宜宾某页岩气开采区反排液水化学特征模拟

王鸿斌

（成都大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610106）

1 引言

对反排液水化学特征的模拟对深入理解反排液的内在水化学特性具有重要意义，同时可以为反排液的高效节能处置提供可靠的理论依据。利用Visual MINTEQ 软件对页岩气开采过程中压裂反排液成分数据的采集，利用Visual MINTEQ软件对开采区反排液水化学特征进行模拟，研究结果对理解页岩气开采反排液的水化学特征具有一定的参考价值，为反排液的高效节能处置提供重要的理论指导。

2 研究区域概况

研究区域位于四川省宜宾市某页岩气开采区，该地区属低山丘陵区，地势北高南低，平坝占总面积的20.13 %，丘陵占40.22%，低山占29.15%，海拔310～1 042 m。气候属中亚热带四川盆地湿润气候区，季风气候明显，常年平均气温为19.20℃。地体主要由石灰岩和页岩组成。

3 页岩气开采区反排液水化学成分

对页岩气开采区取样点反排液现场取样，对水温、酸碱度及离子成分分析，取样点反排液化学成分结果如表1所示。

表1 反排液化学成分表 单位：mmol/L

4 页岩气开采区反排液水化学特征模拟

4.1 页岩气开采区反排液模拟方法

此研究主要探究页岩气反排液的水化学特征，运用Visual MINTEQ 3.1模型计算典型反排液中主要阳离子及阴离子在特征温度及pH条件下的存在形态，分析取样点反排液的水化学特征。在模拟过程中，输入模型的参数包括阴离子浓度、阳离子浓度、pH及温度，离子强度通过输入条件平衡计算得出。

4.2 页岩气开采区反排液化学成分浓度及活度模拟

用Visual MINTEQ 对反排液水样进行化学成分浓度及活度模拟，得到化学成分浓度及活度柱状图（图1）。

反排液样品离子强度为0.45290 mol/L，阳离子和阴离子总数分别为0.41545 eq/kg（反排液）及0.45782 eq/kg（反排液）。如图1a 所示，反排液水样中的主要成分为Ca2+、Cl-、K+、Na+及NaCl（aq），其浓度分别为0.01139、0.045410、0.01908、0.35982及0.03976 mol/L。对应的Ca2+、Cl-、K+、Na+及NaCl（aq）的活度（Ac）也相对较高。研究结果表明，反排液中的碱性阳离子及Cl-为反排液中的主要无机化学成分。

根据反排液化学成分浓度及活度对化学成分的占比进行分析。在反排液中Cl-及主要以单独的阴离子形态存在，然而，CO32-则转化为（61.91%）及亚稳态的H2CO3*（29.26%）；Mg2+、Ca2+、Na+及Ba2+主要以单独阳离子形态存在，占比分别为65.39%、74.47%、89.33%及88.38%。同时，在反排液中存在部分化合物，分别为：MgCl+（33.68%）、CaCl+（24.20%）、NaCl（9.94%）及BaCl+（10.59%）。上述结果表明，在pH为6.50、水温为24.30℃的条件下，反排液中的主要成分为单独的阴离子及阳离子，未见有明显的配合物生成。

4.3 页岩气开采区反排液化学成分饱和指数模拟

采用Visual MINTEQ 对选取的反排液水样进行化学成分饱和指数模拟，模拟结果如表2所示。在反排液中可能存在30种矿物质。29种矿物的饱和指数均小于0，即大部分矿物均处于不饱和状态，因此，在反排液中上述矿物质仍具有继续溶解的能力。重晶石（Barite，BaSO4）作为一种易沉淀的矿物，在反排液中其饱和指数为3.022。这一结果表明，在反排液中重晶石已经处于过饱和状态，且极易在反排液中形成沉淀。

表2 水样化学成分饱和结果表

5 结论

①该页岩气开采区反排液水样中的活度较高成分为Ca2+、Cl-、K+、Na+及NaCl（aq），其活度分别为0.00326、0.33207、0.01395、0.26312及0.04413。②Visual MINTEQ对选取的反排液水样的化学成分饱和指数模拟结果表明，反排液中可能存在的29 种矿物的饱和指数均小于0，处于非饱和状态。重晶石在反排液中的饱和指数为3.022，即重晶石具有生成沉淀的趋势。