储层中蒙脱石碱溶相变缩膨实验研究

蒙脱石作为常见的粘土矿物,广泛存在于含油气盆地中。针对由于蒙脱石具有强烈亲水性,遇水体积可膨胀至原体积的数倍甚至数十倍,从而造成油气储层的水敏损害这一实际问题,对蒙脱石在强碱条件下发生结构变化与物相转变,实现降低其亲水性进行了详细的实验研究。探讨了天然钙基蒙脱石与天然钠基蒙脱石在80℃,1 mol/L KOH溶液中所发生的相变过程;通过XRD、SEM、TEM等测试手段分析查明其碱溶相变最终产物主要是微米级纤维状、柱状、颗粒状的菱沸石和麦钾沸石,均为不具膨胀性的架状硅酸盐矿物;最后通过自由膨胀实验证实蒙脱石碱溶产物膨胀性较原矿物显著降低。研究成果为转化油气盆地中"水敏性"粘土矿物,降低油气储层水敏损害,保护储层与提高采收率,提供了新的思路。     

碱金属离子及碱溶液对膨润土性能影响的研究进展

基于前人有关膨润土在碱性环境下的室内试验和数值模拟的研究结果 ,重点阐述了碱金属离子及碱溶液对膨润土矿物成分、微观结构、膨胀性和渗透性等方面的影响,讨论了温度、pH值与溶液浓度等对上述过程的影响。碱金属离子及碱性溶液不仅可交换膨润土中蒙脱石层间阳离子,而且可溶解膨润土中的蒙脱石,生成非膨胀性矿物,并随着温度和pH值升高,蒙脱石被溶解程度增加,从而导致了膨润土膨胀力减小,且随着温度、溶液浓度及pH值的增加,膨胀力削弱程度加强;同时,膨润土与碱金属离子及碱溶液接触时孔隙增多,进而渗透性增强,随着温度和溶液浓度增加,渗透性也明显增强。数值模拟可实现膨润土与碱性溶液长期接触时发生的矿物成分及渗透性变化的预测。高温、不同pH值的低碱性溶液及其耦合作用对膨润土的矿物化学成分、微观结构、膨胀力和渗透性的影响及机理研究应该是今后研究的重点。     

高庙子膨润土中蒙脱石碱性溶蚀的矿物学证据

高放废物地下处置库运营过程中,衬砌混凝土在地下水作用下产生的强碱性溶液,会扩散进入膨润土缓冲屏障,长期将使屏障性能发生退化。采用不同 pH 值的 KOH 溶液模拟衬砌混凝土溶出的碱性溶液,在室内进行为期一年的常温接触扩散试验,开展X射线荧光光谱（X-ray fluorescence spectroscopy,简称XRF）、X射线衍射（X-ray diffraction,简称 XRD）、扫描电镜（scanning electron microscope,简称 SEM）和能谱（energy dispersive spectrometry,简称 EDS）试验,研究强碱性溶液缓慢扩散对高庙子膨润土矿物的影响。XRF试验结果表明,当 KOH 溶液的 pH>12.6时,膨润土中 Si 元素的含量开始减少,即含Si 矿物蒙脱石、石英、方石英等发生了溶解;同时,K元素含量增多,表明膨润土与碱溶液发生离子交换反应,溶液中大量的K⁺进入蒙脱石层间。XRD 试验结果表明,在 pH=12.6时,蒙脱石矿物的 001峰开始右移、变宽,峰值强度大大减弱;在pH>13时,衍射角θ整体向右偏,晶面间距由原始膨润土样的1.385 3 nm（13.853 Å）减小为1.221 0 nm（12.210 Å）,表明蒙脱石矿物晶层被压缩。随着 KOH 溶液 pH 值增大,膨润土中蒙脱石、石英等矿物的含量明显减少,长石类矿物的含量逐渐增加,伊利石和斜发沸石的含量也呈现略微增多的趋势。SEM 试验结果表明,随着溶液 pH 的增大,蒙脱石部分晶层会发生重叠,进而产生部分裂隙和孔洞,加速蒙脱石的溶蚀进程。在为期一年的接触扩散试验中,pH=13.8的 KOH 溶液扩散深度超过7.5 mm,并且在碱溶液与膨润土接触面上观察到新生成的伊利石微晶,证实强碱性溶液会导致蒙脱石溶解及伊利石化。     

河南信阳上天梯膨润土的矿物学特征与可控改造性技术研究

为实现河南信阳上天梯地区膨润土的高附加值开发利用,在矿物学属性研究基础上,采用自粉化提纯、常压低温焙烧活化及常压碱溶合成沸石技术对其进行了研究。结果表明,该区膨润土为钙基膨润土,主要矿物为钙蒙脱石,杂质矿物为斜发沸石和方石英;干燥膨润土经湿润后可实现膨胀自粉化,再经湿法筛分可获得吸蓝量高达38.55 g/100g提纯膨润土;常压低温焙烧活化技术获得脱色率达99.9%、活性度为308 mmol/kg的高质量活性白土;常压碱溶一步法合成的4?沸石为较理想的立方体与菱形十二面体的聚形,在合成过程中斜发沸石和方石英等杂质矿物均转变为沸石。     

门多萨假单胞菌-蒙脱石相互作用的实验研究

微生物广泛分布在岩石圈、水圈、土壤圈和大气圈中,在矿物风化作用过程中扮演着重要的角色。本文选取门多萨假单胞杆菌(Pseudomonas mendocina)为代表性菌种,研究微生物与含铁蒙脱石矿物相互作用的现象和机理。通过测量反应溶液pH值、元素含量的变化,以及不同时段蒙脱石的XRD和红外光谱等,发现pH值在实验过程中缓慢上升,Si、Al、Fe元素不断溶出,矿物结构特征与主要基团也显示出相应的变化,表明细菌会破坏蒙脱石的晶体结构,并加速蒙脱石的伊利石化作用。根据分析结果推测,硅氧四面体优先被破坏,Si的溶出显著,P.mendocina可同时还原蒙脱石晶格中的Fe3+,并释放至溶液中。     

离子土壤固化剂改性膨胀土的试验研究

利用离子土壤固化剂（ionic soil stabilizer,简称ISS）对河南安阳地区膨胀土进行化学改性试验研究,通过不同配比的自由膨胀率试验结果,结合施工成本,得出ISS溶液改良膨胀土的最优配合比为1:350。对ISS溶液最优配合比改性后土体进行收缩试验、膨胀性试验、固结快剪、高压固结及水浸泡试验。试验结果表明,改性土线缩率减小,膨胀性指标降低,抗剪强度增大,土体由亲水性变成憎水性,且能达到较好的水稳定性,即膨胀土经化学改性为非膨胀土。ISS改性膨胀土的机制可解释为,通过ISS溶液与土粒离子进行强烈的交换作用,打开土粒与水分子之间的“电化键”,降低土颗粒表面吸附水膜厚度,包裹在黏粒颗粒表面的疏水基团覆盖膜使土对水的敏感性减弱,从根本上减少了土体吸水性和膨胀性。     

碱性溶液饱和高庙子钙基膨润土膨胀特性及预测

建设高放废物地质处置库需要大量混凝土,而放射性核素衰变释放的大量热量会加速水泥老化,产生的碱性孔隙水会对膨润土的缓冲性能产生不利影响。以高庙子(GMZ)钙基膨润土为试验材料,选用NaOH溶液模拟碱性孔隙水,利用自主研制的耐腐蚀固结仪,完成不同浓度和不同干密度下的膨胀力实验。结果表明,在相同浓度碱性溶液饱和后试样的最终膨胀力随初始干密度的增大而增大;初始干密度相同时,低浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有强化作用,高浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有弱化作用;在0.3、0.5、1.0 mol/L NaOH溶液环境下试样的膨胀力在达到最大值后会出现下降,膨胀力衰减的程度与溶液浓度有关而与干密度无关。通过X射线衍射试验(XRD)分析矿物成分和晶层间距得到,蒙脱石含量和方英石含量随碱溶液浓度升高而降低,长石含量随着碱溶液浓度升高而上升;NaOH溶液会使钙基膨润土钠化,钠化程度受溶液浓度影响。最后利用蒙脱石孔隙比的概念,对试样的蒙脱石孔隙比和最终膨胀力结果在双对数坐标系中线性拟合,给出预测碱性溶液饱和钙基膨润土膨胀力的表达式。     

石灰改良膨胀土力学性质的研究

膨胀(?)主要是由强亲水性粘土矿物蒙脱石和伊利石组成的,是具有膨胀性、多裂隙性和超固结性的高塑性粘性土。在铁路施工中,膨胀土不能直接作为路基填土,必需进行改良。通过室内试验的方法来讨论石灰改良膨胀土的力学性质在各种影响因素下的变化规律。     

三峡库区秭归县膨胀土研究

秭归县膨胀土是继在三峡库区巫山县、奉节县和兴山县发现膨胀土之后发现的又一处膨胀土,从而揭示了三峡库区膨胀土的地域性。秭归县膨胀土与三峡其他地方的膨胀土一样发育于特殊的地质环境内,具有坡洪积成因和较均一土体结构。土的膨胀性主要取决于其中的蒙脱石,测试表明有效蒙脱石含量达18.67%,以中等混层比的伊利石/蒙脱石(I/S)混层矿物形式存在。土具有高塑限、高液限和低抗剪强度。判别表明,它达到了国内外膨胀土标准和界限。     

高铁无砟轨道路基填料微膨胀机理试验研究

为确定高速铁路路基粗颗粒填料中膨胀性组分与骨料之间的相互作用机理,对我国西部一客运专线无砟轨道上拱区段进行调查研究后,选择其中部分工点对基床部分填料进行取样分析,并开展了孔隙率-蒙脱石掺量影响下的膨胀试验。研究分析了填料膨胀率在蒙脱石含量、填料孔隙率共同作用下的变化规律及其膨胀机理。试验结果表明:填料膨胀率与膨胀性矿物(蒙脱石)含量呈正相关,与孔隙率呈负相关;进一步分析数据后提出参数β,即蒙脱石掺量与填料孔隙率之比作为衡量路基填料膨胀性的指标,当该结构下的基床A组填料β=0.365时,A组填料膨胀性达到高速铁路可调节的临界指标。并将现行规范中对填料膨胀性的相关规定,利用参数β换算为膨胀率代入数值模拟进行计算,证明了现行规定与高速铁路设计计算的不适应性。     

烃源岩生气增压定量评价模型及影响因素

Ⅲ型干酪根烃源岩生气增压定量评价是一个复杂过程, 因为Ⅲ型干酪根以生气为主的同时伴生少量的油生成, 而且在达到一定的温度条件下原油还将逐渐裂解成天然气.在考虑烃源岩生烃过程中天然气的渗漏和排出、氢指数对生烃量的影响、原油裂解成气、生烃作用产生的超压对孔隙水, 油和干酪根的压缩作用、天然气在孔隙水和石油中的溶解作用等因素的基础上建立了Ⅲ型干酪根烃源岩生烃增压定量评价模型, 并对模型参数进行敏感性分析.Ⅲ型干酪根烃源岩生气增压受到烃源岩孔隙度、成熟度、有机质丰度、天然气残留系数等多种参数的影响.有机碳含量、氢指数和天然气残留系数3个参数中以氢指数对Ⅲ型干酪根烃源岩生烃增压产生的影响最大, 天然气残留系数影响最小.天然气残留系数只要大于0.2就可以产生超压, 表明保存条件不是Ⅲ型干酪根烃源岩形成生烃增压最主要的控制因素.      

溶气原油体积系数、密度的预测模型

从理论上探讨了天然气在原油中的溶解过程。溶气原油的体积变化主要与两个因素有关：(1)由于温度升高引起的体积膨胀,这种变化可用温度系数f(t)来描述;(2)由于气体溶解在原油中导致体积膨胀,这部分体积的变化可用天然气中各组分的液态表观摩尔体积(Vgmi)及各组分在原油中的摩尔溶解度(Ci)或气油比(RSi)来描述。利用理想溶液的体积加和原理,推导出了计算饱和原油的体积系数(B)和密度(dp)的理论方程。研究表明,将饱和原油的体积系数和密度表示为温度和各组分溶解度的函数比其他模型只用一个气体相对密度和一个总溶解气油比Rs更为合理。新模型适用于常规天然气和高含非烃气的非常规天然气。     

南方海相天然气保存机理及保存条件初探

地下地质条件下天然气主要以游离气、溶解气、吸附气的形式保存,压力封闭和水(油)溶保存是天然气的主要保存方式。含气系统的保存需要一个立体空间上的封闭保存体系,区域盖层和直接盖层的封存保存功能不同,前者主要是构建一个封闭保存体系,后者直接遮挡或抑制天然气的扩散与渗漏。异常高压带的存在与否和水文地质条件是衡量区域封闭保存体系的两个重要标志。根据南方海相不同区块油气保存特性,划分出持续型(四川盆地型)、重建型(中、下扬子型)和残余型(秧坝型)三类不同的油气保存单元。     

鄂西—渝东地区飞三段天然气成因与成藏阶段

飞三段是鄂西—渝东地区海相碳酸盐岩层系的主力产气层,系统研究飞三段的天然气成藏阶段与主控因素,对该区飞三段的天然气勘探具有指导意义。利用天然气组分和稳定碳同位素资料、烃源岩的干酪根碳同位素资料以及流体包裹体均一温度资料,在阐明油气的成因与来源、烃源岩的生烃史和油气充注史的基础上,结合构造演化史和圈闭演化史,划分了天然气的成藏阶段,并总结了天然气成藏的主控因素。结果认为:飞三段天然气主要为二叠系烃源岩生成的原油的二次裂解气;天然气的成藏经历了古岩性油藏的聚集(190～160 Ma)、古油藏裂解与古岩性气藏形成(160～140 Ma)、天然气调整再聚集形成今构造—岩性复合气藏(140 Ma—现今)3个阶段;沉积期暴露浅滩相储层的规模决定了古油藏的规模,晚期天然气的调整再聚集过程中的保存条件决定了天然气的最终聚集。     

羌塘盆地东部中侏罗统陆源碎屑与碳酸盐混合沉积成岩特征

近年来,混合沉积显示的沉积环境和油气地质意义越来越受到学界的重视。羌塘盆地是目前国内油气勘探最重要的战略选区之一,具有良好的油气勘探远景。研究区侏罗系广泛发育陆源碎屑与碳酸盐的混合沉积。综合前人研究成果、区域地质资料和室内样品分析,笔者对研究区广泛分布混合沉积的岩石学特征、沉积环境、成岩作用进行了详细地研究。研究发现:区内中侏罗统混合沉积表现为混积岩、混积层系两种形式;对岩性、层系及组合特征进行观察发现,它们主要形成于滨岸、碳酸盐岩缓坡、潮坪沉积环境,把混合沉积划分为4个三级地层层序,提高了地层划分的精度,建立了研究区中侏罗世雀莫错期、布曲期、夏里期的岩相古地理格局;混积岩中最显著的成岩作用类型有压实-压溶、胶结、破裂和溶蚀作用,其中以破裂作用、溶蚀作用最为发育,有利于形成优质储层,可为沉积储层预测及研究区的石油普查评价提供重要参考。     

冰上丝绸之路与北极油气资源

油气是重要的战略资源。其中天然气作为清洁能源,它曾经是,现在是,在可预期的未来——全球碳减排、中国碳达峰情景下,仍然是最重要的能源资源。能源进口渠道的多元化一直是中国缓解能源紧张的有效措施之一。北极地区油气资源丰富且以天然气为主,已发现的油气资源中绝大多数在俄罗斯,尤其是天然气。但是俄罗斯天然气生产的油气田80%以上已经进入北极圈。2012年,中俄合作开发北极亚马尔液化天然气项目正式启动,标志着中国参与北极油气资源开发利用取得重要进展,也事实上开启了中国主导的"丝绸之路经济带建设"和俄罗斯主导的"欧亚经济联盟建设"对接合作的进程。北极地区已发现的油气资源共计3289.4亿桶油当量,其中石油605.4亿桶（84.1亿吨）油当量,仅为全球已发现石油资源的2.5%;天然气41.4万亿立方米（约合2683亿桶,372.6亿吨油当量）,占全球已发现天然气资源的15.5%。北极地区已发现的油气总资源中绝大多数在俄罗斯,俄罗斯已发现的北极油气资源合计2905亿桶油当量（403.5亿吨）,占88.3%;其中天然气约39.47万亿立方米,约合2557.9亿桶（355.3亿吨）油当量,占北极地区已发现天然气总资源的95%以上。北极待发现的油气资源量也非常可观,约占世界待发现常规石油资源的15%;天然气占世界待发现常规天然气资源的30%,其分布也主要在俄罗斯。随着全球气候变暖和能源战略博弈,俄罗斯为确保其天然气出口及财政来源,必然要加大北极油气、特别是天然气的开采和开发,并通过北极航道运到中国和其他消费国。本文在概括分析北极油气资源分布特点、俄罗斯油气资源与北极战略及北方海航道通行能力的基础上,回顾了北极亚马尔液化天然气项目诞生、发展演变及其国际博弈的背景;概括介绍了中国成功介入北极油气资源项目这一标志性事件过程,并进一步提出了中国对北极油气资源利用战略举措的建议。      

强烈气洗作用导致原油成分变化的定量计算:以库车坳陷天然气藏为例

库车坳陷以产天然气为主,同时产出少量原油和凝析油,油气充注不同步,普遍具有"油早气晚"的特点,晚期大量天然气的侵入,必然对早期聚集的油藏发生改造作用。对气藏中原油成分变化的定量计算和讨论,可为天然气的注入强度定量评价提供直接证据。未遭受气洗的原油,正构烷烃摩尔浓度的对数与相应的碳数呈线性关系,而气洗作用可使轻组分的正构烷烃最先溶解于干气中,并随着天然气继续向前运移,原始油藏中的轻组分正构烷烃大大减少。以此为理论基础,建立了正构烷烃损失的定量计算模型。结果表明克拉2构造原油正构烷烃损失程度最高,平均可达70%左右,大北构造带原油正构烷烃损失程度差异较大,与该地区断块发育有关。气洗作用导致原油正构烷烃减少,而金刚烷、多环芳烃等在天然气中溶解度较低的化合物得以浓缩富集,相对含量大大增加。轻芳烃含量也会随之而增加,原油芳香度增加,石蜡度降低。在模拟实验基础上对气洗程度进行了定量评价,初步估算表明,克拉2构造原油遭受的气洗作用最强,是其他构造带的2～5倍。     

Deferrization of Potassium-Rich Rocks And Hydrothermal Decomposition Using KOH

The potassium-feldspar can be decomposed using the KOH as additive via hydrothermal synthesis methods, which can destroy the structure of the potassium-feldspar and turns its K+ into water soluble potash resources and make its silica component utilized. The potassium-feldspar from Inner Mogolia was decomposed after iron removing and hydrothermal processes successively. The results showed(Table 1) that the iron could be removed up to 98.56% after the treatment of 90℃ for 2 hours with 5.8mol/L density of HCL solution. It is seen from the Table 1that the content of iron significantly decreased while the content of SiO2, Al2O3, K2O increase. The treated sample was used to be decomposed by hydrothermal method in KOH solution. The results showed that the dissolution rate of SiO2 could be up to 64.73% after the hydrothermal treatment of 260 ℃ for 2 hours with 1.2 mol/L density of KOH(Fig 1). The solid product is mailnly kalsilite phase.     

盐穴能源储库氮气阻溶造腔气垫控制理论研究

盐穴具有良好的稳定性和密闭性,是储存天然气、石油、氢气等的理想场所。传统水溶造腔采用的油垫阻溶存在阻溶效果差、卤水油污重等问题,无法满足绿色矿山建设要求。气垫作为一种替代品备受关注,但因其起步较晚、控制难度大,加之我国复杂的盐层地质条件,阻碍着其推广应用。为此,首先分析了不同造腔阶段气垫控制特点,然后在对气-液界面处压力平衡分析的基础上提出了不同阶段气垫厚度预测及注气量计算方法,结合某井建槽期实例给出了建议气垫厚度及其波动范围,探明了气垫厚度和注气量随造腔推进的变化规律,最后探讨了气垫阻溶应用相关的关键问题。研究结果表明：建槽期及收顶期以气垫厚度控制为主,建腔期及腔体修复阶段则以气-液界面位置控制为主。建议建槽期平均气垫厚度不低于0.3 m,建槽期初期气垫厚度波动迅速,应设置较大的气垫厚度并及时补注氮气,随后气垫厚度波动趋于稳定,补气时间间隔可逐渐拉长。随造腔时间增加,单次补气量越来越大,累计补气量整体呈线性增长。造腔过程中井口气压及气-液界面处气垫压力先增加后线性减小,应实时监测井口气压变化。气垫阻溶与油垫阻溶成本相近但环境效益显著,可重复利用排出氮气及井口注气设施以节约成本。现场应...     

库车坳陷迪北地区下侏罗统天然气富集机制

库车坳陷迪北地区下侏罗统致密砂岩气藏广泛发育, 对其富集机制的研究具有重要意义.通过岩心和薄片观察、激光共聚焦扫描、排替压力测试、包裹体岩相学观察、显微测温等方法, 探讨了迪北地区下侏罗统天然气富集机制.研究表明: (1)迪北地区气源条件优越, 天然气快速充注; (2)迪北地区裂缝-孔隙型储层广泛发育, 储集性能优越; (3)迪北地区上覆多套厚层泥岩和膏泥岩盖层, 天然气保存条件好; (4)迪北地区断裂-砂体复合输导体系发育, 天然气高效捕获成藏; (5)迪北地区具有"早油晚气"的油气充注特征, 天然气在库车期到现今(5~0 Ma)大量充注, 储层在前康村期(约8 Ma)致密化, 即储层致密化时间早于天然气大量充注时间.因此, 在构造活动控制下, 天然气聚集成藏经历了中新世早中期原油充注、上新世以来致密深盆气藏叠加和西域期以来的致密气藏调整改造再富集3个阶段.对迪北地区天然气富集机制的研究, 有利于进一步寻找有利区, 指导致密砂岩气勘探.