水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)在頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用

摘要：在頁巖氣勘探開發(fā)過程中都會(huì)應(yīng)用到水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過該實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以對(duì)含氣頁巖本身的保存條件與壓裂返排液污染治理情況進(jìn)行分析，是頁巖氣勘探開發(fā)工程中的重要環(huán)節(jié)。本文中將主要分析頁巖氣在勘探開發(fā)過程中的水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容，對(duì)頁巖氣地層水中的主要成分諸如鹽類離子、礦化度、有機(jī)質(zhì)、氣體、同位素以及微量元素等等進(jìn)行分析，客觀評(píng)價(jià)地層水類型與壓裂返排液污染物類型及其腐蝕性，并對(duì)水質(zhì)分析與應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)；頁巖氣；勘探階段；開發(fā)階段；地層水；壓裂返排液

1、引言

頁巖氣其本身主體就位于暗色泥頁巖或者高碳泥頁巖中，主要賦存狀態(tài)為吸附或游離的天然氣聚集狀態(tài)，所以在針對(duì)頁巖氣的勘探開發(fā)過程中必須實(shí)施相應(yīng)實(shí)驗(yàn)才能有效分析頁巖氣，得出相關(guān)成果，為其勘探開發(fā)打好基礎(chǔ)，例如國(guó)內(nèi)的丁安徐等學(xué)者就將頁巖氣地質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容劃分為含氣性實(shí)驗(yàn)、地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)、巖石物性實(shí)驗(yàn)、巖石學(xué)實(shí)驗(yàn)以及巖力學(xué)實(shí)驗(yàn)。除此之外，在頁巖氣勘探開發(fā)過程中都會(huì)應(yīng)用到水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)，目前涉及到其實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)容的研究也相當(dāng)廣泛深入，水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)是專門針對(duì)頁巖氣的儲(chǔ)層地層水、鉆井、壓裂返排液等等內(nèi)容進(jìn)行分析，對(duì)頁巖氣的勘探與開發(fā)階段工作帶來了良好的科學(xué)啟示性作用，極具現(xiàn)實(shí)價(jià)值意義[1]。

2、頁巖氣勘探階段的水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用分析

2.1水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用概述

在頁巖氣勘探階段就要實(shí)施水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用方法，主要分析它的鹽類離子及其礦化度、有機(jī)質(zhì)成分以及氣體成分，并對(duì)它的同位素與微量元素含量進(jìn)行測(cè)試分析，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)成果對(duì)地層水進(jìn)行分類。一般都是以Na+、Mg2+、Ca2+和Cl-、SO42-、HCO3-的含量及其組合關(guān)系作為分類基礎(chǔ)。地層水就其形成環(huán)境而言，主要是大陸水和海水兩大類。大陸水含鹽度低（一般小于500mg/l），其化學(xué)組成具有HCO3->SO42->Cl-，Ca2+>Na+Cl-，Na+/Cl-（當(dāng)量比）>1。海水的含鹽度較高（一般約為35000mg/l），其化學(xué)組成具有Cl->SO42->HCO3-，Na+>Mg2+Na+，Na+/Cl-（當(dāng)量比）<1的特點(diǎn)。大陸淡水中以重碳酸鈣占優(yōu)勢(shì)，并含有硫酸鈉；而海水中不存在硫酸鈉。根據(jù)上述認(rèn)識(shí)，以Na+/Cl-、（Na+-Cl-）/SO42-和（Cl--Na+）/Mg2+這三個(gè)成因系數(shù)，將地層水劃分成四個(gè)基本類型：Na2SO4型液體、NaCHO3型液體、MgCl2型液體、CaCl2型液體。

也就是說，利用鹽類離子測(cè)試結(jié)果根據(jù)上述分析對(duì)頁巖氣勘探過程中的地層水實(shí)施詳細(xì)分類，同時(shí)計(jì)算出這些地層水的具體脫硫系數(shù)、變質(zhì)系數(shù)與鹽化系數(shù)，以及氯鎂系數(shù)、鈣鎂系數(shù)等，保證在頁巖氣勘探階段的水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)全面到位[2]。

2.2水質(zhì)實(shí)驗(yàn)分析成果應(yīng)用

以蘇林水型分類成果為主，并可參照其他參數(shù)指標(biāo)——主要包含為脫硫系數(shù)、礦化度、鹽化系數(shù)、鈣鎂系數(shù)和氯鎂系數(shù)，這些指標(biāo)都能對(duì)頁巖氣地層水形成成因與演化過程進(jìn)行判斷，是重要的地層水水質(zhì)成分與水質(zhì)質(zhì)量判斷依據(jù)，通過這一系列的科學(xué)合理判斷可推斷頁巖氣的實(shí)際保存條件。以Na2SO4型液體為例，它是受到大陸沖刷環(huán)境下所形成的地面水；同為大陸環(huán)境下形成NaHCO3型液體，可作為具有相對(duì)較好的含油氣標(biāo)志。而反觀MgCl2型液體，它的主要成分則為海水；CaCl2型液體則一般與地表大氣降水隔絕的深層封閉環(huán)境中形成，屬于典型的氣田水類型。在我國(guó)南方地區(qū)的海相沉積地層中多為CaCl2型液體，它的水相良好且礦化度、鈣鎂系數(shù)、氯鎂系數(shù)均表現(xiàn)較高，但脫硫系數(shù)與變質(zhì)系數(shù)則表現(xiàn)相對(duì)偏低，不過整體看來其油氣保存條件非常良好。同樣在我國(guó)南方地區(qū)，其海相地層中還含有一定的有機(jī)質(zhì)成分，這些有機(jī)質(zhì)成分可作為“指紋標(biāo)志”來配合勘探技術(shù)人員研究其油氣層的形成與運(yùn)移過程，并對(duì)它其中的氫氧同位素與微量元素等等重要化學(xué)物質(zhì)內(nèi)容進(jìn)行推理判斷，深層次了解其地層水的生成成因與演化過程[3]。

3、頁巖氣開發(fā)階段的水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用分析

在頁巖氣的開發(fā)階段，主要結(jié)合水質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)它的地層水污染原因、地層水腐蝕性原因以及污染物類型等等因素進(jìn)行科學(xué)分析，在分析后得到大量數(shù)據(jù)信息反饋并制定有效防腐措施。在生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)壓裂液配合儲(chǔ)集層高礦化地層水向上運(yùn)移導(dǎo)致地下水被嚴(yán)重污染，同時(shí)頁巖氣中烴類氣體溶解也會(huì)造成一定程度的地層水污染。以上各個(gè)方面，對(duì)地層水污染最為嚴(yán)重的當(dāng)屬頁巖氣壓裂返排液，這是因?yàn)闉楦纳苾?chǔ)集層會(huì)在頁巖氣的壓裂液中加入大量的增效劑、降阻劑、支撐劑以及鐵離子穩(wěn)定劑、助排劑等等，而這類物質(zhì)通常會(huì)含有某些污染元素（鹽類、低濃度金屬元素、有毒非金屬元素、放射性元素），進(jìn)而造成地層水的污染。此時(shí)就需要再經(jīng)過水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)才可相對(duì)準(zhǔn)確合理的評(píng)估得出頁巖氣在開發(fā)活動(dòng)中對(duì)地下水所產(chǎn)生的具體影響[4]。

再一方面，在開發(fā)前還需要大量采集頁巖氣的基線數(shù)據(jù)，開發(fā)階段應(yīng)長(zhǎng)期觀測(cè)，結(jié)合地球化學(xué)指標(biāo)以及大量同位素內(nèi)容及相關(guān)特征準(zhǔn)確判斷地下水中污染物的主要來源。該過程，主要運(yùn)用到基線數(shù)據(jù)配合頁巖水敏測(cè)試實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)頁巖氣中的初始測(cè)試流體中間測(cè)試流體進(jìn)行綜合測(cè)試分析，這一實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程可有效對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行精確分析，研究地下水水質(zhì)會(huì)對(duì)壓裂液性能產(chǎn)生哪些負(fù)面影響，同時(shí)也會(huì)思考?jí)毫岩涸诩尤胩砑觿┖笈c地下水的配伍性會(huì)如何變化等等。整體來講，就是通過水質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)來分析采用地下水所配制的壓裂液基本性能，并對(duì)其作出評(píng)價(jià)。而在整個(gè)頁巖氣的開發(fā)階段，水質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用的其他作用還包括了對(duì)頁巖氣鹽類離子、礦化度、有機(jī)質(zhì)成分以及同位素、微量元素等等內(nèi)容的精確測(cè)量[5]。最后，要建立一個(gè)專門的頁巖地層水基線數(shù)據(jù)庫(kù)，以便于對(duì)頁巖氣開發(fā)階段的水質(zhì)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)隨地確定污染物的具體來源，包括污染物的主要類型與腐蝕性能，以便于采取相對(duì)應(yīng)的防范處理措施[6]。

4、總結(jié)

總而言之，針對(duì)頁巖氣勘探與開發(fā)階段的水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)具有它一定的實(shí)用性與科學(xué)性，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)地層水及壓裂返排液污染類型與腐蝕性的有效推理分析與判斷，有效的減少頁巖氣開發(fā)過程對(duì)水體的污染，并達(dá)到實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的目的，提高頁巖氣的開采安全性，也可為頁巖氣開采提供寶貴參考數(shù)據(jù)，配合勘探技術(shù)人員研究油氣層的形成與運(yùn)移過程。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張?jiān)；?，男，工程師?986年出生，2009年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，現(xiàn)從事地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，非常規(guī)氣試井、錄井工作。

（作者單位：黑龍江省煤田地質(zhì)測(cè)試研究中心）