王鴻斌

（成都大學建筑與土木工程學院，四川 成都 610106）

1 引言

對反排液水化學特征的模擬對深入理解反排液的內(nèi)在水化學特性具有重要意義，同時可以為反排液的高效節(jié)能處置提供可靠的理論依據(jù)。利用Visual MINTEQ 軟件對頁巖氣開采過程中壓裂反排液成分數(shù)據(jù)的采集，利用Visual MINTEQ軟件對開采區(qū)反排液水化學特征進行模擬，研究結(jié)果對理解頁巖氣開采反排液的水化學特征具有一定的參考價值，為反排液的高效節(jié)能處置提供重要的理論指導。

2 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于四川省宜賓市某頁巖氣開采區(qū)，該地區(qū)屬低山丘陵區(qū)，地勢北高南低，平壩占總面積的20.13 %，丘陵占40.22%，低山占29.15%，海拔310～1 042 m。氣候?qū)僦衼啛釒拇ㄅ璧貪駶櫄夂騾^(qū)，季風氣候明顯，常年平均氣溫為19.20℃。地體主要由石灰?guī)r和頁巖組成。

3 頁巖氣開采區(qū)反排液水化學成分

對頁巖氣開采區(qū)取樣點反排液現(xiàn)場取樣，對水溫、酸堿度及離子成分分析，取樣點反排液化學成分結(jié)果如表1所示。

表1 反排液化學成分表 單位：mmol/L

4 頁巖氣開采區(qū)反排液水化學特征模擬

4.1 頁巖氣開采區(qū)反排液模擬方法

此研究主要探究頁巖氣反排液的水化學特征，運用Visual MINTEQ 3.1模型計算典型反排液中主要陽離子及陰離子在特征溫度及pH條件下的存在形態(tài)，分析取樣點反排液的水化學特征。在模擬過程中，輸入模型的參數(shù)包括陰離子濃度、陽離子濃度、pH及溫度，離子強度通過輸入條件平衡計算得出。

4.2 頁巖氣開采區(qū)反排液化學成分濃度及活度模擬

用Visual MINTEQ 對反排液水樣進行化學成分濃度及活度模擬，得到化學成分濃度及活度柱狀圖（圖1）。

反排液樣品離子強度為0.45290 mol/L，陽離子和陰離子總數(shù)分別為0.41545 eq/kg（反排液）及0.45782 eq/kg（反排液）。如圖1a 所示，反排液水樣中的主要成分為Ca2+、Cl-、K+、Na+及NaCl（aq），其濃度分別為0.01139、0.045410、0.01908、0.35982及0.03976 mol/L。對應的Ca2+、Cl-、K+、Na+及NaCl（aq）的活度（Ac）也相對較高。研究結(jié)果表明，反排液中的堿性陽離子及Cl-為反排液中的主要無機化學成分。

根據(jù)反排液化學成分濃度及活度對化學成分的占比進行分析。在反排液中Cl-及主要以單獨的陰離子形態(tài)存在，然而，CO32-則轉(zhuǎn)化為（61.91%）及亞穩(wěn)態(tài)的H2CO3*（29.26%）；Mg2+、Ca2+、Na+及Ba2+主要以單獨陽離子形態(tài)存在，占比分別為65.39%、74.47%、89.33%及88.38%。同時，在反排液中存在部分化合物，分別為：MgCl+（33.68%）、CaCl+（24.20%）、NaCl（9.94%）及BaCl+（10.59%）。上述結(jié)果表明，在pH為6.50、水溫為24.30℃的條件下，反排液中的主要成分為單獨的陰離子及陽離子，未見有明顯的配合物生成。

4.3 頁巖氣開采區(qū)反排液化學成分飽和指數(shù)模擬

采用Visual MINTEQ 對選取的反排液水樣進行化學成分飽和指數(shù)模擬，模擬結(jié)果如表2所示。在反排液中可能存在30種礦物質(zhì)。29種礦物的飽和指數(shù)均小于0，即大部分礦物均處于不飽和狀態(tài)，因此，在反排液中上述礦物質(zhì)仍具有繼續(xù)溶解的能力。重晶石（Barite，BaSO4）作為一種易沉淀的礦物，在反排液中其飽和指數(shù)為3.022。這一結(jié)果表明，在反排液中重晶石已經(jīng)處于過飽和狀態(tài)，且極易在反排液中形成沉淀。

表2 水樣化學成分飽和結(jié)果表

5 結(jié)論

①該頁巖氣開采區(qū)反排液水樣中的活度較高成分為Ca2+、Cl-、K+、Na+及NaCl（aq），其活度分別為0.00326、0.33207、0.01395、0.26312及0.04413。②Visual MINTEQ對選取的反排液水樣的化學成分飽和指數(shù)模擬結(jié)果表明，反排液中可能存在的29 種礦物的飽和指數(shù)均小于0，處于非飽和狀態(tài)。重晶石在反排液中的飽和指數(shù)為3.022，即重晶石具有生成沉淀的趨勢。