CN109801544A - 一种碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳酸盐岩成因研究技术领域，尤其涉及一种碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置及其使用方法。本发明的碳酸盐岩成因环境条件模拟装置包括反应釜、二氧化碳注入调节装置、温度调节装置、压力调节装置和药液注入器，通过二氧化碳注入调节装置、温度调节装置和压力调节装置可实现对二氧化碳、温度和压力的调节，该装置可以模拟实验二氧化碳含量、温度环境和压力环境对碳酸盐岩形成的影响，为碳酸盐岩的成因环境分析提供实验依据。
Description
技术领域
本发明涉及碳酸盐岩成因研究技术领域，尤其涉及一种碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置及其使用方法。
背景技术
碳酸盐岩在地表分布广泛，占出露岩石的20％左右。碳酸盐岩不仅是油气的重要储集体，它本身也是一种重要的矿产资源，广泛用于冶金、建筑、化工、农业等各个领域，因此对于碳酸盐岩的研究具有重要的意义。
由于碳酸盐岩成因条件复杂，截止到目前，对于其研究基本上是根据岩石的组分、含有物和结构的分析推测其形成环境，没有建立起完善的室内模拟实验方法和体系，也没有相关的实验装置。就在这样的背景下，我们提出了本发明装置，并开展了相关实验，形成了完善的实验方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置，该装置可以模拟实验二氧化碳含量、温度环境和压力环境对碳酸盐岩形成的影响，为碳酸盐岩的成因环境分析提供实验依据。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置，包括反应釜3、二氧化碳注入调节装置、温度调节装置、压力调节装置、药液注入器4、反应釜支架14和药液注入器支架15，所述反应釜3的顶端设置有反应釜二氧化碳气体注入管31、排气管33和反应釜活塞34，所述反应釜3的底部设置有进液口；所述药液注入器4的顶端设置有药液注入器活塞41，所述药液注入器4的底部设置有出液口；所述药液注入器的出液口与反应釜的进液口由连接管11相连；所述进液口设置有反应釜药液注入管开关32，所述出液口设置有药液注入器开关42；所述二氧化碳注入调节装置与反应釜二氧化碳气体注入管31相连，用于向反应釜(3)中注入二氧化碳；所述压力调节装置用于对所述反应釜3内的压力进行调节；所述温度调节装置用于对所述反应釜3内的温度进行调节。
优选的，所述二氧化碳注入调节装置包括二氧化碳储气罐1、二氧化碳气体注入器2、压力计21、二氧化碳储气罐阀门5、减压阀6、开关7和气体电子流量计10，所述二氧化碳储气罐1与二氧化碳气体注入器2由连接管8相连，所述二氧化碳气体注入器2与反应釜3由连接管9相连，所述二氧化碳储气罐阀门5设置于所述二氧化碳储气罐1的顶端，所述二氧化碳储气罐阀门5和开关7之间设置有减压阀6，所述开关7设置在连接管8上，所述气体电子流量计10设置于所述连接管9和反应釜二氧化碳气体注入管开关31之间。
优选的，所述温度调节装置包括恒温浴槽12，使用时将反应釜支架(14)和反应釜3置于所述恒温浴槽12中。
优选的，所述压力调节装置包括加压砝码13，使用时所述加压砝码13置于所述反应釜3顶端的反应釜活塞34上。
本发明提供了采用上述技术方案所述装置模拟碳酸盐岩成因条件的方法，包括以下步骤：
通过二氧化碳注入调节装置、温度调节装置或压力调节装置分别调节所述装置内的二氧化碳浓度、温度或压力，在预定的二氧化碳浓度、温度或压力条件下，向所述反应釜3中加入氯化钙溶液，向所述药液注入器4中加入碳酸钠溶液，进行碳酸盐成盐反应。
优选的，所述氯化钙溶液的浓度为0.00005mol/mL，体积为500mL。
优选的，所述碳酸钠溶液的浓度为0.00005mol/mL，体积为300mL。
优选的，所述二氧化碳的注入体积为0mL、25mL或50mL。
优选的，所述温度为10℃、30℃或50℃。
优选的，通过加入砝码改变所述压力，所述砝码的质量为0kg、5kg或10kg。
本发明提供了一种碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置，通过对二氧化碳浓度、温度和压力的调节，该装置可以模拟实验二氧化碳含量、温度环境和压力环境对碳酸盐岩形成的影响，为碳酸盐岩的成因环境分析提供实验依据。
附图说明
图1为本发明碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置，如附图1所示，本发明提供的碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置包括反应釜3、二氧化碳注入调节装置、温度调节装置、压力调节装置、药液注入器4、反应釜支架14和药液注入器支架15；所述反应釜3的顶端设置有反应釜二氧化碳气体注入管31、排气管33和反应釜活塞34，所述反应釜3的底部设置有进液口；所述药液注入器4的顶端设置有药液注入器活塞41，所述药液注入器4的底部设置有出液口；所述药液注入器的出液口与反应釜的进液口由连接管11相连；所述进液口设置有反应釜药液注入管开关32，所述出液口设置有药液注入器开关42；所述二氧化碳注入调节装置与反应釜二氧化碳气体注入管31相连，用于向反应釜(3)中注入二氧化碳；所述压力调节装置用于对所述反应釜3内的压力进行调节；所述温度调节装置用于对所述反应釜3内的温度进行调节。
在本发明中，所述反应釜支架14能够固定反应釜，并使反应釜直立；所述药液注入器支架15能够固定药液注入器，并使药液注入器直立。
在本发明的实施例中，所述二氧化碳注入调节装置包括二氧化碳储气罐1、二氧化碳气体注入器2、压力计21、二氧化碳储气罐阀门5、减压阀6、开关7和气体电子流量计10，所述二氧化碳储气罐1与二氧化碳气体注入器2由连接管8相连，所述二氧化碳气体注入器2与反应釜3由连接管9相连，所述二氧化碳储气罐阀门5设置于所述二氧化碳储气罐1的顶端，所述二氧化碳储气罐阀门5和开关7之间设置有减压阀6，所述开关7设置在连接管8上，所述气体电子流量计10设置于所述连接管9和反应釜二氧化碳气体注入管31之间。
在本发明的实施例中，所述温度调节装置主要是由恒温浴槽12构成，使用时将反应釜支架14放入所述恒温浴槽12中，反应釜3放置到反应釜支架14中。在本发明的实施例中，所述压力调节装置包括加压砝码13，使用时所述加压砝码13置于所述反应釜3顶端的反应釜活塞34上。
在本发明中，所述反应釜优选为可加压反应釜，所述反应釜的内径60mm，长度300mm；所述反应釜优选为玻璃材料，本发明利用该反应釜可直接观察反应釜内部的反应现象；所述反应釜上端优选设置有可加压活塞，通过在活塞上面加砝码改变反应釜内部的压力。
在本发明中，所述药液注入器4优选为玻璃材料，其上端优选设置有活塞，该结构可把药液注入器中的药液通过连接管推入到反应釜中。
本发明提供了采用上述技术方案所述装置模拟碳酸盐岩成因环境条件的方法，包括以下步骤：
通过二氧化碳注入调节装置、温度调节装置或压力调节装置分别调节所述装置内的二氧化碳浓度、温度或压力，在预定的二氧化碳浓度、温度或压力条件下，向所述反应釜3中加入氯化钙溶液，向所述药液注入器4中加入碳酸钠溶液，进行碳酸盐成盐反应。
在本发明中，所述氯化钙溶液的浓度优选为0.00005mol/mL，体积优选为500mL，；所述碳酸钠溶液的浓度优选为0.00005mol/mL，体积优选为300mL。在本发明中，所述氯化钙溶液优选由海水作为溶剂直接配制。
在本发明中，所述二氧化碳浓度优选分别为0mL/mL、0.05mL/mL、0.1mL/mL(即二氧化碳注入的体积分别为0mL、25mL、50mL)；所述温度优选分别为10℃、30℃、50℃；所述压力优选分别为10.13kPa、20.48kPa、44.83kPa(即反应釜上面分别加砝码的重量为0kg、5kg、10kg)。
本发明通过二氧化碳注入调节装置、温度调节装置或压力调节装置分别调节所述装置内的二氧化碳浓度、温度或压力后，反复向反应釜中加入少量碳酸钠溶液，观察沉淀形成的过程，通过测定在不同二氧化碳浓度、温度或压力条件下产生的碳酸钙的质量，分析二氧化碳浓度、温度或压力对碳酸盐岩成因的影响。在本发明中，所述少量碳酸钠溶液的浓度优选为0.00005mol/mL，体积优选为10mL，本发明通过加入少量的碳酸钠溶液，能够更好地观察反应效果，便于分析二氧化碳浓度、温度和压力对碳酸盐岩成因的影响。
为了更好的观察实验现象，在本发明的实施例中，具体是同时使用三套装置，并分别调节三套装置的二氧化碳浓度、温度或压力。
在本发明的实施例中，所述调节三套装置的二氧化碳浓度的方法具体为向第一套装置的反应釜注入50mL二氧化碳，向第二套装置的反应釜注入25mL二氧化碳，第三套装置中不注入二氧化碳。调节三套装置的二氧化碳浓度后，本发明反复向三套装置的反应釜中加入10mL碳酸钠溶液，直到第一套装置的反应釜开始变浑浊，此时第二套装置的反应釜中已有沉淀，第三套装置的反应釜中已经形成了比较厚的沉淀，此时停止实验，过滤沉淀物，烘干，称量产生碳酸钙的质量，从而证明二氧化碳的浓度会对碳酸盐岩的形成产生影响，且二氧化碳的浓度越大，越不利于碳酸盐岩的形成。
在本发明的实施例中，所述调节三套装置的温度的方法具体为把第一套装置的反应釜放置到温度为50℃的恒温浴槽中，第二套装置的反应釜放置到温度为30℃的恒温浴槽中，第三套装置的反应釜放置到温度为10℃的恒温浴槽中。调节三套装置的温度后，本发明反复向三套装置的反应釜中加入10mL碳酸钠溶液，直至第三套装置的反应釜也开始变浑浊，且第二套装置的反应釜中已有沉淀，第一套装置的反应釜中已经形成了比较厚的沉淀，此时停止实验，过滤沉淀物，烘干，称重，从而可以证明温度对碳酸盐岩的形成是有影响的，且温度越高，越有利于碳酸盐岩的形成。
在本发明的实施例中，所述调节三套装置的压力的方法具体为在第一套装置的可加压反应釜上加10kg砝码、第二套装置的可加压反应釜上加5kg砝码，第三套装置的可加压反应釜上不加砝码。调节三套装置的压力后，本发明反复向三套装置的反应釜中加入10mL碳酸钠溶液，直至第一套装置的反应釜也开始变浑浊，但第二套装置的反应釜中已有沉淀，第三套装置的反应釜中已经形成了比较厚的沉淀，此时停止实验，过滤沉淀物，烘干，称重，从而可以证明压力对碳酸盐的形成是有影响的，且压力越高，越不利于碳酸盐岩的形成。
下面结合实施例对本发明提供的碳酸盐岩成因环境条件模拟装置及实验方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
准备三套装置，通过排空管向可加压反应釜中加入同样浓度、同样体积的氯化钙溶液(体积为500mL，浓度为0.00005mol/mL)，在三套装置的药液注入器中分别加入同样浓度、同体积的碳酸钠溶液(体积为300mL，0.00005mol/mL)，用连接管和开关把药液注入器与反应釜连接，同样地，用连接管和开关把气体注入器(二氧化碳中间容器)与反应釜连接；在三套装置中，关闭排空管开关，向第一套装置的可加压反应釜中注入50mL二氧化碳，向第二套装置的可加压反应釜中注入25mL二氧化碳，第三套装置中不注入二氧化碳，关闭反应釜与二氧化碳中间容器之间的开关；打开药液注入器与反应釜连接开关，通过药液注入器同时向可加压反应釜中注入10mL碳酸钠溶液，关闭开关，观察三套装置中的反应现象；再打开开关，三套装置再继续注入10mL碳酸钠溶液，观察反应现象；反复该操作步骤，观察对比三套装置的反应，直到第一套装置中观察到有浑浊现象后，停止实验，立即通过过滤称量产生碳酸钙的质量，分析二氧化碳浓度对碳酸盐岩成因的影响。
在利用本发明的装置进行实验过程中，会观察到如下现象：随着药液注入器不断地向反应釜中加入碳酸钠溶液，第三套装置的反应釜中的溶液首先变浑浊，其它两套装置中反应釜的溶液没有明显变化；随着碳酸钠溶液累积注入量的增加，第二套装置的反应釜中的溶液也开始变浑浊，第三套装置的反应釜中逐渐形成沉淀，第一套装置的反应釜中的溶液仍然没有明显变化；继续向三个可加压反应釜中等量注入碳酸钠溶液，直到第一套装置的反应釜开始变浑浊，此时会看到第二套装置的反应釜中已有沉淀，第三套装置的反应釜中已经形成了比较厚的沉淀，此时停止实验，过滤沉淀物，烘干称重。通过比较三套装置中产生的碳酸盐的重量(第一套装置中碳酸盐沉淀微量，几乎为0g，第二套装置中大约有0.03g的沉淀，第三套中大约有0.05g沉淀)，能够证明CO2浓度会对碳酸盐的形成产生影响，且二氧化碳的浓度越大，越不利于碳酸盐岩的形成。
实施例2
准备三套装置，去掉中间容器与反应釜之间的连接管，通过排空管向反应釜中加入同样浓度、同样体积的氯化钙溶液(体积为500mL，浓度为0.00005mol/mL)，在三套装置的药液注入器中分别加入同样浓度、同体积的碳酸钠溶液(体积为300mL，浓度为0.00005mol/mL)，用连接管和开关把药液注入器与反应釜连接；将第一套装置的可加压反应釜放置到温度为50℃的恒温浴槽中，第二套装置的可加压反应釜放置到温度为30℃的恒温浴槽中，第三套装置的可加压反应釜放置到温度为10℃的恒温浴槽中；打开药液注入器与反应釜连接开关，通过药液注入器同时向反应釜中注入10mL的碳酸钠溶液，关闭开关，分别观察反应现象；再打开开关，三套装置中再继续注入10mL碳酸钠溶液，分别观察反应现象；反复该操作步骤，观察对比三套装置的反应，直到第三套装置出现浑浊现象后停止实验操作，立即通过过滤称量产生碳酸钙的质量，分析温度对碳酸盐岩成因的影响。
在利用本发明的装置进行实验的过程中会观察到如下现象：随着药液注入器不断地向反应釜中加入碳酸钠溶液，第一套装置的反应釜中的溶液首先变浑浊，其它两套装置中反应釜的溶液没有明显变化；随着碳酸钠溶液注入量的增加，第二套装置的反应釜中的溶液也开始变浑浊，第一套装置的反应釜中逐渐形成沉淀，第三套装置的反应釜中的溶液仍然没有明显变化；继续向三个可加压反应釜中等量注入碳酸钠溶液，第三套装置的反应釜也开始变浑浊，但第二套装置的反应釜中已有沉淀，第一套装置的反应釜中已经形成了比较厚的沉淀，这时停止实验，过滤沉淀物，烘干称重，通过比较三套装置中产生的碳酸盐的重量(第一套装置中大约有0.04g的沉淀，第二套装置中大约有0.02g沉淀，第三套装置中沉淀碳酸盐微量，几乎为0g)，能够证明温度会对碳酸盐的形成产生影响，且温度越高，越有利于碳酸盐岩的形成。
实施例3
准备三套装置，去掉中间容器与反应釜之间的连接管，通过排空管向反应釜中加入同样浓度、同样体积的氯化钙溶液(体积为500mL，浓度为0.00005mol/mL)，关闭排空管开关；在三套装置的药液注入器中分别加入同样浓度、同体积的碳酸钠溶液(体积为300mL，浓度为0.00005mol/mL)，用连接管和开关把药液注射管与反应釜连接；在第一套装置的可加压反应釜上加10kg砝码、第二套装置的可加压反应釜上加5kg砝码，第三套装置不加压；打开药液注入器与反应釜连接开关，通过药液注入器同时向三套装置的可加压反应釜中注入10mL碳酸钠溶液，关闭开关，分别观察反应现象；再打开开关，三套装置中再继续注入10mL碳酸钠溶液，分别观察反应现象；反复该操作步骤，分别观察反应，直到第一套装置出现浑浊现象后停止实验操作，立即通过过滤称量产生碳酸钙的质量，分析压力对碳酸盐岩成因的影响。
在利用本发明装置实验过程中会观察到如下现象：随着药液注入器不断地向可加压反应釜中加入碳酸钠溶液，第三套装置的可加压反应釜中的溶液首先变浑浊，其它两套装置的可加压反应釜中溶液没有明显变化；随着碳酸钠溶液注入量的增加，第二套装置的可加压反应釜中的溶液也开始变浑浊，第三套装置的反应釜中逐渐形成沉淀，第一套装置的可加压反应釜中的溶液仍然没有明显变化；继续向三个可加压反应釜中等量注入碳酸钠溶液，第一套装置的反应釜也开始变浑浊，但第二套装置的反应釜中已有沉淀，第三套装置的反应釜中已经形成了比较厚的沉淀，这时停止实验，过滤沉淀物，烘干称重，通过比较三套装置中产生的碳酸盐的重量(第一套装置中碳酸盐沉淀微量，几乎为0g，第二套装置中大约有0.02g的沉淀，第三套装置中大约有0.05g的沉淀)，能够证明压力会对碳酸盐的形成产生影响，且压力越高，越不利于碳酸盐岩的形成。
由以上实施例可知，本发明提供了一种碳酸盐岩成因条件模拟装置，该装置可以模拟实验二氧化碳含量、温度环境和压力环境对碳酸盐岩形成的影响，为碳酸盐岩的成因环境分析提供实验依据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳酸盐岩成因环境条件模拟实验装置，其特征在于，包括反应釜(3)、二氧化碳注入调节装置、温度调节装置、压力调节装置和药液注入器(4)、反应釜支架(14)和药液注入器支架(15)，所述反应釜(3)的顶端设置有反应釜二氧化碳气体注入管(31)、排气管(33)和反应釜活塞(34)，所述反应釜(3)的底部设置有进液口；所述药液注入器(4)的顶端设置有药液注入器活塞(41)，所述药液注入器(4)的底部设置有出液口；所述药液注入器的出液口与反应釜的进液口由连接管(11)相连；所述进液口设置有反应釜药液注入管开关(32)，所述出液口设置有药液注入器开关(42)；所述二氧化碳注入调节装置与反应釜二氧化碳气体注入管(31)相连，用于向反应釜(3)中注入二氧化碳；所述压力调节装置用于对所述反应釜(3)内的压力进行调节；所述温度调节装置用于对所述反应釜(3)内的温度进行调节。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述二氧化碳注入调节装置包括二氧化碳储气罐(1)、二氧化碳气体注入器(2)、压力计(21)、二氧化碳储气罐阀门(5)、减压阀(6)、开关(7)和气体电子流量计(10)，所述二氧化碳储气罐(1)与二氧化碳气体注入器(2)由连接管(8)相连，所述二氧化碳气体注入器(2)与反应釜(3)由连接管(9)相连，所述二氧化碳储气罐阀门(5)设置于所述二氧化碳储气罐(1)的顶端，所述二氧化碳储气罐阀门(5)和开关(7)之间设置有减压阀(6)，所述开关(7)设置在连接管(8)上，所述气体电子流量计(10)设置于所述连接管(9)和反应釜二氧化碳气体注入管(31)之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度调节装置包括恒温浴槽(12)，使用时将反应釜支架(14)和反应釜(3)置于所述恒温浴槽(12)中。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力调节装置包括加压砝码(13)，使用时所述加压砝码(13)置于所述反应釜(3)顶端的反应釜活塞(34)上。
5.采用权利要求1～4任一项所述装置模拟碳酸盐岩成因环境条件的方法，包括以下步骤：
通过二氧化碳注入调节装置、温度调节装置或压力调节装置分别调节所述反应釜(3)内的二氧化碳浓度、温度或压力，在预定的二氧化碳浓度、温度或压力条件下，向所述反应釜(3)中加入氯化钙溶液，向所述药液注入器(4)中加入碳酸钠溶液，进行碳酸盐成盐反应。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氯化钙溶液的浓度为0.00005mol/mL，体积为500mL。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述碳酸钠溶液的浓度为0.00005mol/mL，体积为300mL。
8.根据权利要求5～7任一项所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的注入体积为0mL、25mL或50mL。
9.根据权利要求5～7任一项所述的方法，其特征在于，所述温度为10℃、30℃或50℃。
10.根据权利要求5～7任一项所述的方法，其特征在于，通过加入砝码改变所述压力，所述砝码的质量为0kg、5kg或10kg。
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