宜賓某頁巖氣開采區反排液水化學特征模擬

王鴻斌

（成都大學建筑與土木工程學院，四川 成都 610106）

1 引言

對反排液水化學特征的模擬對深入理解反排液的內在水化學特性具有重要意義，同時可以為反排液的高效節能處置提供可靠的理論依據。利用Visual MINTEQ 軟件對頁巖氣開采過程中壓裂反排液成分數據的采集，利用Visual MINTEQ軟件對開采區反排液水化學特征進行模擬，研究結果對理解頁巖氣開采反排液的水化學特征具有一定的參考價值，為反排液的高效節能處置提供重要的理論指導。

2 研究區域概況

研究區域位于四川省宜賓市某頁巖氣開采區，該地區屬低山丘陵區，地勢北高南低，平壩占總面積的20.13 %，丘陵占40.22%，低山占29.15%，海拔310～1 042 m。氣候屬中亞熱帶四川盆地濕潤氣候區，季風氣候明顯，常年平均氣溫為19.20℃。地體主要由石灰巖和頁巖組成。

3 頁巖氣開采區反排液水化學成分

對頁巖氣開采區取樣點反排液現場取樣，對水溫、酸堿度及離子成分分析，取樣點反排液化學成分結果如表1所示。

表1 反排液化學成分表 單位：mmol/L

4 頁巖氣開采區反排液水化學特征模擬

4.1 頁巖氣開采區反排液模擬方法

此研究主要探究頁巖氣反排液的水化學特征，運用Visual MINTEQ 3.1模型計算典型反排液中主要陽離子及陰離子在特征溫度及pH條件下的存在形態，分析取樣點反排液的水化學特征。在模擬過程中，輸入模型的參數包括陰離子濃度、陽離子濃度、pH及溫度，離子強度通過輸入條件平衡計算得出。

4.2 頁巖氣開采區反排液化學成分濃度及活度模擬

用Visual MINTEQ 對反排液水樣進行化學成分濃度及活度模擬，得到化學成分濃度及活度柱狀圖（圖1）。

反排液樣品離子強度為0.45290 mol/L，陽離子和陰離子總數分別為0.41545 eq/kg（反排液）及0.45782 eq/kg（反排液）。如圖1a 所示，反排液水樣中的主要成分為Ca2+、Cl-、K+、Na+及NaCl（aq），其濃度分別為0.01139、0.045410、0.01908、0.35982及0.03976 mol/L。對應的Ca2+、Cl-、K+、Na+及NaCl（aq）的活度（Ac）也相對較高。研究結果表明，反排液中的堿性陽離子及Cl-為反排液中的主要無機化學成分。

根據反排液化學成分濃度及活度對化學成分的占比進行分析。在反排液中Cl-及主要以單獨的陰離子形態存在，然而，CO32-則轉化為（61.91%）及亞穩態的H2CO3*（29.26%）；Mg2+、Ca2+、Na+及Ba2+主要以單獨陽離子形態存在，占比分別為65.39%、74.47%、89.33%及88.38%。同時，在反排液中存在部分化合物，分別為：MgCl+（33.68%）、CaCl+（24.20%）、NaCl（9.94%）及BaCl+（10.59%）。上述結果表明，在pH為6.50、水溫為24.30℃的條件下，反排液中的主要成分為單獨的陰離子及陽離子，未見有明顯的配合物生成。

4.3 頁巖氣開采區反排液化學成分飽和指數模擬

采用Visual MINTEQ 對選取的反排液水樣進行化學成分飽和指數模擬，模擬結果如表2所示。在反排液中可能存在30種礦物質。29種礦物的飽和指數均小于0，即大部分礦物均處于不飽和狀態，因此，在反排液中上述礦物質仍具有繼續溶解的能力。重晶石（Barite，BaSO4）作為一種易沉淀的礦物，在反排液中其飽和指數為3.022。這一結果表明，在反排液中重晶石已經處于過飽和狀態，且極易在反排液中形成沉淀。

表2 水樣化學成分飽和結果表

5 結論

①該頁巖氣開采區反排液水樣中的活度較高成分為Ca2+、Cl-、K+、Na+及NaCl（aq），其活度分別為0.00326、0.33207、0.01395、0.26312及0.04413。②Visual MINTEQ對選取的反排液水樣的化學成分飽和指數模擬結果表明，反排液中可能存在的29 種礦物的飽和指數均小于0，處于非飽和狀態。重晶石在反排液中的飽和指數為3.022，即重晶石具有生成沉淀的趨勢。