ph值對三個石相中溶解反應的影響

ph值對三個石相中溶解反應的影響

長石作為砂巖儲層的骨架，溶解形成的生孔可以提高砂巖儲層的孔隙度和滲透性，尤其是低粒間隔的砂巖儲層。此外,在埋藏成巖的地質條件下,長石往往向高嶺石轉化,轉化的實質是“原有礦物相的溶解和新生礦物相的形成”。長石向高嶺石轉化也是產(chǎn)生次生孔隙的一個重要因素。因此,探討成巖條件下各種因素對長石溶解或轉化的影響具有重要意義。影響長石溶解或轉化的因素是多方面的,包括長石的成分、結構、反應的溫度、流體pH值及其中有機酸的類型和含量等對長石溶解反應機理的研究和反應速率的研究本文從熱力學角度,以長石溶解反應的機理及各離子形態(tài)在溶液中的分布為出發(fā)點,論述了常溫(25℃)常壓(101325kPa)下,無機介質中,pH值對三個長石端員及高嶺石在流體中溶解度的影響,在此基礎上,進一步探討了pH值對長石向高嶺石轉化和次生孔隙發(fā)育程度的制約,并提出了衡量次生孔隙發(fā)育程度的參數(shù)——轉化系數(shù)1alosi-m吸附反應長石3個端員鉀長石、鈉長石、鈣長石的化學結構式分別是:KAlSi(1)離子交換反應:(AlOSi)M—→(AlOSi)(AlOSi)礦物表面的離子交換反應可看做一個解吸與吸附反應,這里的(AlOSi)指的是一個交換單元,可定義為鋁和硅原子間的一個橋鍵氧。M指的是鉀、鈉、鈣等元素。(2)質子化反應:≡SiO≡SiOH+H104羅孝俊等/pH值對長石溶解度及次生孔隙發(fā)育的影響≡AlO≡AlO+HSiOSi中的橋鍵氧也可吸附一個H≡SiOSi≡+H(3)水解反應:≡SiOSi≡+H=SiOHOSi≡+HSi(OH)Al(OH)反應的最終結果是硅(鋁)氧四面體中的硅、鋁及硅(鋁)氧四面體外的鉀、鈉、鈣等從長石的骨架中脫離出來,進入溶液,而這些組分在溶液中的存在形式,則取決于溶液的pH值。2ph值與溶液中不同離子形態(tài)分布之間的關系2.1溶液中鋁的分布考慮到長石溶解后,鋁的總濃度較低,因此忽略多聚離子的存在,溶液中可能存在的鋁離子形態(tài)有:AlAlAlOHAl(OH)Al(OH)上述離子形態(tài)在溶液中的濃度,取決于鋁在溶液中的總濃度和其分布系數(shù)λλλ這里由上圖可知,pH<5之前,鋁主要以Al2.2分布系數(shù)法同鋁一樣,只考慮硅離子的簡單形式:HHH用分布系數(shù)對pH值作圖,得圖2。從圖2可以看出,pH<9.8時,溶液中硅主要以H2.3級反應常數(shù)p鈣在溶液中與水反應的一級反應常數(shù)p3兩種礦物的溶解度根據(jù)上述反應機理和各離子形態(tài)分布隨pH值的變化情況,可得到如下的長石溶解反應方程式:(1)在酸性(pH<6)條件下:KAlSiNaAlSiCaAl設各長石的溶解度為=27=27=16ln(2)中性和堿性(6<pH<10)條件下:KAlSiNaAlSi3HCaAl2H同樣,溶解度與反應平衡常數(shù)間存在如下關系:=27=27=27KKK>10后的情況,自然條件下較少見,這里不再討論。根據(jù)以上關系式和有關的熱力學數(shù)據(jù)從圖3可以看出,常溫常壓下,三種長石溶解度隨在地質條件下,長石會向高嶺石轉化;而高嶺石溶解度隨pH值的變化,與長石向高嶺石的轉化反應有關,下面就高嶺石溶解度隨pH值的變化進行討論。4ph值對高嶺石溶解的影響(1)酸性條件ph-6Al溶解度=16(2)ph值對最佳溶解度的影響(2溶解度S與反應平衡常數(shù)間關系:K根據(jù)以上關系式和相關熱力學數(shù)據(jù)計算,可求得高嶺石溶解度(從圖4可以看出,高嶺石溶解度隨pH值的變化趨勢與長石的溶解度隨pH值的變化趨勢是一致的,但在任何pH值的情況下,長石的溶解度都大于高嶺石的溶解度。因此,從熱力學的角度來看,常溫常壓下長石有向高嶺石轉化的趨勢。5鈣、鈉、hfp的轉化模型為探討長石向高嶺石的轉化,現(xiàn)定義=(用從上圖可看出,鉀、鈉長石的轉化系數(shù)對鈣長石,以pH<6為例,推導過程如下:式(20)減去式(24)得到鈣長石向高嶺石的轉化反應式:CaAl=而KS同樣的方法可得出鉀、鈉長石向高嶺石的轉化量與轉化系數(shù)D的關系:S從上面的兩個公式可以看出,轉化系數(shù)實質上代表了長石在向高嶺石轉化過程中,所生成的高嶺石的量和被流體溶解運移的量的比例關系。D值越大,生成高嶺石的比例就越高。就等量的長石而言,顯然溶解運移所形成的次生孔隙,大于向高嶺石轉化所形成的次生孔隙。因此,根據(jù)轉化系數(shù)D隨6富石砂巖儲層的伴生孔隙(1)3種長石端員中,鈣長石在流體中溶解度變化幅度最大,鉀長石溶解度最小。(2)3種長石端員隨(3)3種長石端員向高嶺石轉化而形成的次生孔隙的多少,與轉化時溶液的酸堿度有關。對鉀長石和鈉長石而言,在酸度或者堿度較大的流體中發(fā)生轉化,所形成的次生孔隙要多于在中性范圍內發(fā)生轉化所形成的次生孔隙;對鈣長石而言,在中性和堿性溶液中發(fā)生轉化時形成的次生