本發明專利技術涉及一種用于酸化壓裂實驗室、研究室的基于離子濃度變化的碳酸鹽巖與酸液反應速率測定方法。它可克服滴定法測酸液濃度造成的誤差，及由CO2表示反應速率的操作復雜問題，提高測定精度。其技術方案：先用原子吸收光譜儀測定鮮酸中鈣、鎂離子濃度；鮮酸經單向閥進入中間容器活塞上部；驅替流體經恒流泵進入中間容器下部，驅動上部酸液進入油浴鍋加熱至實驗溫度，再進入雙巖板裂縫反應器中；反應后殘酸經冷卻、過濾、氣液分離，用原子吸收光譜儀測定殘酸中鈣、鎂離子濃度；最后換算得參與反應的氫離子濃度，并以氫離子濃度消耗速度表示酸巖反應速率。本方法特別適用于多元弱酸與碳酸鹽巖的反應，操作簡便、精度高，用于測定酸巖動態反應速率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于酸化壓裂實驗室、研究室的基于離子濃度變化的碳酸鹽巖與酸液反應速率的測定方法。
技術介紹
酸化壓裂，簡稱“酸壓”，是碳酸鹽巖油氣層重要的增產技術之一。酸壓設計是酸壓施工的基礎，酸巖反應速率是進行酸壓設計必須的重要參數。目前獲取酸巖反應速率的方 法有兩類。第一類方法，從反應物濃度變化的角度求取反應速率，即每隔一段時間取酸樣，并用滴定法測定其濃度，及繪制酸液反應隨時間變化的曲線，由此計算得到酸巖反應的速度。但該方法涉及的滴定操作對酸液濃度測定的精度影響很大，難以保證測定結果的準確性。另一類方法則通過紅外氣體分析儀測定酸巖反應氣態生成物(二氧化碳)的相對含量，結合氣體狀態方程和化學反應方程式，經換算得到以二氧化碳生成速度或酸液速度表示的酸巖反應速率。但該方法在氣體凈化和計量方面流程繁瑣，實驗精度難以保證。同時，由于有機酸等多元弱酸在溶液中分步電離，采用儀器直接測定酸巖反應前后氫離子濃度的變化值，計算得到的酸巖反應速率將與實際反應值不符。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服采用滴定法測試酸液濃度可能造成的誤差，避免通過測定反應氣態生成物換算酸巖反應速率的繁瑣，提高測定碳酸鹽巖與酸液反應速率的精度，特提供一種基于離子濃度變化的碳酸鹽巖與酸液反應速率的測定方法。為達到上述目的，本專利技術采用以下技術方案本專利技術中的一種基于離子濃度變化的碳酸鹽巖與酸液反應速率的測定方法，其核心為利用原子吸收光譜測定儀測定酸液反應前后溶液中鈣、鎂離子濃度，通過反應前后鈣、鎂離子濃度變化換算得到酸液中參與反應的氫離子濃度的變化，進而求得酸巖反應速率。本方法特別適用于測定有機酸等在溶液中分步電離的多元弱酸與碳酸鹽巖的反應速率。本專利技術的技術特征是一種基于離子濃度變化的碳酸鹽巖與酸液反應速率的測定方法，其特征在于將未反應的鮮酸置于儲液罐A中，用第一原子吸收光譜儀測定鮮酸中鈣、鎂離子的濃度，并做好記錄，將測定后的酸液置于儲液罐B中；再將驅替流體常溫蒸餾水儲存于儲液罐C中，使儲液罐B中的鮮酸通過單向閥進入中間容器的活塞上部，驅替流體通過恒流泵進入中間容器的活塞下部，并以設置的流速推動活塞向上運動，驅動活塞上部的酸液離開中間容器，以模擬流體的驅替壓力；然后酸液通過管線進入油浴鍋中，經過預熱盤管內加熱至預設的實驗溫度，以模擬地層溫度；升溫后的酸液輸送入雙巖板裂縫反應器中，與裂縫壁面巖石發生反應；反應后從雙巖板裂縫反應器中排出的殘酸及其反應生成物先經過換熱器冷卻至常溫，后經過過濾器濾掉不溶于殘酸的沉淀，再送入立式氣液分離器進行分離；反應的氣體生成物從分離器頂部出口排出，殘酸從分離器底部出口排出，再通過管線進入儲液罐D中，其后用第二原子吸收光譜儀測定殘酸中鈣、鎂離子的濃度，并做好記錄，將已測定的殘酸溶液置于儲液罐E中；最后分別計算反應前后鈣、鎂離子的濃度變化量，根據化學反應方程式經換算得到參與反應的氫離子濃度 ，再根據酸巖反應速率求解公式V=CV/(TS)，求得以氫離子濃度消耗速度表示的酸巖反應速率。式中v表示酸巖反應速度,mol/cm2. s ；C表不反應前后H+濃度差，mol/L ；V表不酸液體積,L ；T表不酸巖反應時間，s ；S表不巖石板表面積，cm2。本測定方法特別適用于測定有機酸等在溶液中分步電離的多元弱酸與碳酸鹽巖的反應速率。本專利技術與現有技術相比，具有以下有益效果(1)克服滴定操作精度對酸液濃度測定造成的誤差；(2)避免通過氣態生成物(二氧化碳)濃度變化表征酸液反應速率在流程上的繁瑣，提高測試精度；(3)本方法對測定有機酸等在溶液中分步電離的多元弱酸與碳酸鹽巖的反應速率尤其適用；(4)本測定方法操作簡便、精度高，用于測定碳酸鹽巖與酸液的動態反應速率。附圖說明圖I為本專利技術基于離子濃度變化的碳酸鹽巖與酸液反應速率的測定方法的實驗裝置及流程示意圖。圖中，I.儲液罐A ;2.第一原子吸收光譜儀；3.儲液罐B ;4.儲液罐C ;5.恒流泵；6.單向閥；7.活塞；8.中間容器；9.油浴鍋；10.預熱盤管；11.雙巖板裂縫反應器；12.換熱器；13.過濾器；14.立式氣液分離器；15.分離器頂部出口 ；16.分離器底部出口 ；17.儲液罐D;18.儲液罐E;19.第二原子吸收光譜儀。具體實施例方式根據圖I所示的實驗流程圖，本專利技術的具體實施方式如下 第一步，將未反應的鮮酸置于儲液罐Al中，利用第一原子吸收光譜儀2測定鮮酸溶液中鈣、鎂離子的濃度，并做好記錄，將測定后的酸液置于儲液罐B3中。第二步，將驅替流體常溫蒸餾水儲存于儲液罐C4中，儲液罐B3中的鮮酸通過單向閥6進入中間容器8的活塞7上部，驅替流體通過恒流泵5進入中間容器8的活塞7下部，并以預設的流速推動活塞7，進而驅動活塞另一側的酸液離開中間容器8 ;酸液離開中間容器8后通過管線進入油浴鍋9中，通過預熱盤管10加熱至預設的實驗溫度；升溫后的酸液進入雙巖板裂縫反應器11中，與裂縫壁面巖石發生反應。第三步，反應后，從雙巖板裂縫反應器11中排出的殘酸及反應生成物首先經過換熱器12冷卻至常溫，而后經過過濾器13濾掉不溶于殘酸的沉淀，進入立式氣液分離器14 ；反應的氣體生成物從分離器頂部出口 15排出，殘酸則從分離器底部出口 16排出，并通過管線進入儲液罐D17中，利用第二原子吸收光譜儀19測定殘酸中鈣、鎂離子濃度，并做好記錄，將已測定的殘酸溶液置于儲液罐E中。完成上述流程后，根據酸巖化學反應方程式的計量系數關系進行轉換，便可得到以酸液消耗速度表示的酸巖反應速率。實施例I——常規鹽酸與碳酸鹽巖的反應以大理石板作為酸巖反應的巖石板，巖石板表面積為50. 671cm2。用體積為O. 45L,質量百分濃度為8%的HCL作為反應酸液。實驗溫度50°C，反應時間3分鐘。具體實驗如下利用第一原子吸收光譜儀測定鹽酸溶液中鈣、鎂離子的濃度分別為Ca2+ :105. 9mg/L、Mg2+ 13. llmg/L ;油浴鍋的預熱盤管將酸液升溫至50°C，酸液在雙巖板裂縫反應器中與巖石板反應后，經冷卻、過濾、氣液分離，再用原子吸收光譜儀測定殘酸中鈣、鎂離子的濃度，分別為Ca2+ :31 48mg/L、Mg2+ :60. 03mg/L，經換算得到H+的體積摩爾濃度差為O. 156mol/L。根據酸巖反應速率求解公式V = CV/(TS)，求得質量百分濃度為8%HC1在溫度為50°C的條件下與碳酸鹽巖的反應速率為7. 6967X l(T6mol/cm2. S。實施例2—降阻酸與碳酸鹽巖的反應以大理石板作為酸巖反應的巖石板，巖石板表面積為50. 671cm2。用體積為O. 45L,質量百分濃度為8%的降阻酸作為反應酸液。實驗溫度50°C，反應時間3分鐘。具體實驗如下利用第一原子吸收光譜儀測定鹽酸溶液中鈣、鎂離子的濃度分別為Ca2+ 37. 24mg/L、Mg2+ 6. 25mg/L ;油浴鍋的預熱盤管將酸液升溫至50°C，酸液在雙巖板裂縫反應器中與巖石板反應后，經冷卻、過濾、氣液分離，再用原子吸收光譜儀測定殘酸中鈣、鎂離子的濃度，分別為Ca2+ :504. lmg/L、Mg2+ :16. 48mg/L，經換算得到H+的體積摩爾濃度差為O. 0242mol/L。根據酸巖反應速率求解公式V = CV/ (TS)，求得質量本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于離子濃度變化的酸巖反應速度測定方法，其特征在于：將未反應的鮮酸置于儲液罐A（1）中，用第一原子吸收光譜儀（2）測定鮮酸中鈣、鎂離子的濃度，并做好記錄，將測定后的酸液置于儲液罐B（3）中；再將驅替流體常溫蒸餾水儲存于儲液罐C（4）中，使儲液罐B（3）中的鮮酸通過單向閥（6）進入中間容器（8）的活塞（7）上部，驅替流體通過恒流泵（5）進入中間容器（8）的活塞（7）下部，并以設置的流速推動活塞（7）向上運動，驅動活塞（7）上部的酸液離開中間容器（8），以模擬流體的驅替壓力；然后酸液通過管線進入油浴鍋（9）中，經過預熱盤管（10）內加熱至預設的實驗溫度，以模擬地層溫度；升溫后的酸液輸送入雙巖板裂縫反應器（11）中，與裂縫壁面巖石發生反應；反應后從雙巖板裂縫反應器（11）中排出的殘酸及其反應生成物先經過換熱器（12）冷卻至常溫，后經過過濾器（13）濾掉不溶于殘酸的沉淀，再送入立式氣液分離器（14）進行分離；反應的氣體生成物從分離器頂部出口（15）排出，殘酸從分離器底部出口（16）排出，再通過管線進入儲液罐D（17）中，其后用第二原子吸收光譜儀（19）測定殘酸中鈣、鎂離子的濃度，并做好記錄，將已測定的殘酸溶液置于儲液罐E（18）中；最后分別計算反應前后鈣、鎂離子的濃度變化量，根據化學反應方程式經換算得到參與反應的氫離子濃度，再根據酸巖反應速率求解公式v＝CV/(TS)，求得以氫離子濃度消耗速度表示的酸巖反應速率。...
【技術特征摘要】
1.一種基于離子濃度變化的酸巖反應速度測定方法，其特征在于將未反應的鮮酸置于儲液罐A (I)中，用第一原子吸收光譜儀(2)測定鮮酸中鈣、鎂離子的濃度，并做好記錄，將測定后的酸液置于儲液罐B (3)中；再將驅替流體常溫蒸餾水儲存于儲液罐C (4)中，使儲液罐B (3)中的鮮酸通過單向閥(6)進入中間容器(8)的活塞(7)上部，驅替流體通過恒流泵(5)進入中間容器(8)的活塞(7)下部，并以設置的流速推動活塞(7)向上運動，驅動活塞(7)上部的酸液離開中間容器(8)，以模擬流體的驅替壓力；然后酸液通過管線進入油浴鍋(9)中，經過預熱盤管(10)內加熱至預設的實驗溫度，以模擬地層溫度；升溫后的酸液輸送入雙巖板裂縫反應器(11)中，與裂縫壁面巖石發生反應；反應后從雙巖板裂縫反應器(1...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李小剛，楊兆中，趙金洲，涂潔，紀國法，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：發明
國別省市：
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