頁(yè)巖氣水力壓裂過(guò)程中壓裂液—甲烷—礦物反應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究

【摘要】：頁(yè)巖氣是一種環(huán)保、高效的能源,主要賦存于地殼深部的頁(yè)巖層中。水力壓裂是當(dāng)今開(kāi)采頁(yè)巖氣的最主要的方法。水力壓裂所用的壓裂液含有各種成分,可能會(huì)對(duì)地下水含水層以及地下巖層造成污染。為了探究壓裂液與頁(yè)巖層的反應(yīng)機(jī)理,配制成分簡(jiǎn)單的壓裂液,挑選我國(guó)主要頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)巖層中含量較高的礦物,使用甲烷氣體作為氣相,利用室內(nèi)高溫高壓反應(yīng)釜模擬單礦物以及混合礦物的反應(yīng)實(shí)驗(yàn),并采用PHREEQC軟件進(jìn)行溫度、壓力、離子強(qiáng)度及離子類型等影響條件的模擬。得出的結(jié)論如下:在高溫高壓條件下,單礦物與壓裂液在甲烷條件下發(fā)生反應(yīng),甲烷并不參與礦物的反應(yīng);由于超臨界流體的性質(zhì),甲烷條件下的礦物溶解度比氮?dú)鈼l件下的礦物溶解程度要低大約10%。將幾種不同的礦物以一定的比例混合,在高溫高壓條件下與壓裂液在甲烷環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)。方解石不僅發(fā)生在液相中的溶解反應(yīng),同時(shí)還與呈現(xiàn)酸性的壓裂液發(fā)生酸堿中和反應(yīng),溶解的量也要大于其他三種礦物。當(dāng)p H值由初始的酸性到接近中性后,方解石的溶解反應(yīng)開(kāi)始變緩,方解石在體系中起到控制p H值的作用;蒙脫石的溶解程度較小,但其遇水之后吸水膨脹增大了接觸面積,當(dāng)?shù)V物的結(jié)構(gòu)變松散后,分子之間的作用力也會(huì)減弱,分子更容易被淋濾或者交換出來(lái),此時(shí)蒙脫石的溶解量會(huì)增大。高嶺石和石英的溶解程度較小,溶解貢獻(xiàn)的離子濃度都較低。根據(jù)PHREEQC軟件平衡模擬結(jié)果可知,甲烷的溶解程度約為1.1 mmol/L左右,而系統(tǒng)的p H值在穩(wěn)定后會(huì)在9‐10之間。溫度和Na Cl濃度等因素的變化會(huì)影響四種礦物的溶解,溫度越高,礦物溶解變化量越大;在一定范圍內(nèi),Na Cl濃度越高,礦物溶解變化量越大。甲烷的壓力對(duì)礦物的溶解變化影響很小;而在不同的水型中,由于同離子效應(yīng)的產(chǎn)生導(dǎo)致礦物的溶解也有所差異。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 壓裂液 高溫高壓試驗(yàn) PHREEQC模擬
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE377
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 研究背景12-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.2. 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 科學(xué)問(wèn)題的識(shí)別與研究意義21-22
• 1.4 研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線22-24
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.4.2 技術(shù)路線23-24
• 第2章 固液氣三相反應(yīng)實(shí)驗(yàn)（單種礦物）24-40
• 2.1 模擬實(shí)驗(yàn)礦物種類選取24
• 2.2 壓裂液成分及特點(diǎn)24-26
• 2.3 材料與方法26-27
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)材料26
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)方法26-27
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方案27
• 2.5 檢測(cè)方法27
• 2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果27-39
• 2.6.1 實(shí)驗(yàn)條件27-28
• 2.6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果28-39
• 2.7 本章小結(jié)39-40
• 第3章 固液氣三相反應(yīng)實(shí)驗(yàn)（混合礦物）40-51
• 3.1 材料與方法40
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料40
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)方法40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方案40-42
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果42-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第4章 水‐氣‐巖反應(yīng)的平衡模擬研究51-64
• 4.1 PHREEQC軟件滴定模型的建立51
• 4.2 滴定模型結(jié)果與討論51-62
• 4.2.1 溫度對(duì)反應(yīng)的影響52-54
• 4.2.2 壓力對(duì)反應(yīng)的影響54-56
• 4.2.3 NaCl濃度對(duì)反應(yīng)的影響56-58
• 4.2.4 溶液中陽(yáng)離子類型對(duì)反應(yīng)的影響58-61
• 4.2.5 結(jié)果分析61-62
• 4.3 本章小結(jié)62-64
• 第5章 結(jié)論與建議64-66
• 5.1 結(jié)論64-65
• 5.2 建議65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 附錄73

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頁(yè)巖氣或?qū)⒏淖兠滥茉唇Y(jié)構(gòu)    本報(bào)駐美國(guó)記者 溫憲

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