CO_2-盐水-砂岩相互作用实验研究

<正>地球中水的地质作用类型和过程复杂多样,因此,水-岩石相互作用的研究广泛应用于水文地质学、地球化学、岩石学、矿床学和环境化学等领域。受控于沉积岩或沉积物的多孔性,其孔隙可赋存大量流体(盐水、CO_2、甲烷和原油等),使得沉积岩或沉积物成为人工注入CO_2的理想靶区。CO_2的注入必然会打破原来水岩之间的平衡,特别是在一些遭受过幔源CO_2侵入的储层(岩性一般为含片钠铝石砂岩)中,其储层的CO_2的封存能力也需要进一步研究。因此以实验研究为基础,开展CO2-盐水-砂     

尕斯库勒盐湖中CO_2-卤水-盐岩相互作用模拟研究

利用PHREEQC软件模拟CO2侵入后,尕斯库勒盐湖中CO2-卤水-岩盐之间的相互作用。CO2侵入卤水层后,卤水中元素的化学形态种类和大小发生变化,特别是碳酸盐型的络合物形态增多。CO2侵入后,除了碳酸盐、石盐和硫酸盐矿物达到饱和被析出外,其余矿物的不饱和程度加剧,卤水的TDS增大,pH值减小。卤水中U的含量在CO2侵入后发生沉淀而减小。研究成果对深入评估区域内盐水层CO2地质封存的环境风险和利用CO2分离提取盐湖卤水中的铀元素提供理论依据。     

CO_2驱油后的流体-岩石相互作用实验

<正>为了降低空气中温室气体的含量,同时兼顾提高原油采收率的要求,在世界多个国家已开展碳捕获、利用和封存项目(CCUS),其中CO2-EOR工程是应用最广泛的工程之一。将CO2注入到咸水层后,将以四种机制捕获:结构地层捕获、束缚气捕获、溶解捕获和矿物捕获。然而,实施CO2-EOR工程后,虽然提高油田的原油采收率,但是储层孔隙中仍会有大量原油残留。受原油和盐水物理性质的控制(原油与盐水不混溶),含油流体环境中的流体-岩石相互作用实验研究较少。本次研究通过开展针对地层条件下,两     

基于水-岩相互作用的泥岩库岸时变稳定性分析

为探寻云南省富宁港区泥岩库岸在水-岩相互作用下的稳定性演变规律,通过富宁港区一期工程现场采集泥岩试样,经过不同次数的干湿循环后,进行常规三轴压缩试验。将得到的岩石抗剪强度参数进行工程转换,经回归分析后构建泥岩岩体综合抗剪强度参数概率分布的时变模型。结合极限平衡法和可靠性理论,得到水-岩相互作用下泥岩库岸中值安全系数、可靠度及可靠安全系数的时变规律。分析结果表明,在水位反复升降作用下,综合二元指标的可靠安全系数能更合理地分析泥岩库岸稳定性;库岸整体稳定程度呈现出非线性衰变特点;库岸最危险滑动面表现为由内向外的渐进性破坏。以试验为基础,提出的泥岩库岸时变稳定性分析方法为研究水位周期性涨落下库岸的稳定性演变规律提供了一条有效途径。     

CO_2流体与储层砂岩相互作用机理实验

储存于地下岩层中的CO2与矿物发生化学反应导致次生碳酸盐矿物的沉淀,CO2将以碳酸盐矿物的形式长时间地固结在储层岩石中,从而有效减少CO2向大气中的排放。通过对不同温度下CO2-H2O-砂岩相互作用机理的研究,以及反应后样品的扫描电镜观察、质量损失量和剩余反应液中总矿化度变化的分析发现:砂岩样品的溶蚀程度随温度的升高而逐渐增强;100℃和175℃时样品表面分别有方解石和白云石生成,250℃时新生成的矿物因温度过高而溶解。这表明CO2能够以碳酸盐矿物的形式固定在矿物中,175℃为本实验所证明较适合的贮存温度。     

钾长石—CO_2相互作用水热实验研究

利用高压釜在不同温度下(100℃、125℃、150℃和175℃)开展了CO2-钾长石水热实验。通过扫描电镜、X--衍射技术及紫外分光光度计等对反应前后样品及溶液进行观察或测试,结果表明,随着温度的升高,钾长石溶蚀程度增加,150℃时在钾长石表面识别出新生的碳酸盐等矿物。这说明温度达到150℃时,CO2就能够以新生矿物的形式稳定固结在地层中,为CO2的地下封存提供了实验依据。     

CO2流体-长石相互作用实验研究

不同温度下(100、200、300℃)CO2流体与富钾长石和斜长石的水热实验表明:随着温度的升高,长石的溶蚀强度逐渐加大,且钠长石的溶蚀程度强于钾长石。在CO2流体与富钾长石及斜长石反应后,200℃和300℃时样品表面均有球粒状、棒状及花状的水铝矿生成,且200℃时样品表面有菱铁矿生成;在CO2流体与斜长石反应后,300℃时样品表面有球形的氧化亚铁析出。这表明CO2能够以碳酸盐的形式在矿物中"固定",其被"固定"的上限温度为200℃左右。     

泥岩有水热解产生低分子量有机酸实验研究

直接采用泥岩岩屑进行有水热解,测定实验后水溶液中几种常见低分子量有机酸.结果表明,在实验的水溶液中检测到了丰富的低分子量有机酸,组成上主要为一元羧酸,其中又以乙酸占优势.讨论了不同热解条件对有机酸产率以及组成的影响.实验结果表明,有机酸总量随加热温度和时间增加而增加,并且溶液中不同有机酸相对组成也发生变化.当温度高于1...     

铜、盐、有机质相互作用的实验研究

本文用实验的方法研究了铜-盐-有机质共存体系中铜的活化迁移作用。结果表明氨基丙酸和NaCl、CaCl，的水溶液有很强的活化能力。在铜-盐-有机质共存的水岩反应体系中，铜的活化迁移与有机质本身性质有关，富里酸与盐相互抑制Cu难以迁移，而氨基丙酸和盐相互加强对铜的活化。半胶氨酸因热分解产生H2S而抑制了铜的活化。铜的活化与赋存状态有关，吸附态的Cu容易活化。     

水-岩相互作用模拟的研究进展

水-岩相互作用的地球化学模拟已在模型建立和软件的开发方面取得了较大的进展.地球化学模型发展经历了从反向模拟到正向模拟,以及到现在的反应性溶质运移模拟的发展过程.许多计算模拟软件被开发出并投入到实际应用中,现在的模拟技术已能处理较大范围内温度变化、压力变化、组分变化,以及各种地质条件下的水-岩地球化学作用.许多水-岩相互作用问题要回答地质作用的过去历史,要解释或预测未来可能水环境变化,通过模拟已获得满意的解决.目前水-岩作用地球化学模拟取得的重要进步是动力学模型和耦合运移模拟已取得了实质性进展,并应用于实际研究之中.     

湘西金矿尾矿-水相互作用:2.动力学模拟

从硫化物的氧化、脉石矿物的溶解、氧的扩散、水的流动和溶质质量迁移等过程的耦合作用建立了尾矿-水相互作用的动力学模型。对湖南湘西金矿尾矿库的数学模拟表明：早期尾矿-水的相互作用可以引起酸水的产生和重金属的释放及对环境的污染，影响较大的主要是前30年，随着时间增加，尾矿孔隙水逐渐中性化，污染元素含量显著降低。脉石矿物的溶解和有机物反应可降低尾矿中氧的扩散和产生酸的中和作用。尾矿库上部孔隙水中各组分含量明显高于尾矿库下部，并在约6m深处存在突变带。尾矿库的水文分带是导致地球化学分带的主要原因。     

增强地热系统热储层-盐水-CO2相互作用

增强型地热系统(EGS)是采用人工形成地热储层的方法,从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统。以CO₂为载热流体的增强地热能系统(CO₂-EGS)是实现CO₂减排和深部地热资源开发的有效手段,系统运行时的水-岩-气相互作用对热储层孔渗特征有着重要影响,最终会影响储层的产热能力。笔者利用高温高压反应釜模拟CO₂-EGS高温下的热储层-盐水-CO₂的相互作用,通过对实验中反应液离子成分变化和岩样扫描电镜进行分析,结果表明:实验后的钾长石和方解石出现溶解现象,且方解石溶蚀剧烈;岩样表面出现极少量次生方解石和钠长石,并有新矿物析出,其主要组成元素为C、O、Si、Fe,为菱铁矿的中间产物。通过TOUGHREACT建立反应性溶质运移模型,模拟上述实验的化学反应过程,模拟结果和实验数据拟合较好。该研究可为CO₂-EGS的水-岩-气作用机制提供地球化学数据。     

绿泥石对CO2-水-岩石相互作用的影响

为了解关键性矿物在“超临界CO₂-水-岩石”系统中的地球化学作用,利用先进的数值模拟软件TOUGHREACT,结合我国鄂尔多斯盆地深部咸水含水层的基础地质条件,建立一维垂向模型,研究了盖层中绿泥石含量分别为3%、9%、15%时对CO₂-水-岩石相互作用的影响.发现CO₂进入盖层后,盖层的矿物成分和渗透率发生了较大变化.当绿泥石体积分数为3%时,盖层渗透率在5 000 a期间一直处于增大状态,不适合CO₂封存;当绿泥石体积分数为9%和15%时,盖层渗透率呈现先增大后减小的趋势,产生自封闭现象,有利于CO₂封存.结果表明,绿泥石的溶解为盖层中钙蒙脱石、铁白云石、片钠铝石、菱镁矿的沉淀提供了必要的Mg2+、Fe2+、AlO₂-等离子.绿泥石含量越多,CO₂矿化捕集量越大,盖层的自封闭效应越明显,其渗透率最大减少10%.本研究结果可为CO₂地质封存的长期性和稳定性评价提供理论依据.      

应该重视水-岩相互作用的研究

国际地球化学与宇宙化学协会下设有一个水-岩相互作用(Water-Rock Interaction——WRI)专题研究组,每三年召开一次学术会议。1974年在捷克召开第一次会议(WRI—1)以来,已召开六次会议。与会者很多人表示希望能在中国举行一次这样的会议。如真能如此,必将促进我国这方面的研究。     

水-岩相互作用国际学术会议三十年

三十多年前(1974年9月9～14日),在捷克的布拉格召开了第一届水-岩相互作用(英文简写为WRI)国际学术会议,Tomas Paces博士担任该届会议的秘书长,来自21个国家的近150位会议代表参加了为期4 d的学术会议.     

短小芽孢杆菌-蒙脱石相互作用实验研究

主要探讨短小芽孢杆菌与钙基蒙脱石相互作用过程中的现象及机理。SEM结果显示,大量土壤菌黏附、包裹于蒙脱石表面。加入蒙脱石后,短小芽孢杆菌-钙基蒙脱体系中有机酸含量明显降低。XRD结果表明,短小芽孢杆菌作用后蒙脱石层间距增大,001面衍射峰钝化。FTIR显示作用后蒙脱石出现了来自于土壤菌的新峰,其他基团峰出现蓝移或红移现象。经二阶导数红外光谱分析验证,蒙脱石中确实出现了来自于土壤菌的其他基团振动,揭示土壤菌代谢产物进入蒙脱石层间域内的初步可能性,这将为矿物-微生物相互作用间的机理研究提供新依据。     

页岩储层-超临界CO2-模拟压裂液相互作用实验研究及其环境意义

近年来,页岩气作为一种重要的非常规天然气来源,逐渐成为国内外关注的热点。当前的研究工作总体侧重于页岩气开采技术的改进与环境监测,对页岩气开采过程中水岩相互作用还少有报道。本文采用模拟实验,选取储层页岩样品,在温度90 ℃、压力10 MPa环境下,开展了CO2压裂液页岩相互作用实验研究。主要探讨页岩气开采过程中,由于常规水力压裂液以及后期超临界CO2的增注,造成的储层岩石矿物的变化以及返排液成分的变化。实验结果显示：压裂液能使岩石矿物发生溶蚀,超临界CO2的存在会进一步加剧溶蚀反应的进行,促使孔隙变大并产生更多的微孔隙,为页岩气提供更多的运移通道,有利于油气的运移。但是,存在的环境威胁不容忽视：一方面,岩石中会溶解出大量的Ca、Mg、Si元素和少量Fe、Mn等金属元素,超临界CO2、富有机质页岩以及压裂液中表面活性剂等物质在高温高压酸性环境条件下,容易生成挥发性有机物残留在地层中,极有可能沿着岩石破碎的孔隙、断裂发生迁移或泄露,从而对地下含水层造成污染;另一方面,多种成分进入高矿化度溶液体系经返排回到地表,也会增大处理返排液的难度。本文取得的实验数据和成果有助于理解页岩气储层在开采过程中可能发生的水岩相互作用过程及其潜在的环境风险。     

型钢水泥土复合梁中型钢-水泥土相互作用试验研究

在深度不太大的基坑而条件适当时可采用小规格型钢加筋水泥土结构作为挡土墙,但对其破坏模式和刚度仍缺乏深入地研究。与以型钢刚度为主的SMW工法不同,加筋水泥土墙的刚度可能主要依赖于水泥土,型钢主要承担拉应力。打设了6根不同截面高度的模型梁,采用钢板模拟型钢作为加筋,以不同加载方式的水泥土复合梁抗弯试验,分析了试验条件下钢板-水泥土复合梁的破坏机理和抗弯组合强度和抗弯承载力。将复合梁的刚度变化划分为两个阶段,提出了分阶段的特征组合刚度计算方法。当承载力满足足够安全度要求时,建议工程设计时取第一阶段末的特征刚度来计算加筋水泥土挡土墙变形。