[发明专利]水岩化学作用装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟含不同成分(如：溶解氧、溶解氮、NaOH、SO₄^2-等)水溶液与岩体发生化学作用的装置，具体为水岩化学作用装置。

背景技术

水岩化学作用也称水岩反应，是指在地质作用过程中，水溶液与矿物岩石间物质成分的相互交换作用的化学反应，有氧化性的水岩反应、还原性的水岩反应等。水岩反应发生在成岩作用的过程中，反应产物是储集层成岩作用的历史见证.它不仅可以研究成岩作用，而且可以研究岩体活动历史、成分和性质。

中国专利200510045186.3号公开了一种热液羽状体扩散模拟实验装置，包括与截止阀相连通的圆筒形扩散反应舱、压力控制装置和相应的可同时进行数据采集的计算机控制装置，其特征是它还包括与扩散反应舱体底端相连的包括试样容器、高压输液泵、三通阀、两通阀和预热装置的液体试样泵入装置。且在扩散反应舱的侧壁开有至少一对正对的观测窗口。在底端设置一个与扩散反应舱相连的安全溢流阀。又考虑到实时取样的需要，在扩散反应舱的顶端设置一个经由钛管与扩散反应舱相连的取样阀。以及包括高压输液泵、两通阀、三通阀和蓄能器的压力控制装置。本发明结构合理，实用性强，可进行现代海底热液羽状体扩散过程和水岩反应等多种实验研究。但该装置主要用于熔融流体的研究试验，无法直接针对固体岩体进行试验。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，设计一种可模拟含不同成分水溶液与岩体发生化学作用的水岩化学作用装置。该装置可直接采用各类型的岩体试样与含化学溶质的水溶液进行化学作用来研究岩体在水岩化学作用下的化学劣化过程及机理。

本发明的具体技术方案是：一种水岩化学作用装置，包括圆柱形上壳体和圆柱形下壳体，其特征在于：

上壳体内开有带台阶的圆柱形腔，其中圆柱形腔的顶部设计成倒喇叭形，倒喇叭顶部设有出水口；

下壳体内开有喇叭形腔，喇叭底部设有进水口；

上壳体下部内径略大于下壳体上部外径；

下壳体底部设有法兰盘，上壳体下部设有与法兰盘配合的螺栓孔，下壳体上部套装在上壳体的圆柱形腔中，下壳体与上壳体之间通过法兰连接；

在下壳体顶部与上壳体内的台阶之间装有岩体试样胶圈，岩体试样胶圈上面装有上密封圈，岩体试样胶圈下面装有下密封圈。实验时，将岩体试样胶圈套在圆形岩体试样周边在放入装置中。

进一步的方案是：上壳体的倒喇叭口处装有刚性多孔板，多孔板与上密封圈之间装有上渗透膜；

下壳体的喇叭口处装有下渗透膜。

刚性多孔板的作用是使岩体试样在试验中均衡受力而不变形破损，多孔板需要具有一定的抗压强度和耐化学腐蚀性能力，多孔板也可以装在台阶上；上渗透膜、下渗透膜的作用是保证与岩体试样反应的水体不含有杂质，也可以通过设于进水口的过滤器代替下渗透膜，设于出水口的过滤器代替上渗透膜。进水口、出水口的喇叭形设计有利于液体均衡渗透岩体试样充分反应，有利于装置启动等瞬间因压力突变对部件及岩体试样的损伤。上壳体和下壳体应该有足够大的强度。在出水口外侧可设置多通阀门，以便控制水岩相互作用后水溶液进行各种测试工作。

进一步的方案是：法兰连接处装有密闭垫圈。

上密封圈、岩体试样胶圈、下密封圈、密闭垫圈可多重防止液体渗漏，以保证水岩化学作用装置处于密闭环境，防止水渗漏而减小水岩作用的压力，影响试验结果或导致试验失败。

本发明的优点是：

本装置可满足不同成分(浓度)水溶液与岩体进行充分化学作用，如模拟SO₄^2-的盐类对岩体中的硫酸盐的生成或H₂SO₄对岩体的腐蚀作用，观察试验过程，研究水溶液与岩体发生化学作用机理。例如：(1)对含硫化矿物岩体进行水岩化学反应，可以研究水岩化学反应后水溶液的性质及反应后岩体试样的物理力学性质的变化；(2)运用不同浓度的酸碱性水溶液(HCl、H₂SO₄、NaOH等)对砂岩、灰岩、红层泥岩、膏溶角砾岩等岩体试样进行水岩化学作用，进而得到岩体试样腐蚀表面的微观形貌和矿物成分变化及不同时刻的岩体试样孔隙率的变化。因此，本水岩化学作用装置可以模拟多种状态的水溶液环境，得到不同侵蚀环境下受水岩化学作用岩体的化学劣化过程及机理。

附图说明

图1本发明中的水岩化学作用装置三维半剖面示意图。

图2本发明中的水岩化学作用装置正视剖面图。