不同濃度水楊酸對斜長石溶解能力的研究

侯冠宇

摘 要：砂巖儲層中次生孔隙是致密砂巖氣的良好儲層，而由不穩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型，其中長石是分布最廣泛的易溶骨架顆粒。因此開展有機酸對斜長石溶解的實驗研究對于天然氣開發具有重要意義。為了研究有機酸（水楊酸）對斜長石的溶解能力以及不同有機酸對長石溶解能力，筆者在30 ℃條件下，在不同濃度的水楊酸溶液中，對斜長石進行了溶解模擬實驗。實驗結果表明：當水楊酸濃度低于0.025 mol/L時，對斜長石溶解的影響程度較小；當水楊酸濃度大于0.025 mol/L，表現出隨水楊酸濃度的升高，斜長石的溶解量和溶解速率減小的特征，說明弱酸條件下更利于水楊酸對斜長石的溶解。

關鍵詞：水楊酸 斜長石 溶解 次生孔隙

中圖分類號：S65 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著國家能源結構的調整，非常規天然氣資源在未來的能源結構中占有重要的比重。我國的致密砂巖氣儲量豐富，技術可采資源量10萬億m3左右[1]，并且致密砂巖氣的開采現實性相對較好，在未來幾十年內，致密砂巖氣的開采將會是我國非常規天然氣開采的主要方向。致密砂巖氣主要儲存在砂巖的空隙中，因此對儲層孔隙的生成與演化的研究尤為重要[2]。據前人研究成果表明有機酸對砂巖中長石的溶解作用可產生相當數量的次生孔隙，從而增加氣體的儲集空間。而目前有機酸對長石的溶蝕作用研究尚處于實驗模擬認識階段，對影響溶蝕作用效果的因素認識尚不明確。故筆者采用系列濃度梯度有機酸對斜長石進行溶解分析，探討認識其作用機制與效果。

1 研究意義

砂巖中次生孔隙不僅是砂巖儲層的主要儲、滲孔隙，也是致密砂巖氣的良好儲層，砂巖中次生孔隙的形成機理與長石等骨架顆粒在埋藏成巖過程中的溶蝕作用密切相關[2-4]。長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，尤其是對深埋壓實條件下的砂巖儲滲條件的改善具有重要意義。同時長石的溶解作用在風化作用、成巖成礦和變質作用等地質過程中普遍存在，所以長石的溶解動力學自然成為了礦物地球化學研究的重要內容[5-8]并且是了解交代蝕變、地層傷害、礦物溶解遷移、巖石風化速率等水巖反應過程的關鍵問題[9]。

2 實驗原理及材料選取

國內外研究者在靜態反應器與流動體系中也開展了多種模擬實驗[2]，對長石類礦物進行了大量的熱力學和溶解動力學研究，以探討溫壓條件、流體的性質和長石的類型和結構對長石類鋁硅酸鹽礦物溶蝕的控制作用及其機理[10-11]。但是之前的研究對有機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有機酸的研究較少，所以選取了水楊酸進行了對長石溶解的模擬實驗。

此外，自然界中長石種類復雜，且長石的溶解情況與長石的類型有著極大的關系。斜長石、鈉長石和鉀長石在溶解過程中，最常見的反應是形成自生高嶺石，其反應方程式如下：

以上熱力學計算可以看出，在標準狀態下斜長石、鈉長石和鉀長石都自發地向高嶺石轉化，并且斜長石反應的△G遠小于鈉長石和鉀長石，這說明在地表條件下，斜長石比鈉長石和鉀長石更易發生蝕變和被有機酸溶解。因此，此次研究選取水楊酸及斜長石在30 ℃的低溫條件下進行長石溶解模擬實驗。

3 實驗流程

實驗所用樣品為斜長石，將斜長石樣品用粉碎機粉碎，過篩，在雙目鏡下挑顏色純凈、結晶完整、無明顯雜質的斜長石礦物，實驗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后稱取8份每份2.000 g，樣品分別置于8個編好號的試管中。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號試管分別加入100 mL的不同濃度的水楊酸溶液，8號試管加入100 mL蒸餾水。將試管塞上試管塞后，放入30 ℃恒溫箱，每隔20 d將斜長石樣品取出經干燥后稱重，并記錄數據。

4 結果與分析

由圖1、表1可以看出，當水楊酸濃度小于0.025 mol/L時，水楊酸對斜長石的溶解幾乎沒有效果，與蒸餾水的效果近似。當濃度大于0.025 mol/L時，水楊酸對斜長石的溶解效果明顯，且呈現出隨著濃度的增高斜長石溶解程度減小的趨勢，說明弱酸的環境下更利于斜長石的溶解，即更利于空隙的形成。

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

水楊酸最利于斜長石溶解的濃度應介于0.025 mol/L至0.05 mol/L之間，由于時間限制，未進行后續的濃度梯度實驗，最適宜的斜長石溶解的水楊酸濃度仍需繼續進行溶解模擬實驗。水楊酸對斜長石溶蝕形成次生孔隙并不是一個簡單的過程，會受到諸如溫度、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斜長石溶蝕的機制，還應進行進一步研究。

5 結論

（1）水楊酸對斜長石的溶解實驗表明：當水楊酸濃度低于0.025 mol/L時，對斜長石溶解的影響程度較小；而當水楊酸濃度大于0.025 mol/L，表現出隨水楊酸濃度的升高，斜長石的溶解量和溶解速率減小的特征，說明弱酸條件下更利于水楊酸對斜長石的溶解。

（2）有機酸對砂巖儲層次生孔隙的作用很大程度上取決于其濃度，適當濃度的有機酸對斜長石的溶蝕作用有促進作用，可利用該特性進行砂巖孔隙的改造。此實驗可為研究砂巖儲層次生孔隙發育特征提供一定的實驗支撐，但實驗研究中也存在不足，難以準確模擬斜長石所處的實際環境，未能考慮溫度、壓力以及應力對實驗結果的影響，因此實驗尚有改進之處。

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