[发明专利]一种基于离子浓度变化的酸岩反应速度测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于酸化压裂实验室、研究室的基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法。

背景技术

酸化压裂，简称“酸压”，是碳酸盐岩油气层重要的增产技术之一。酸压设计是酸压施工的基础，酸岩反应速率是进行酸压设计必须的重要参数。目前获取酸岩反应速率的方法有两类。第一类方法，从反应物浓度变化的角度求取反应速率，即：每隔一段时间取酸样，并用滴定法测定其浓度，及绘制酸液反应随时间变化的曲线，由此计算得到酸岩反应的速度。但该方法涉及的滴定操作对酸液浓度测定的精度影响很大，难以保证测定结果的准确性。另一类方法则通过红外气体分析仪测定酸岩反应气态生成物（二氧化碳）的相对含量，结合气体状态方程和化学反应方程式，经换算得到以二氧化碳生成速度或酸液速度表示的酸岩反应速率。但该方法在气体净化和计量方面流程繁琐，实验精度难以保证。同时，由于有机酸等多元弱酸在溶液中分步电离，采用仪器直接测定酸岩反应前后氢离子浓度的变化值，计算得到的酸岩反应速率将与实际反应值不符。

发明内容

本发明的目的是：为了克服采用滴定法测试酸液浓度可能造成的误差，避免通过测定反应气态生成物换算酸岩反应速率的繁琐，提高测定碳酸盐岩与酸液反应速率的精度，特提供一种基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明中的一种基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法，其核心为利用原子吸收光谱测定仪测定酸液反应前后溶液中钙、镁离子浓度，通过反应前后钙、镁离子浓度变化换算得到酸液中参与反应的氢离子浓度的变化，进而求得酸岩反应速率。本方法特别适用于测定有机酸等在溶液中分步电离的多元弱酸与碳酸盐岩的反应速率。

本发明的技术特征是：一种基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法，其特征在于：将未反应的鲜酸置于储液罐A中，用第一原子吸收光谱仪测定鲜酸中钙、镁离子的浓度，并做好记录，将测定后的酸液置于储液罐B中；再将驱替流体常温蒸馏水储存于储液罐C中，使储液罐B中的鲜酸通过单向阀进入中间容器的活塞上部，驱替流体通过恒流泵进入中间容器的活塞下部，并以设置的流速推动活塞向上运动，驱动活塞上部的酸液离开中间容器，以模拟流体的驱替压力；然后酸液通过管线进入油浴锅中，经过预热盘管内加热至预设的实验温度，以模拟地层温度；升温后的酸液输送入双岩板裂缝反应器中，与裂缝壁面岩石发生反应；反应后从双岩板裂缝反应器中排出的残酸及其反应生成物先经过换热器冷却至常温，后经过过滤器滤掉不溶于残酸的沉淀，再送入立式气液分离器进行分离；反应的气体生成物从分离器顶部出口排出，残酸从分离器底部出口排出，再通过管线进入储液罐D中，其后用第二原子吸收光谱仪测定残酸中钙、镁离子的浓度，并做好记录，将已测定的残酸溶液置于储液罐E中；最后分别计算反应前后钙、镁离子的浓度变化量，根据化学反应方程式经换算得到参与反应的氢离子浓度，再根据酸岩反应速率求解公式v=CV/(TS)，求得以氢离子浓度消耗速度表示的酸岩反应速率。式中：v表示酸岩反应速度，mol/cm².s；C表示反应前后H⁺浓度差，mol/L；V表示酸液体积，L；T表示酸岩反应时间，s；S表示岩石板表面积，cm²。

本测定方法特别适用于测定有机酸等在溶液中分步电离的多元弱酸与碳酸盐岩的反应速率。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：（1）克服滴定操作精度对酸液浓度测定造成的误差；（2）避免通过气态生成物（二氧化碳）浓度变化表征酸液反应速率在流程上的繁琐，提高测试精度；（3）本方法对测定有机酸等在溶液中分步电离的多元弱酸与碳酸盐岩的反应速率尤其适用；（4）本测定方法操作简便、精度高，用于测定碳酸盐岩与酸液的动态反应速率。

附图说明

图1为本发明基于离子浓度变化的碳酸盐岩与酸液反应速率的测定方法的实验装置及流程示意图。

图中，1.储液罐A；2.第一原子吸收光谱仪；3.储液罐B；4.储液罐C；5.恒流泵；6.单向阀；7.活塞；8.中间容器；9.油浴锅；10.预热盘管；11.双岩板裂缝反应器；12.换热器；13.过滤器；14.立式气液分离器；15.分离器顶部出口；16.分离器底部出口；17.储液罐D；18.储液罐E；19.第二原子吸收光谱仪。

具体实施方式

根据图1所示的实验流程图，本发明的具体实施方式如下：