侯冠宇
摘 要：砂岩储层中次生孔隙是致密砂岩气的良好储层，而由不稳定的骨架颗粒溶解而形成的孔隙是次生孔隙中最重要的成因类型，其中长石是分布最广泛的易溶骨架颗粒。因此开展有机酸对斜长石溶解的实验研究对于天然气开发具有重要意义。为了研究有机酸（水杨酸）对斜长石的溶解能力以及不同有机酸对长石溶解能力，笔者在30 ℃条件下，在不同浓度的水杨酸溶液中，对斜长石进行了溶解模拟实验。实验结果表明：当水杨酸浓度低于0.025 mol/L时，对斜长石溶解的影响程度较小；当水杨酸浓度大于0.025 mol/L，表现出随水杨酸浓度的升高，斜长石的溶解量和溶解速率减小的特征，说明弱酸条件下更利于水杨酸对斜长石的溶解。
关键词：水杨酸 斜长石 溶解 次生孔隙
中图分类号：S65 文献标识码：A 文章编号：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
随着国家能源结构的调整，非常规天然气资源在未来的能源结构中占有重要的比重。我国的致密砂岩气储量丰富，技术可采资源量10万亿m3左右[1]，并且致密砂岩气的开采现实性相对较好，在未来几十年内，致密砂岩气的开采将会是我国非常规天然气开采的主要方向。致密砂岩气主要储存在砂岩的空隙中，因此对储层孔隙的生成与演化的研究尤为重要[2]。据前人研究成果表明有机酸对砂岩中长石的溶解作用可产生相当数量的次生孔隙，从而增加气体的储集空间。而目前有机酸对长石的溶蚀作用研究尚处于实验模拟认识阶段，对影响溶蚀作用效果的因素认识尚不明确。故笔者采用系列浓度梯度有机酸对斜长石进行溶解分析，探讨认识其作用机制与效果。
1 研究意义
砂岩中次生孔隙不仅是砂岩储层的主要储、渗孔隙，也是致密砂岩气的良好储层，砂岩中次生孔隙的形成机理与长石等骨架颗粒在埋藏成岩过程中的溶蚀作用密切相关[2-4]。长石作为砂岩的骨架颗粒，其溶解形成的次生孔隙可提高砂岩的孔隙度和渗透率，尤其是对深埋压实条件下的砂岩储渗条件的改善具有重要意义。同时长石的溶解作用在风化作用、成岩成矿和变质作用等地质过程中普遍存在，所以长石的溶解动力学自然成为了矿物地球化学研究的重要内容[5-8]并且是了解交代蚀变、地层伤害、矿物溶解迁移、岩石风化速率等水岩反应过程的关键问题[9]。
2 实验原理及材料选取
国内外研究者在静态反应器与流动体系中也开展了多种模拟实验[2]，对长石类矿物进行了大量的热力学和溶解动力学研究，以探讨温压条件、流体的性质和长石的类型和结构对长石类铝硅酸盐矿物溶蚀的控制作用及其机理[10-11]。但是之前的研究对有机酸的选取局限于醋酸、草酸、柠檬酸等，水杨酸作为自然界中一种常见有机酸的研究较少，所以选取了水杨酸进行了对长石溶解的模拟实验。
此外，自然界中長石种类复杂，且长石的溶解情况与长石的类型有着极大的关系。斜长石、钠长石和钾长石在溶解过程中，最常见的反应是形成自生高岭石，其反应方程式如下：
以上热力学计算可以看出，在标准状态下斜长石、钠长石和钾长石都自发地向高岭石转化，并且斜长石反应的△G远小于钠长石和钾长石，这说明在地表条件下，斜长石比钠长石和钾长石更易发生蚀变和被有机酸溶解。因此，此次研究选取水杨酸及斜长石在30 ℃的低温条件下进行长石溶解模拟实验。
3 实验流程
实验所用样品为斜长石，将斜长石样品用粉碎机粉碎，过筛，在双目镜下挑颜色纯净、结晶完整、无明显杂质的斜长石矿物，实验前将样品再次粉碎筛选，分离出样品，将样品用去离子水清洗3遍，样品放入干燥箱干燥24 h后称取8份每份2.000 g，样品分别置于8个编好号的试管中。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的水杨酸溶液，按顺序向1～7号试管分别加入100 mL的不同浓度的水杨酸溶液，8号试管加入100 mL蒸馏水。将试管塞上试管塞后，放入30 ℃恒温箱，每隔20 d将斜长石样品取出经干燥后称重，并记录数据。
4 结果与分析
由图1、表1可以看出，当水杨酸浓度小于0.025 mol/L时，水杨酸对斜长石的溶解几乎没有效果，与蒸馏水的效果近似。当浓度大于0.025 mol/L时，水杨酸对斜长石的溶解效果明显，且呈现出随着浓度的增高斜长石溶解程度减小的趋势，说明弱酸的环境下更利于斜长石的溶解，即更利于空隙的形成。
由图2、表2可以看出，斜长石的溶解速率也与水杨酸的浓度有着极大的关系，当水杨酸浓度小于0.025 mol/L时，斜长石溶解效果不显著，溶解速率变化也不明显。当水杨酸浓度大于0.025 mol/L时，同样可以看出，溶解速率会随着水杨酸浓度的升高而降低，且随着溶解的进行，斜长石在同一水杨酸浓度的作用下其溶解速率也逐渐变慢。
水杨酸最利于斜长石溶解的浓度应介于0.025 mol/L至0.05 mol/L之间，由于时间限制，未进行后续的浓度梯度实验，最适宜的斜长石溶解的水杨酸浓度仍需继续进行溶解模拟实验。水杨酸对斜长石溶蚀形成次生孔隙并不是一个简单的过程，会受到诸如温度、压力、流体成分等各种各样因素的影响，如果想要完全弄清水杨酸对斜长石溶蚀的机制，还应进行进一步研究。
5 结论
（1）水杨酸对斜长石的溶解实验表明：当水杨酸浓度低于0.025 mol/L时，对斜长石溶解的影响程度较小；而当水杨酸浓度大于0.025 mol/L，表现出随水杨酸浓度的升高，斜长石的溶解量和溶解速率减小的特征，说明弱酸条件下更利于水杨酸对斜长石的溶解。
（2）有机酸对砂岩储层次生孔隙的作用很大程度上取决于其浓度，适当浓度的有机酸对斜长石的溶蚀作用有促进作用，可利用该特性进行砂岩孔隙的改造。此实验可为研究砂岩储层次生孔隙发育特征提供一定的实验支撑，但实验研究中也存在不足，难以准确模拟斜长石所处的实际环境，未能考虑温度、压力以及应力对实验结果的影响，因此实验尚有改进之处。
参考文献
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