不同濃度水楊酸對(duì)斜長(zhǎng)石溶解能力的研究

侯冠宇

摘 要：砂巖儲(chǔ)層中次生孔隙是致密砂巖氣的良好儲(chǔ)層，而由不穩(wěn)定的骨架顆粒溶解而形成的孔隙是次生孔隙中最重要的成因類(lèi)型，其中長(zhǎng)石是分布最廣泛的易溶骨架顆粒。因此開(kāi)展有機(jī)酸對(duì)斜長(zhǎng)石溶解的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)于天然氣開(kāi)發(fā)具有重要意義。為了研究有機(jī)酸（水楊酸）對(duì)斜長(zhǎng)石的溶解能力以及不同有機(jī)酸對(duì)長(zhǎng)石溶解能力，筆者在30 ℃條件下，在不同濃度的水楊酸溶液中，對(duì)斜長(zhǎng)石進(jìn)行了溶解模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)水楊酸濃度低于0.025 mol/L時(shí)，對(duì)斜長(zhǎng)石溶解的影響程度較??；當(dāng)水楊酸濃度大于0.025 mol/L，表現(xiàn)出隨水楊酸濃度的升高，斜長(zhǎng)石的溶解量和溶解速率減小的特征，說(shuō)明弱酸條件下更利于水楊酸對(duì)斜長(zhǎng)石的溶解。

關(guān)鍵詞：水楊酸 斜長(zhǎng)石 溶解 次生孔隙

中圖分類(lèi)號(hào)：S65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）11（b）-0080-04

Abstract：Secondary porosity in sandstone reservoir is good of tight sandstone gas reservoir， and the unstable skeleton particles dissolve and secondary pore formation pore is one of the most important genetic types， including feldspar is the most widely distributed soluble skeleton particles. Therefore organic acid to dissolve the plagioclase experimental research is of great significance for the development of natural gas. In order to study the organic acids （salicylic acid） on the dissolution of plagioclase and different organic acids on feldspar dissolution， under the condition of 30 ℃， we used the different concentrations of salicylic acid to dissolve the plagioclase . The experimental results show that when the concentration of salicylic acid is lower than 0.025 mol/L， the less impact on the plagioclase dissolution； When the concentration of salicylic acid is greater than 0.025 mol/L， show the increase of concentration of salicylic acid， the amount and the dissolution of plagioclase dissolution rate decrease， the characteristics of the instructions under the condition of weak acid is more conducive to salicylic acid dissolution of plagioclase.

Key Words：Salicylic acid； Plagioclase； Dissolve； Secondary porosity

隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，非常規(guī)天然氣資源在未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)中占有重要的比重。我國(guó)的致密砂巖氣儲(chǔ)量豐富，技術(shù)可采資源量10萬(wàn)億m3左右[1]，并且致密砂巖氣的開(kāi)采現(xiàn)實(shí)性相對(duì)較好，在未來(lái)幾十年內(nèi)，致密砂巖氣的開(kāi)采將會(huì)是我國(guó)非常規(guī)天然氣開(kāi)采的主要方向。致密砂巖氣主要儲(chǔ)存在砂巖的空隙中，因此對(duì)儲(chǔ)層孔隙的生成與演化的研究尤為重要[2]。據(jù)前人研究成果表明有機(jī)酸對(duì)砂巖中長(zhǎng)石的溶解作用可產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的次生孔隙，從而增加氣體的儲(chǔ)集空間。而目前有機(jī)酸對(duì)長(zhǎng)石的溶蝕作用研究尚處于實(shí)驗(yàn)?zāi)M認(rèn)識(shí)階段，對(duì)影響溶蝕作用效果的因素認(rèn)識(shí)尚不明確。故筆者采用系列濃度梯度有機(jī)酸對(duì)斜長(zhǎng)石進(jìn)行溶解分析，探討認(rèn)識(shí)其作用機(jī)制與效果。

1 研究意義

砂巖中次生孔隙不僅是砂巖儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)、滲孔隙，也是致密砂巖氣的良好儲(chǔ)層，砂巖中次生孔隙的形成機(jī)理與長(zhǎng)石等骨架顆粒在埋藏成巖過(guò)程中的溶蝕作用密切相關(guān)[2-4]。長(zhǎng)石作為砂巖的骨架顆粒，其溶解形成的次生孔隙可提高砂巖的孔隙度和滲透率，尤其是對(duì)深埋壓實(shí)條件下的砂巖儲(chǔ)滲條件的改善具有重要意義。同時(shí)長(zhǎng)石的溶解作用在風(fēng)化作用、成巖成礦和變質(zhì)作用等地質(zhì)過(guò)程中普遍存在，所以長(zhǎng)石的溶解動(dòng)力學(xué)自然成為了礦物地球化學(xué)研究的重要內(nèi)容[5-8]并且是了解交代蝕變、地層傷害、礦物溶解遷移、巖石風(fēng)化速率等水巖反應(yīng)過(guò)程的關(guān)鍵問(wèn)題[9]。

2 實(shí)驗(yàn)原理及材料選取

國(guó)內(nèi)外研究者在靜態(tài)反應(yīng)器與流動(dòng)體系中也開(kāi)展了多種模擬實(shí)驗(yàn)[2]，對(duì)長(zhǎng)石類(lèi)礦物進(jìn)行了大量的熱力學(xué)和溶解動(dòng)力學(xué)研究，以探討溫壓條件、流體的性質(zhì)和長(zhǎng)石的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)對(duì)長(zhǎng)石類(lèi)鋁硅酸鹽礦物溶蝕的控制作用及其機(jī)理[10-11]。但是之前的研究對(duì)有機(jī)酸的選取局限于醋酸、草酸、檸檬酸等，水楊酸作為自然界中一種常見(jiàn)有機(jī)酸的研究較少，所以選取了水楊酸進(jìn)行了對(duì)長(zhǎng)石溶解的模擬實(shí)驗(yàn)。

此外，自然界中長(zhǎng)石種類(lèi)復(fù)雜，且長(zhǎng)石的溶解情況與長(zhǎng)石的類(lèi)型有著極大的關(guān)系。斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石在溶解過(guò)程中，最常見(jiàn)的反應(yīng)是形成自生高嶺石，其反應(yīng)方程式如下：

以上熱力學(xué)計(jì)算可以看出，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石都自發(fā)地向高嶺石轉(zhuǎn)化，并且斜長(zhǎng)石反應(yīng)的△G遠(yuǎn)小于鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石，這說(shuō)明在地表?xiàng)l件下，斜長(zhǎng)石比鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石更易發(fā)生蝕變和被有機(jī)酸溶解。因此，此次研究選取水楊酸及斜長(zhǎng)石在30 ℃的低溫條件下進(jìn)行長(zhǎng)石溶解模擬實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)所用樣品為斜長(zhǎng)石，將斜長(zhǎng)石樣品用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)篩，在雙目鏡下挑顏色純凈、結(jié)晶完整、無(wú)明顯雜質(zhì)的斜長(zhǎng)石礦物，實(shí)驗(yàn)前將樣品再次粉碎篩選，分離出樣品，將樣品用去離子水清洗3遍，樣品放入干燥箱干燥24 h后稱(chēng)取8份每份2.000 g，樣品分別置于8個(gè)編好號(hào)的試管中。依次配制1 mol/L、0.5 mol/L、0.25 mol/L、0.1 mol/L、0.05 mol/L、0.025 mol/L、0.01 mol/L的水楊酸溶液，按順序向1～7號(hào)試管分別加入100 mL的不同濃度的水楊酸溶液，8號(hào)試管加入100 mL蒸餾水。將試管塞上試管塞后，放入30 ℃恒溫箱，每隔20 d將斜長(zhǎng)石樣品取出經(jīng)干燥后稱(chēng)重，并記錄數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果與分析

由圖1、表1可以看出，當(dāng)水楊酸濃度小于0.025 mol/L時(shí)，水楊酸對(duì)斜長(zhǎng)石的溶解幾乎沒(méi)有效果，與蒸餾水的效果近似。當(dāng)濃度大于0.025 mol/L時(shí)，水楊酸對(duì)斜長(zhǎng)石的溶解效果明顯，且呈現(xiàn)出隨著濃度的增高斜長(zhǎng)石溶解程度減小的趨勢(shì)，說(shuō)明弱酸的環(huán)境下更利于斜長(zhǎng)石的溶解，即更利于空隙的形成。

由圖2、表2可以看出，斜長(zhǎng)石的溶解速率也與水楊酸的濃度有著極大的關(guān)系，當(dāng)水楊酸濃度小于0.025 mol/L時(shí)，斜長(zhǎng)石溶解效果不顯著，溶解速率變化也不明顯。當(dāng)水楊酸濃度大于0.025 mol/L時(shí)，同樣可以看出，溶解速率會(huì)隨著水楊酸濃度的升高而降低，且隨著溶解的進(jìn)行，斜長(zhǎng)石在同一水楊酸濃度的作用下其溶解速率也逐漸變慢。

水楊酸最利于斜長(zhǎng)石溶解的濃度應(yīng)介于0.025 mol/L至0.05 mol/L之間，由于時(shí)間限制，未進(jìn)行后續(xù)的濃度梯度實(shí)驗(yàn)，最適宜的斜長(zhǎng)石溶解的水楊酸濃度仍需繼續(xù)進(jìn)行溶解模擬實(shí)驗(yàn)。水楊酸對(duì)斜長(zhǎng)石溶蝕形成次生孔隙并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程，會(huì)受到諸如溫度、壓力、流體成分等各種各樣因素的影響，如果想要完全弄清水楊酸對(duì)斜長(zhǎng)石溶蝕的機(jī)制，還應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

（1）水楊酸對(duì)斜長(zhǎng)石的溶解實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)水楊酸濃度低于0.025 mol/L時(shí)，對(duì)斜長(zhǎng)石溶解的影響程度較??；而當(dāng)水楊酸濃度大于0.025 mol/L，表現(xiàn)出隨水楊酸濃度的升高，斜長(zhǎng)石的溶解量和溶解速率減小的特征，說(shuō)明弱酸條件下更利于水楊酸對(duì)斜長(zhǎng)石的溶解。

（2）有機(jī)酸對(duì)砂巖儲(chǔ)層次生孔隙的作用很大程度上取決于其濃度，適當(dāng)濃度的有機(jī)酸對(duì)斜長(zhǎng)石的溶蝕作用有促進(jìn)作用，可利用該特性進(jìn)行砂巖孔隙的改造。此實(shí)驗(yàn)可為研究砂巖儲(chǔ)層次生孔隙發(fā)育特征提供一定的實(shí)驗(yàn)支撐，但實(shí)驗(yàn)研究中也存在不足，難以準(zhǔn)確模擬斜長(zhǎng)石所處的實(shí)際環(huán)境，未能考慮溫度、壓力以及應(yīng)力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，因此實(shí)驗(yàn)尚有改進(jìn)之處。

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