测装置5还包括第二加热装置504，连接于所述控制装置1，用于为所述岩心夹持器501加热，设定所述岩心夹持器501的实验温度。本实施例中，所述第二加热装置504为外加热套，均匀包裹所述岩心夹持器501的升压罐，并连接控制装置1。其中，第二加热装置504包括电阻丝，用于加热；温控热电偶，用于控制所述电阻丝的加热温度；温度探测器，用于检测所述电阻丝的加热温度。所述电阻丝、温控热电偶及温度探测器均连接于控制装置1。

在本实施例中，如图10所示，所述控制装置1包括控制柜101及计算机102，用于控制并显示用于控制并显示所述预热器203加热的反应溶液的温度、所述反应釜301、302中反应生成液的温度以及所述岩心夹持器501的围压及其中反应溶液的温度。其中，控制装置1连接于反应溶液供应装置2中的气相泵202和液相泵201的电机，控制其工作，还连接液相泵201中的压力传感器和流速传感器，显示反应溶液的流速；控制装置1还连接多阶段连接流反应装置3的第一加热装置303，控制反应釜的实验温度；控制装置1还连接岩心渗透率演化在线检测装置5的第二加热装置504和压差探测器503，控制岩心夹持器501的工作温度及显示岩心夹持器501两端的压差。

在本实施例中，如图11所示，所述至少两个反应釜之间连接有变温器，用于控制所述至少两个反应釜中的反应生成液的温度不同。其中，根据反应釜的数量不同，变温器对应于反应釜设置的数量也不同。当实验装置中有3个反应釜时，则在反应釜串联的管路上设置有两个变温器，位于两个反应釜之间，即可进行三个阶段的水岩反应实验模拟。同样，当实验装置中有N个反应釜时，则在反应釜串联的管路上设置有N-1个变温器，位于两个反应釜之间，即可进行N个阶段的水岩反应实验模拟。

在本实施例中，反应釜以及连接反应釜的管线和阀门由inconel625合金材料制成，确保整个装置耐高温、耐高压及耐强酸强碱腐蚀。因此，本实施例中，所述岩心渗透率演化在线检测装置5的最高工作温度为170℃，最高工作压力为68MPa。所述多阶段连接流反应装置3的最高工作温度为400℃，最高工作压力为100MPa。

实施例一：

图12为本发明的成岩作用模拟实验装置的一个具体实施例的结构示意图。如图所示，本发明的实验装置包括反应釜R1、反应釜R2、气相泵F1、液相泵F2、预热器W1、变温器W2、过压保护器C1、过压保护器C2、温度探测器T1、温度探测器T2、冷凝器W3、反向压力控制器P、气液分离器S，溶液成份原位分析装置的原位观测池B1、原位观测池B2、光纤探头X和光谱分析仪G，溶液在线取样器的取样管Q1、取样管Q2和阀门V4、V5、V11、V12，渗透率实时在线检测装置的岩心夹持器R3、压差探测器P1、手动泵F3，另外还有多阶段连续流反应装置和渗透率实时在线检测装置的加热装置（未图示）和控制柜K和计算机M。本实施例的气相泵F1为高压气体泵，液相泵F2为高压液体柱塞泵，其中，高压液体柱塞泵F2配置有压力传感器和流速传感器。高压液体柱塞泵F2和高压气体泵F1的出口通过阀门、管线与预热器W1入口连接，预热器W1出口通过耐温三通阀门V1、V2、V13和管线分别与反应釜R1、反应釜R2和岩心夹持器R3的进口连通；反应釜R1和反应釜R2包括中空的壳体，壳体内设置有样品支架，用于放置固体样品，壳体上下两端均具有开口，并都装有过滤器，下方为流体进口，上方为流体出口；反应釜R1出口分别连接温度探测器T1、过压保护器C1、溶液在线取样管Q1和原位观测池B1入口，反应釜R2出口分别连接温度探测器T2、过压保护器C2、溶液在线取样管Q2和原位观测池B2的入口；过压保护器C1、C2用于当***实际压力高于设定安全值时，***自动泄压，温度探测器T1、T2用于测量反应附中生成的反应溶液的温度；反应釜R1出口通过阀门V4连接取样管Q1，反应釜R2出口通过阀门V11连接取样管Q2，取样管具有确定的容积，取样管Q1的出口端连接阀门V5,取样管Q2的出口端连接阀门V12，取样管用于在反应过程中获取反应釜内的生成液，进行成分与含量分析；原位观测池B1出口和原位观测池B2出口通过光纤探头X与光谱分析仪G连接，反应釜的生成液会流经原位观测池，利用光谱分析仪G可以在高温高压原位条件下分析原位观测池B1、B2内生成液的成分与含量；本实施例的光谱分析仪包括紫外可见光谱仪、激光拉曼光谱仪或红外可见光谱仪，原位观测池为蓝宝石视窗池；蓝宝石视窗池B1的出口连接三路：一路通过耐温三通阀门V6、V7、V8和阀门V9顺次连接冷凝器W3、反向压力控制器P、气液分离器S，一路通过耐温阀门V6、变温器W2及耐温阀门V10与反应釜R2的进口连通，一路通过耐温三通阀门V6、V7、V8、V13与岩心夹持器R3进口连通；蓝宝石视窗池B2的出口连接两路：一路通过耐温三通阀门V7、V8和阀门V9顺次连接冷凝器W3、反向压力控制器P、气液分离器S，一路通过耐温三通阀门V7、V8、V13与岩心夹持器R3进口连通；其中反向压力控制器P用于维持流动状态下***压力的稳定，采用手动调节方式；岩心夹持器R3包括夹持器壳体和包围夹持器壳体的升压罐，壳体内具有放置所需夹持岩心的空腔；岩心夹持器R3壳体上下两端均具有开口，下方为流体进口，上方为流体出口，出口端通过管线和阀门V15形成溶液出口，进口端和出口端两端连接差压探测器P1，用于测量流体经过岩心样品时岩心夹持器R3壳体两端产生的压力差；包围岩心夹持器壳体的升压罐和夹持器壳体之间包围有空腔，空腔内充满溶液，手动泵F3连接升压罐接口，压缩升压罐腔体内的溶液，对岩心夹持器R3壳体产生围压。多阶段连续流反应装置和渗透率实时在线检测装置的加热装置均为外加热套，分别包裹反应釜R1和反应釜R2、变温器W2和岩心夹持器R3的夹持器壳体，每个外加热套包括电阻丝、温控热电偶、温度探测器；电阻丝分别均匀缠绕、包裹反应釜R1和R2、变温器和岩心夹持器壳体，用于加热，温控热电偶控制电阻丝加热温度，温度探测器检测电阻丝加热温度；控制装置由控制柜K和与其相连的计算机M组成，控制柜K分别连接气相泵F1和液相泵F2中的电机、液相泵F2配置的压力传感器和流速传感器、温度探测器T1和T2，以及压差探测器P1，还连接多阶段连续流反应装置和渗透率实时在线检测装置的加热装置的每个外加热套的电阻丝、温控热电偶和温度探测器。

此外，成岩作用的模拟实验装置的反应釜R1、反应釜R2和岩心夹持器R3之间连接方式采用了串/并连接设计。在图12中，通过三通阀门V6和V10之间的管线以及V7、V8和V13之间的管线将反应釜R1、反应釜R2之间或反应釜R1、反应釜R2、岩心夹持器R3之间串联起来，而通过三通阀门V1、V2、V13又将反应釜R1、反应釜R2、岩心夹持器R3并联起来；在串联状态下，成岩作用模拟实验装置可以提供多阶段连续流动实验环境，进行多阶段的水岩反应实验模拟；在并联状态下，反应釜R1、反应釜R2或岩心夹持器R3可以各自独立运行，提供单一水岩反应实验模拟，从而提高工作效率。

成岩作用的模拟实验装置中的反应釜、阀门、管线由耐温耐压耐腐蚀的inconel625合金材料制成，可以模拟从表生到深埋藏环境下的溶蚀、胶结、交代等成岩作用，包括不同二氧化碳分压、H₂S、有机酸等酸性流体与岩石或矿物的溶蚀作用。

根据实验需求，可以选择合适的固体样品。固体岩石样品既可以是矿物颗粒，也可以是天然岩心的柱塞样，岩心柱的最大直径为1英寸。反应气体可以是二氧化碳或硫化氢等。根据实验模拟的地质环境，反应溶液可以是天然溶液，例如油田水、淡水等，也可以是人工配制溶液。

进行多阶段流动的成岩作用模拟实验时，打开反应釜R1和R2，分别放入不同类型的岩石样品01和02，然后密封反应釜。通过控制柜K和计算机M设定反应釜R1和R2、预热器W1和变温器的实验温度。调节阀门，确保成岩作用模拟实验体系畅通。调节反向压力控制器P，确定流动体系的工作压力。启动高压液体柱塞泵F2和高压气体泵F1，在设定实验压力和流速下，分别将反应溶液和气体抽送到预热器W1。在预热器W1中，气液混合的反应溶液预先被加热，并流入到反应釜R1中。在反应釜R1中，反应溶液在设定温度t₁下与岩石样品01反应，形成反应生成液001。反应生成液001流经原位观测池B1，利用高温高压原位光谱分析技术对生成的反应生成液001进行成分与含量分析。此外，打开阀门V4，反应釜R1内生成的反应生成液001会在高压驱动下流入取样管Q1中，待取样完成后关闭阀门V4。完成针对反应釜R1的高温高压溶液在线取样后，利用常规分析设备对取样管Q1中溶液进行成分与含量分析。通过高温高压原位光谱分析和高温高压在线取样分析，可以获知反应釜R1内的反应生成液001的属性变化。流经原位观测池B1中的生成的反应溶液001继续流动，进入变温器W2，经过降温（模拟成岩过程中流体沿裂缝上移，导致温度降低的地质情况）或加温（模拟成岩过程中流体沿裂缝下移，导致温度增加的地质情况）后，流入到反应釜R2中，并在温度t2的条件下与岩石样品02进行反应，形成反应生成液002。反应生成液002流经原位观测池B2，利用高温高压原位光谱分析技术对反应生成液002进行成分与含量分析。此外，打开阀门V11，反应釜R2内的反应生成液002会在高压驱动下流入取样管Q2中，待取样完成后关闭阀门V11。完成针对反应釜R2的高温高压溶液在线取样后，利用常规分析设备对取样管Q2中溶液进行成分与含量分析。反应生成液002继续流动，经冷凝器W3、反向压力控制器P和气液分离器S后流入样品杯。如此持续操作，直至实验结束。根据实验需要，可以通过添加反应釜和变温器等部件，提供更多阶段的成岩作用实验模拟。

针对岩心渗透率实时在线测定实验，先将天然岩心柱样品03放入岩心夹持器R3内，然后密封岩心夹持器R3。操作手动泵F3，赋予岩心样品03一定的围压。反应溶液可以是预热器W1中的溶液，也可以是反应釜R1或反应釜R2的生成液。通过包裹岩心夹持器R3壳体的加热装置，可以设定反应溶液的实验温度。当反应溶液经过天然岩心柱样品03时，岩心夹持器R3两端会产生压力差，压差探测器P1可以测得该压力差，通过该值可以计算发生水岩反应之后岩心样品的绝对渗透率值,实现定量描述流体对岩心内部孔隙的改造效率。

在整个实验过程中，反应釜R1的设定条件代表较深埋藏环境，通过化学分析反应生成液001，可以获知代表该环境下流体的化学属性。反应釜R2的设定条件代表浅埋藏环境，通过化学分析反应生成液002，可以获知代表该环境下流体的化学属性。通过变温器W2降温以及反应釜R1和反应釜R2之间设定的反应温度差，可以模拟地质作用（构造抬升）导致流体的温度等环境因素的改变，该装置是研究成岩模式的有效手段，有利于提供更加正确的成岩模式。

实施例二：

下面通过一个具体实验来介绍本发明在成岩作用研究中的功能。

在碎屑岩地层中，可以观察到大量存在的碳酸盐胶结物，却很难发现由碳酸盐的溶解形成的次生孔隙，长石等铝硅酸盐溶解形成的空间反而是次生孔隙的主体，这一现象与碳酸盐岩比硅酸岩更易溶解的普遍认识不相符合。地质家提出碳酸盐倒退溶解模式来解释上述现象，即相对低温的浅埋藏的环境更有利于碳酸盐矿物的溶解，并通过热力学计算方式加以证明。然而，采用热力学计算的方式对成岩模式进行证明与解释来说，存在较多不利因素：1）热力学计算的数据多来自文献中的报道，数据的真实性有待商榷；2）数学计算模型很难准确描述天然卤水的地球化学属性与行为，这是因为天然卤水的化学组分非常复杂。

利用本发明的成岩作用模拟实验装置可以提供更接近自然界的模拟条件对碳酸盐倒退溶解模式加以模拟。为了验证碳酸盐倒退溶解模式，本实施例利用图12所示的成岩作用模拟实验装置，设定反应釜R1的温度为200℃，反应釜R2的温度为50℃，反应溶液为纯水，岩石样品分别采用方解石与钠长石的颗粒，粒径范围为2.8～4.0mm。首先，调节阀门，确保反应釜R1和反应釜R2为连通状态。打开反应釜R1和R2，分别放入等量的方解石与钠长石颗粒样品，然后密封反应釜R1和R2。启动高压液体柱塞泵F2，将纯水以0.1ml/min流速注入***中，待***出口流出水后，调节反向压力控制器P，确定流动体系的工作压力为25MPa。设定预热器W1和反应釜R1的实验温度为200℃，变温器W2和反应釜2的实验温度为50℃。根据溶液流速与反应釜体积大小的计算，在持续反应48小时后，反应釜R1和反应釜R2内溶液分别达到相对稳定的状态。此时，打开阀门V4，反应釜R1内生成液001会在高压驱动下流入取样管Q1中，待取样完成后关闭阀门V4。完成针对反应釜R1的高温高压溶液在线取样后，利用常规分析设备对取样管Q1中溶液进行成分与含量分析。打开阀门V11，反应釜2内生成液002会在高压驱动下流入取样管Q2中，待取样完成后关闭阀门V11。完成针对反应釜2的高温高压溶液在线取样后，利用常规分析设备对取样管Q2中溶液进行成分与含量分析。

根据碳酸盐倒退溶解模式，可以预计反应生成液002中的钙离子将高于反应生成液001中的含量，反应生成液002中的钠离子将低于或相当于反应生成液001中的含量。通过该实验，可以验证碳酸盐倒退溶解模式在解释碎屑岩地层中，大量存在碳酸盐胶结物和长石等铝硅酸盐溶蚀次生孔这一地质现象的应用效果。

本发明提供的成岩作用模拟实验装置，包括两个以上通过管线和阀门相互连通的耐温耐压反应釜，能够模拟不同的地层埋藏环境，完成在不同的温度和压力条件并且保持流体连续流动情况下的两个以上阶段水岩反应过程，实现连续的多阶段水岩反应实验模拟，这将有助于使实验阶段中流体化学性质更接近于自然界的实际情况。在多阶段连续流动的实验过程中，通过复制成岩作用过程中不同阶段的温度、压力、流体化学性质、矿物组成和流动特征，可以有效模拟由于盆地升降造成实际地层中温度、压力、流体性质改变所导致的溶蚀、胶结、交代等成岩作用；本发明成岩作用模拟实验装置具有耐高温高压、加热快且温度均匀、稳定加压、高温高压原位分析溶液成份、高温高压在线取样、高温高压在线检测渗透率等功能，既可以模拟开放流动体系又可以模拟静态封闭体系下的水岩反应，尤其是通过多阶段连续流的实验能较真实地模拟实际地层所发生的成岩作用；再结合高温高压溶液成份原位分析技术和高温高压溶液在线取样技术，能够对各个阶段反应生成液的流体属性进行分析，这样就实现了对成岩模式的实验模拟，有助于提供更为准确的成岩模式；利用岩心渗透率演化在线检测装置，可以有效模拟覆压和高温条件下真实岩心与流体之间的水岩反应，并可以实时、在线检测岩心的渗透率值，实现定量描述流体对岩心内部孔隙的改造效率。

根据成岩作用模拟实验研究内容，实验用岩石样品既可以是圆柱体状，也可是颗粒状。实验所需高压是由高压液体柱塞泵从储液罐中抽取溶液并压缩所产生，实验所需高温是通过包裹在反应釜外侧的均匀缠绕电阻丝制成的电加热套产生的高热实现的，由于电阻丝是均匀缠绕的，所以反应釜温度是均匀的。整个装置的温度与压力控制既可以通过控制柜的控制面板手动调节，又可以选择计算机操作。反应釜的入口端连接预热器或变温器，用于预先加热或冷却反应流体，可以减少甚至避免流体在反应釜内的温度差。反应釜的出口与入口两端装有阀门，通过调节阀门，反应釜可以进行静态封闭反应体系也能提供开放流动反应体系。反应釜的出口端连接高温高压在线取样装置，该装置可以在反应过程中获取反应釜内的生成液，用于成分与含量分析；反应釜的出口端还连接原位观测池，光纤探头将原位观测池与光谱仪连接，在多阶段连续流动反应体系中，反应釜的生成液会流经原位观测池，此时，利用光谱仪可以在高温高压原位条件下分析观测池内生成液的成分与含量。当流体经过岩心夹持器内岩心柱体样品时，岩心夹持器两端会产生压力差，该值可由岩心夹持器两端装有的差压探测器测得，通过该值可以计算岩石样品的渗透率。岩心夹持器围压是由手动泵压缩夹持器的升压罐内溶液所产生。此外，成岩过程模拟实验装置的多个反应釜之间以及反应釜与岩心夹持器之间的连接方式采用了串/并连接设计，在串联状态下，成岩作用模拟实验装置可以提供多阶段连续流动实验环境，进行多阶段的水岩反应实验模拟；在并联状态下，反应釜或岩心夹持器可以各自独立运行，提供单一阶段水岩反应实验模拟，从而提高工作效率。并且，反应釜、阀门、管线均采用inconel625合金材料制成，这就确保整个装置能够耐高温、耐高压和耐强酸强碱腐蚀。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述的成岩作用模拟实验装置用于模拟流体在岩石内部孔隙中运移与水岩反应，并实时在线测定流体属性和渗透率变化，其包括控制装置、反应溶液供应装置、多阶段连续流反应装置、溶液成份原位分析装置以及岩心渗透率演化在线检测装置；

其中，所述控制装置分别连接于所述反应溶液供应装置、所述多阶段连续流反应装置以及所述岩心渗透率演化在线检测装置；所述反应溶液供应装置分别连接于所述多阶段连续流反应装置以及所述岩心渗透率演化在线检测装置；所述多阶段连续流反应装置连接于所述溶液成份原位分析装置；所述岩心渗透率演化在线检测装置分别连接于所述多阶段连续流反应装置及所述反应溶液供应装置；

所述控制装置控制所述反应溶液供应装置在设定的压力和流速下，从外部抽取反应溶液及反应气体，并将所述反应溶液及反应气体送入到所述多阶段连续流反应装置或所述岩心渗透率演化在线检测装置；

所述多阶段连续流反应装置包括至少两个反应釜，所述反应釜中放置待测岩石，所述待测岩石与所述反应溶液进行反应，生成反应生成液；其中，所述反应釜之间采用串联或并联连接设计，在串联状态下，所述反应釜用于给成岩作用模拟实验提供多阶段连续流动实验环境，进行多阶段的水岩反应实验模拟；在并联状态下，每个所述反应釜各自独立运行，提供单一阶段水岩反应模拟实验；

所述反应生成液流入到所述溶液成份原位分析装置，在高温高压条件下分析所述反应生成液的成份和含量；

所述岩心渗透率演化在线检测装置用于放置待测岩心，并与所述反应溶液或所述反应生成液进行反应，用于实时、在线检测所述待测岩心的渗透率；其中，所述岩心渗透率演化在线检测装置包括岩心夹持器、手动泵及压差探测器；所述岩心夹持器与所述反应釜之间采用串联或并联连接设计，在串联状态下，所述岩心夹持器与所述反应釜用于进行多阶段的水岩反应实验模拟，在并联状态下，所述反应釜和岩心夹持器各自独立运行，提供单一阶段水岩反应实验模拟。

2.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述反应溶液供应装置包括：

液相泵，用于设定实验所需的流速，并从外部抽取反应溶液，以及通过压缩溶液提供实验所需的压力；

气相泵，用于在所述的压力和流速下，抽取外部反应气体；

预热器，用于将所述反应溶液和反应气体进行气液混合生成的反应溶液进行加热。

3.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述成岩作用模拟实验装置还包括：

至少两个溶液在线取样器，对应连接于所述多阶段连续流反应装置中的至少两个反应釜，用于高温高压下在线获取所述至少两个反应釜中的反应生成液。

4.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述多阶段连接流反应装置还包括：

至少两个温度探测器，对应连接于所述至少两个反应釜，并连接所述控制装置，用于检测对应反应釜中的反应生成液的温度，并反馈给所述控制装置显示。

5.如权利要求3所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述成岩作用模拟实验装置还包括：

至少两个过压保护器，设置在所述至少两个反应釜的出口处，用于当模拟实验装置实际压力高于设定安全值时，***自动泄压。

6.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述溶液成份原位分析装置包括至少两个原位观测池、光纤探头和光谱分析仪；

所述至少两个原位观测池对应连接于所述至少两个反应釜，并通过所述光纤探头与所述光谱分析仪连接，用于高温高压原位分析所述对应反应釜中反应生成液的成份与含量。

7.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述岩心渗透率演化在线检测装置包括岩心夹持器、手动泵及压差探测器；其中，所述岩心夹持器分别连接于所述手动泵及所述压差探测器；

所述岩心夹持器用于夹持所述待测岩心；所述手动泵为所述岩心夹持器提供预设的围压；所述压差探测器连接所述控制装置，用于测量所述岩心夹持器两端的压差，并将所述压差反馈给所述控制装置，实时在线检测所述待测岩心的渗透率。

8.如权利要求7所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器包括夹持器壳体和升压罐，所述升压罐包围所述夹持器壳体；

所述手动泵连接所述升压罐，通过所述手动泵压缩所述升压罐与所述夹持器壳体之间的溶液，提供所述夹持器壳体的围压；所述压差探测器连接在所述夹持器壳体两端，用于测量所述岩心夹持器两端的压差。

9.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述多阶段连接流反应装置还包括：

第一加热装置，用于为所述至少两个反应釜加热，设定所述反应釜中的反应生成液的温度。

10.如权利要求9所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述第一加热装置为外加热套，均匀包裹所述至少两个反应釜，并连接所述控制装置，其包括：

电阻丝，用于加热；

温控热电偶，用于控制所述电阻丝的加热温度；

温度探测器，用于检测所述电阻丝的加热温度。

11.如权利要求8所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述岩心渗透率演化在线检测装置还包括：

第二加热装置，用于为所述岩心夹持器加热，设定所述岩心夹持器中的反应溶液的实验温度。

12.如权利要求11所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述第二加热装置为外加热套，均匀包裹所述岩心夹持器的升压罐，并连接所述控制装置，其包括：

电阻丝，用于加热；

温控热电偶，用于控制所述电阻丝的加热温度；

温度探测器，用于检测所述电阻丝的加热温度。

13.如权利要求1～12任一项所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述控制装置包括控制柜及计算机，用于控制并显示所述预热器加热的反应溶液的温度、所述反应釜中反应生成液的温度以及所述岩心夹持器的围压及其中反应溶液的温度。

14.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述至少两个反应釜之间连接有变温器，用于将所述至少两个反应釜中的反应生成液的温度设置为不同。

15.如权利要求2所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述反应溶液包括淡水、配制溶液或油田水。

16.如权利要求2所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述反应气体包括二氧化碳或硫化氢。

17.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述岩心渗透率演化在线检测装置的最高工作温度为170℃，最高工作压力为68MPa。

18.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述多阶段连接流反应装置的最高工作温度为400℃，最高工作压力为100MPa。

19.如权利要求1所述的成岩作用模拟实验装置，其特征在于，所述反应釜由inconel625合金材料制成。