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        宜賓某頁巖氣開采區(qū)反排液水化學特征模擬

        2022-10-26 11:49:48王鴻斌
        河南水利與南水北調(diào) 2022年9期
        關鍵詞:開采區(qū)水化學活度

        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。

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