Simulación de disolución de minerales por ácidos orgánicos y dióxido de carbono.
Los ácidos orgánicos de bajo peso molecular son fácilmente solubles en agua y pueden ionizarse en aniones de ácidos carboxílicos en agua.
El experimento se realizó en botellas de plástico de polietileno de alta presión. Seleccione ortoclasa pura y partículas de ortoclasa como muestras experimentales, agregue 0,1 mol/L de ácido oxálico y 0,1 mol/L de solución de oxalato de sodio para simular condiciones ácidas y neutras, y caliente en un baño de agua a temperatura constante a 80 °C (1 °C) para 240 horas.
Después del experimento, saca las partículas sólidas. Pesar las partículas sólidas antes y después de la disolución y calcular la cantidad disuelta. Las partículas disueltas se observaron utilizando un microscopio electrónico de barrido y se compararon con las partículas no disueltas. El contenido de silicio, aluminio y cationes principales en la solución se analizó mediante espectrometría de emisión de plasma (Tabla 9-1).
Tabla 9-1 Resultados experimentales del ácido dicarboxílico que disuelve minerales individuales
Nota: el análisis elemental fue completado por el Centro de pruebas de la Universidad de Tecnología de Wuhan.
Los experimentos demuestran que la ortoclasa y la ortoclasa son estables en agua pura y no son fácilmente solubles. Sin embargo, se puede disolver en diversos grados en ácido oxálico y su sal sódica neutra. Entre ellos, la solubilidad de la muestra estacional No. 2 en una solución neutra de oxalato de sodio es mayor que la solubilidad de la muestra estacional No. 1 en condiciones ácidas. La concentración de sílice en la solución cambia gradualmente de agua pura a una solución de ácido oxálico a sodio neutro. solución salina.
En condiciones ácidas, la disolución de la ortoclasa nº3 es más intensa. Durante el proceso de transformación del feldespato en caolinita, se libera ácido silícico libre que puede formar un compuesto de coordinación soluble en agua con aniones de ácido carboxílico para promover la disolución del feldespato.
La lutita negra oscura del Triásico en el área de Lunnan produjo abundantes ácidos orgánicos durante el proceso de maduración térmica. Los ácidos orgánicos de la lutita de color negro oscuro tienen un efecto disolvente más fuerte sobre los minerales de feldespato.
La disolución de las superficies minerales no sólo crea poros secundarios y aumenta la porosidad total, sino que también tiene un impacto particularmente importante en la garganta de los poros. La disolución puede aumentar el tamaño de los poros del canal, pero también puede bloquear el canal debido a la formación de arcilla.
En segundo lugar, la disolución de ácidos orgánicos en sistemas multiminerales.
Utilice diferentes ácidos orgánicos, incluidos aminoácidos, para disolver diferentes combinaciones de minerales. Los resultados son los siguientes.
El aminoácido elegido es la D,L-α-alanina ordinaria. La relación de combinación de minerales es: microclina:calcita = 7:2:1 (relación de masa), que se acerca a la composición mineral de la arenisca del yacimiento en la cuenca del Tarim. La concentración de varios ácidos es de 0,05 mol/L y el valor del pH se ajusta a 7 con NaOH. El experimento se divide en dos grupos: 70°C y 120°C. El tiempo de calentamiento es de 240 horas. Los resultados del análisis de los elementos principales en la solución acuosa disuelta se muestran en la Tabla 9-2.
Tabla 9-2 Resultados experimentales de ácidos orgánicos que se disuelven en varios minerales
①Minerales: C-calcita; f-feldespato; Q-sincronicidad (lo mismo a continuación). ②El análisis elemental fue completado por el Laboratorio de Hidrogeología e Ingeniería Geológica de Hubei (el mismo a continuación).
Los resultados de la disolución de minerales mixtos mediante ácidos orgánicos pueden ilustrar los siguientes puntos.
Durante el experimento (1), las partículas minerales de la muestra se disolvieron en diversos grados, lo que indica que las partículas perdieron peso y el contenido de SiO2_2 e iones metálicos en la solución aumentó.
(2) Al comparar los datos de pérdida de peso y análisis elemental de calcita, feldespato y Ying, se puede ver que bajo la acción de ácidos orgánicos, la calcita es la primera en disolver minerales multicomponente, seguida por minerales de silicato.
(3) Suponiendo que el contenido de SiO2 _ 2 en la solución representa el grado de solubilidad del silicato, y el contenido de Ca ~ (2+) representa el grado de solubilidad de la calcita, entonces la Solubilidad Los cambios son diferentes. La solubilidad de los silicatos en agua aumenta al aumentar la temperatura, mientras que la solubilidad de las rocas carbonatadas disminuye ligeramente al aumentar la temperatura.
(4) La solubilidad de diferentes ácidos orgánicos en dos minerales también es diferente. El orden de velocidad de disolución del feldespato Yingshihe es aminoácido > ácido cítrico > ácido oxálico > ácido acético > fenol. Para la calcita, el orden de las velocidades de disolución de los diferentes ácidos orgánicos es ácido cítrico > aminoácido > fenol > ácido acético > ácido oxálico. Este orden es diferente del orden de disolución del silicato, porque el ácido oxálico no puede formar un compuesto de coordinación con el calcio, sino que forma un precipitado insoluble, lo que dificulta la disolución continua de la calcita. Además, el Ca2+ producido por la disolución del feldespato también puede precipitar en la superficie de las partículas de calcita, lo que resulta en un aumento en la masa relativa de las partículas de calcita en la muestra No. 2 del experimento (Tabla 9-2).
En tercer lugar, los efectos de la salinidad y la presión parcial de CO2 en la disolución mineral.
Use soluciones de NaCl de diferentes concentraciones para disolver el sulfuro y la ortoclasa para simular diferentes salinidades, y use diferentes disoluciones de presión parcial de CO2. diferentes ácidos orgánicos.
En el primer experimento, se utilizaron soluciones de NaCl de diferentes concentraciones para simular la interacción entre salmuera de diferentes salinidades y ortoclasa a 65438 ± 020 ℃ durante 240 h. Después del experimento, se probaron las dos soluciones. Se analizó el contenido de óxido de silicio y otros elementos y los resultados se enumeran en la Tabla 9-3.
En la tabla, para las muestras estacionales, la concentración másica de SiO2 en la solución disminuye a medida que aumenta la concentración másica de NaCl. Generalmente se cree que la adición de 0,05 mol/L de ácido acético forma un compuesto de coordinación con SiO 2 para promover la disolución del mineral. Sin embargo, debido a la presencia de NaCl, la concentración másica de SiO 2 en la solución de NaCl-ácido acético es incluso menor que esa. en agua pura.
El feldespato se disuelve de forma diferente en agua.
En general, el contenido de cada elemento (excepto Fe) aún disminuye con el aumento de NaCl, lo que indica que la alta concentración de NaCl es el principal factor de control de la disolución del feldespato. En una solución de NaCl de alta concentración en masa, el Al3+ está limitado por la red tetraédrica de Si-O-Al, de modo que a medida que aumenta la concentración en masa de NaCl, la concentración en masa de Al3+ disminuye gradualmente (tabla 9-3).
En resumen, si no se tiene en cuenta la influencia de la materia orgánica, se puede comprobar mediante experimentos que la salmuera con alta salinidad es perjudicial para la disolución de los minerales de silicato.
El experimento 2 añadió diferentes ácidos orgánicos y partículas minerales a una botella de plástico de polietileno de 100 ml, y añadió agua y partículas minerales a dos botellas de plástico como control. Los resultados experimentales se muestran en la Tabla 9-4.
Tabla 9-3 Efecto de la concentración de NaCl en salmuera simulada sobre la disolución de minerales
Tabla Experimento de disolución de minerales bajo presión parcial de CO2
Según el experimento, bajo CO2 presión parcial En condiciones bajas (la boca de la botella mira hacia la atmósfera en el experimento), la calcita se disuelve fuertemente, lo que hace que la concentración de Ca2+ en la solución aumente significativamente (Muestra No. 33, debido a la formación de precipitado de oxalato de calcio insoluble , dificulta una mayor disolución de la calcita y reduce el Ca2+). Después del experimento, las partículas de calcita se disolvieron casi por completo. En la tabla, las concentraciones de iones metálicos como SiO2_2 y Al_3+ aumentan, lo que indica que la baja presión parcial de CO2 también provoca la disolución parcial del silicato. Este fenómeno es consistente con la ruta de reacción de descomposición resumida por Surdam et al. A bajas presiones parciales de CO2, las rocas carbonatadas se disuelven. Cuando la concentración de ácido carboxílico es mayor que la concentración de carbonato, no queda mineral de carbonato residual y aparece una estructura disuelta del mineral de aluminosilicato.
4. Experimento de simulación no consolidada de arenisca de petróleo pesado
Basado en la ocurrencia geológica, petrología y características geoquímicas de dos yacimientos de petróleo pesado en la Cuenca del Tarim, se diseñaron y llevaron a cabo dos simulaciones. se llevaron a cabo para explorar la biodegradación de dos petróleos crudos en condiciones de yacimiento meteorizado y su impacto en el proceso de formación de poros secundarios en el yacimiento.
(1) Biodegradación del petróleo crudo y formación de poros de disolución de areniscas
1 Materiales y métodos experimentales
1) Materiales experimentales
Muestra de petróleo: Petróleo crudo marrón medio (4746 ~ 4760 metros) del Grupo 1 de Petróleo Triásico en el Pozo LN203, área de Lunnan, Cuenca Tarim.
Pozo de arenisca LN2 en la zona de Lunnan de la Cuenca del Tarim, arenisca limosa gris del Triásico.
Añadir nano 31,0g, KH2PO40,4g y Na2SO4 0,2g a la muestra de agua sintética en 1000mL de agua destilada. Todos los reactivos utilizados eran de calidad analítica y el valor del pH de la muestra de agua se ajustó a aproximadamente 8,0.
Tome 5,0 g de suelo contaminado con petróleo de Tarim (preparado artificialmente) como muestra de agua bacteriana, mézclelo con 100 ml de muestra de agua sintética y déjelo reposar para que se asiente. El sobrenadante se diluyó 10 veces con una muestra de agua sintética para que sirviera como muestra de agua bacteriana. El número de bacterias saprofitas en la muestra se midió usando el método de la botella de prueba bacteriana y fue de 106/L.
2) Método experimental
Agregue 12,0 g de muestra de aceite, 145 ml de muestra de agua sintética, 5 ml de muestra de agua bacteriana y 1 muestra de arenisca (suspendida en la interfaz aceite-agua) en un recipiente de plástico de 250 ml. Frasco, tapar con tapón de algodón y ventilar a temperatura constante (30°C) en un agitador de temperatura constante HYA-II (velocidad de rotación: 160r/). Después de 14 días de cultivo, se realizaron los siguientes análisis: ① Análisis de composición familiar y análisis de cromatografía de gases de hidrocarburos saturados de muestras de aceite antes y después de la acción microbiana; (2) Determinación del valor de pH y concentración de aluminio y silicio de muestras de agua después de la acción microbiana; ③ Muestras de arenisca antes y después de la observación SEM de la acción microbiana.
2. Resultados experimentales y discusión
(1) Antes y después de la prueba, la composición de la familia del petróleo crudo cambió significativamente: el contenido de hidrocarburos saturados disminuyó significativamente, los asfaltenos y no. -aumentó el contenido de hidrocarburos y aumentó el contenido relativo de hidrocarburos aromáticos. Esto es consistente con los cambios en la composición de la familia del petróleo crudo después de la biodegradación en la naturaleza. Después de la acción de los microorganismos, las isoparafinas disminuyeron significativamente, los n-alcanos aumentaron significativamente y Pr/nC18 aumentó de 0,55 a 1,68, un aumento de más de 2 veces. Se puede observar que el contenido de n-alcanos fácilmente biodegradables se reduce significativamente, mientras que el contenido de isoparafinas y cicloalcanos resistentes a la biodegradación aumenta relativamente.
(2) La biodegradación del petróleo crudo hace que el valor del pH de la solución acuosa baje significativamente, lo cual es causado por sustancias ácidas como los ácidos orgánicos producidos durante la biodegradación del petróleo crudo. El proceso de biodegradación del petróleo crudo es el proceso de oxidación biológica de los hidrocarburos del petróleo crudo. Los microorganismos pueden oxidar completamente los hidrocarburos del petróleo crudo en condiciones de oxigenación y, en última instancia, producir dióxido de carbono y agua.
(3) El análisis de microscopía electrónica de barrido muestra que después de la degradación del petróleo crudo, los poros disueltos de la arenisca se desarrollan en formas redondas, que son obviamente diferentes de las originales (empapadas en muestras de agua sintética durante 14 días); los ácidos orgánicos producidos por la biodegradación del petróleo crudo. La disolución del cemento de carbonato en arenisca provoca la expansión y limpieza de los poros, además, también se produce una ligera disolución de las partículas de feldespato, correspondiente al aumento de la concentración de; aluminio y silicio en la solución acuosa.
3. Conclusión
En un entorno de yacimiento meteorizado, cerca de la parte superior de la corteza erosionada o de la zona de falla, la degradación aeróbica del petróleo crudo es más fuerte y dura un período de tiempo. tiempo geológico largo y tiene buenas condiciones hidrodinámicas. Los ácidos orgánicos producidos por el metabolismo microbiano disuelven completamente las partículas minerales del cemento de arenisca, y los iones metálicos como Ca, Mg y Al y SiO2_2 que ingresan a la solución acuosa se diluyen constantemente con el agua dulce recién inyectada y migran a niveles de energía bajos. . La mayor parte o la totalidad del cemento de carbonato se disuelve, lo que eventualmente hace que la arenisca del yacimiento se afloje.
Por lo tanto, el aflojamiento de areniscas de petróleo pesado es el resultado de interacciones orgánico-inorgánicas en yacimientos erosionados que están estrechamente relacionadas con la actividad microbiana.
(2) Reducción de sulfato bacteriano (BSR) y formación de poros de disolución de barita.
Hay nódulos de barita que contienen asfalto (aceite pesado). Los nódulos son elipsoidales con un diámetro de 70 a 250 mm y son en su mayoría agregados radiales centrales. El asfalto está lleno de escisiones, microfisuras y poros disueltos. En vista de la relación entre la formación de poros disueltos y asfalto con alto contenido de azufre, azufre elemental y pirita, se diseñó un experimento de simulación para la reducción biológica de barita mediante bacterias reductoras de sulfato.
1. Método experimental
1) Materiales experimentales
El petróleo crudo se extrajo de la capa Tⅰ (4740 ~ 4759 metros) del pozo LN2 en la cuenca del Tarim. . Las escamas de barita se fabricaron con la barita asfáltica mencionada anteriormente y se colocaron en la interfaz aceite-agua; las muestras de agua utilizadas en el experimento se prepararon en el interior y se aislaron bacterias reductoras de sulfato del agua de reinyección del campo petrolífero de Jianghan.
2) Pasos experimentales
El experimento se divide en grupo experimental y grupo de control. El grupo de control fue el mismo que el grupo experimental, excepto que la muestra de agua no contenía SRB. Todo el experimento se llevó a cabo en una botella de reactivo cerrada de boca ancha, que se colocó en una incubadora bioquímica de temperatura constante.
2. Resultados experimentales y discusión
Después de que SRB interactuó con barita durante 45 días en condiciones de yacimiento simuladas, se midió el contenido de Ba2+ en las muestras de agua del grupo experimental y del grupo de control. antes y después de la interacción, los resultados de la medición se muestran en la Tabla 9-5.
Tabla 9-5 Resultados de la medición de Ba2+
Nota: Probado por el Laboratorio Geológico Provincial de Hubei.
Los resultados experimentales muestran que después de 45 días de tratamiento con bacterias reductoras de sulfato (SRB), la concentración de Ba2+ en la solución de aceite y agua que contenía hojuelas de barita fue 5 veces mayor que la del grupo de control, lo que demuestra que en condiciones anaeróbicas, las bacterias reductoras de sulfato pueden utilizar iones en agua para acelerar la disolución de barita BaSO4 en agua, lo que en última instancia conduce a la disolución de la barita y los poros secundarios. Esto es consistente con los resultados del análisis geoquímico de las observaciones de minerales de roca.