【摘 要】
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页岩气储层的矿物元素可能会随着水力压裂过程中的水-岩作用而发生迁移。压裂液的水化学特征、页岩气储层的温度和压力、页岩矿物的组成比例等因素,都会对页岩元素的迁移程度和速度造成影响。据此,在室内开展了不同初始pH、不同固液比、不同氧化条件的水化学实验,进行了不同环境条件下(即不同温度、不同压力、不同矿物组成)的水文地球化学模拟,并结合实际压裂液-返排液性质进行了反向模拟。基于实验与模拟结果,对龙马溪组
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页岩气储层的矿物元素可能会随着水力压裂过程中的水-岩作用而发生迁移。压裂液的水化学特征、页岩气储层的温度和压力、页岩矿物的组成比例等因素,都会对页岩元素的迁移程度和速度造成影响。据此,在室内开展了不同初始pH、不同固液比、不同氧化条件的水化学实验,进行了不同环境条件下(即不同温度、不同压力、不同矿物组成)的水文地球化学模拟,并结合实际压裂液-返排液性质进行了反向模拟。基于实验与模拟结果,对龙马溪组页岩元素迁移情况进行了分析。主要结论如下:(1)不同初始pH条件下的压裂液-页岩的实验中,主要阳离子浓度受到初始pH的影响,表现出在反应结束后,初始溶液为弱酸性条件下的离子浓度高于中性和碱性条件的,反映了对应的页岩中元素的迁移情况。页岩中碳酸盐矿物的存在,使其对酸具有较强缓冲能力。反应后溶液的酸碱性差异远小于初始溶液的。(2)固液比的增加增强了体系的缓冲能力;Ca的迁移量受到方解石溶解平衡控制,Mg迁移量随着固液比的增加呈非线性增加,原因可能是Mg来自不同矿物的溶解,溶液中Ca2+浓度的增加抑制了白云石中Mg的释放;Fe由于黄铁矿在溶解过程中形成Fe(OH)3沉淀,因而Fe在溶液中的含量很低。(3)添加氧化剂可以促使页岩中黄铁矿发生氧化反应,从而使S的溶解量增加。无氧条件下页岩中S释放量可以反映原始硫酸盐的存在量,而在加入H2O2后S增加的释放量可以反映页岩样品中可氧化的S含量。(4)在不同的温度和压力的模拟体系中,最终pH显示溶液呈弱碱性。在该反应体系中,Ca由矿物到压裂液中的迁移量随着温度的升高而降低,Mg从页岩中的迁移量随着温度的增加呈现出减少的情况。压力的增大使页岩中Ca、Si和Al迁移到压裂液中的量发生增加。页岩中脆性矿物含量越高,元素的迁移量越大,碳酸盐矿物和长石矿物的组成比例也会影响其迁移量。(5)研究区两条路径上页岩中主要元素的迁移情况为:Na的迁移来自钠长石的溶解,Ca的迁移则来自方解石的溶解,不同路径上页岩中K的迁移的主要来源不同。两条路径上Na、Ca、K的迁移量有着较大差别。
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