钙芒硝水力压裂下裂缝扩展规律及影响因素研究

为实现钙芒硝原位改性流体化开采,采用了实验室真三轴压裂模拟装置,探究在不同地应力、不同水温条件下钙芒硝水力压裂裂缝扩展规律,同时利用模拟软件探究地应力差和多井压裂对水力压裂裂缝扩展的影响。结果发现:在低应力差条件下,裂缝在压裂井附近可以形成较复杂的裂缝网络,高应力差下裂缝则扩展的更远,但裂缝形态较为单一;对比不同水温下钙芒硝水力压裂曲线发现,温度越高,钙芒硝的起裂压力越小,裂缝扩展阶段压力波动现象更为明显,该现象与钙芒硝裂缝边界溶解有关;通过数值模拟发现当进行多井压裂时,水力压裂裂缝的扩展易受局部应力的改变而被抑制或者偏转。研究成果可对钙芒硝流体化开采提供实际工程指导。

成都市含石膏及钙芒硝盐红层主要工程地质问题及对策

本文全面总结成都市含石膏及钙芒硝盐红层的主要工程地质问题,并提出开发利用对策。通过收集整理和深入研究现有成果,提出该红层存在的主要工程地质问题:在雨水淋滤溶蚀作用下,硫酸盐腐蚀钢筋砼,并对地表水及地下水造成污染等。针对上述问题,本文提出了加强地质勘查及试验工作、动态设计、信息化施工、对出现的溶孔与空洞及时进行充填注浆等工程措施处治,以及提高砼标号、采用抗酸腐蚀水泥防腐蚀、对抽取的地下水进行处理等一系列应对措施。

罗布泊盐湖钙芒硝结晶实验与化学反应探讨

文章在对罗布泊现代卤水化学组成相图分析基础上,开展室内卤水加入"富钙"水的蒸发结晶实验,获得水钙芒硝。研究认为,水钙芒硝脱水转变为钙芒硝是罗布泊钙芒硝的形成机制之一;结合罗布泊盐类矿物组合特征,提出了钙芒硝的结晶化学反应式。

罗布泊盐湖巨量钙芒硝沉积及其成钾效应分析

罗布泊盐湖位于新疆塔里木盆地东部,盐湖沉积的主要盐类矿物是钙芒硝,其资源量巨大,卤水钾矿赋存于钙芒硝岩晶间孔隙中,显然,钾盐的聚集与钙芒硝沉积有着密切的联系。文章通过对罗布泊盐湖的钙芒硝沉积特征研究,探讨了钾盐矿床的形成与钙芒硝的沉积关系。研究显示钙芒硝沉积时期,古气候具有“热”的特点,有利于钙芒硝沉积;盐湖物质来源有“富硫酸根”的地表水,也可能存在富钙水的补给。结晶试验显示,罗布泊现代卤水与含氯化钙水掺合后,蒸发析出石膏和水钙芒硝;同时,早期沉积的石膏被交代成为钙芒硝,这两种方式是钙芒硝形成的主要机制。罗布泊钙芒硝的成钾效应主要表现于3个方面:钙芒硝具有菱板状结构,在沉积和成岩过程中钙芒硝岩发育大量孔隙;钙芒硝孔隙储集了富钾卤水;大量钙芒硝的析出导致卤水中钾离子相对富集。研究认为,罗布泊盐湖巨量钙芒硝的沉积控制了钾盐的形成和分布,钙芒硝岩成储钾盐的认识在实践上推进了罗布泊盐湖的找钾工作。

钙芒硝盐岩溶蚀试验研究

采用μCT225KVFCB型高精度显微CT试验系统,对钙芒硝盐岩试样进行不同溶蚀时间的显微CT扫描,并根据整个溶蚀过程中射线的衰减系数变化,从细观的角度揭示钙芒硝盐岩的溶蚀规律。研究结果表明:随着溶蚀时间的持续,钙芒硝盐岩的密度损伤、孔隙率逐渐增大;随着孔隙率的增大,总比表面积逐渐减小且呈线性下降趋势,而通道比表面积的变化则比较特殊,表现为先增大后减小。研究结果对研究钙芒硝矿床原位溶浸开采的产出率、生产效率和地面沉降具有非常重要的意义。

罗布泊盐湖更新世晚期沉积钙芒硝包裹体特征及古气候意义探讨

罗布泊盐湖位于塔里木盆地东部，在中更新世晚期．晚更新世出现大量钙芒硝沉积。采用冷粘法制取罗布泊钙芒硝岩包裹体薄片，观察和测试钙芒硝等盐矿物包裹体特征与均一温度等，结果显示，样品单一液相包裹体均一温度以低温、中温和高温3个或2个区段的形式出现。低温区段，平均温度41．0-62．5℃；中温区段，平均温度68．7-88．0℃；高温区段，平均温度85．4-186．0℃。低温区段平均温度代表盐湖大部分古卤水温度，中温区段温度代表盐湖底部卤水温度；高温区段温度，可能因古湖水变浅，盐类矿物暴露地表被阳光暴晒加热，或盐矿物在制片过程中受力破裂等引起。研究确定罗布泊钙芒硝析出的古卤水温度多在40～75℃之问变化，部分超过75℃。据此推算，更新世晚期罗布泊夏季古气温平均多在20～35℃之间，最高可能达58℃左右，属于干热的气候条件。

钙芒硝盐岩溶解渗透力学特性研究

溶解是盐类矿物的基本特性,渗透是流体在溶质浓度梯度、压力梯度及二者共同作用下经过多孔介质的运动。由于矿物组分溶解特性的差异,在一定渗透压力作用下,钙芒硝盐岩体内会产生溶解渗透交互促进作用,从而由低渗透介质变为高渗透的多孔介质,其渗透及力学特性受其矿物组分硫酸钠溶解程度的影响极大,这种特性称之为溶解渗透力学特性。实验结果表明,钙芒硝盐岩的渗透率为溶解渗透时间及渗透压的函数。在围压为2.0MPa、初始渗透压为1.0MPa的溶解渗透作用下,获得不同溶解渗透时间时渗透率与渗透压的关系。由于溶解渗透使得矿物组成及其结构的变化,钙芒硝盐岩在溶解渗透前后三轴力学特性差异也很大,在2.0MPa围压的作用条件下,溶解渗透49h之后,钙芒硝盐岩的强度由未溶解渗透时的46.53MPa,降低为溶解渗透后的11.42MPa;与此同时,弹性模量也由43.700MPa降低为0.834MPa。因此,溶解渗透对钙芒硝盐岩的力学特性有着极大的影响。

不同温度下钙芒硝矿溶解细观结构显微CT试验研究

对不同溶浸条件下的钙芒硝矿样进行了显微CT扫描实验,观测钙芒硝某一固定层面的物理细观结构在水溶液溶浸作用下的变化规律与特征,揭示了溶浸温度与时间对钙芒硝溶解特性的影响。结合钙芒硝溶解的宏观质量变化与细观孔隙率及裂纹演化,研究了不同温度下的钙芒硝溶解特性。根据实验与理论分析结果,得到:钙芒硝矿中Na2SO4在未达到其饱和溶解度前,溶解不断进行,同时,存在CaSO4的溶解与水化结晶两个动态平衡;溶解和结晶的速度影响钙芒硝孔隙率的变化;室温溶浸时,钙芒硝容易碎裂,35℃时,钙芒硝溶解相对稳定,65℃和95℃时,短时间内溶解速度较高,随着时间增长,溶解速度减小,且95℃溶速低于65℃;不同温度钙芒硝的溶解-渗透方式不同。

温度-浓度耦合作用下可溶岩钙芒硝溶浸细观结构演化

岩石细观结构通常随外部环境变化而逐渐发展演化，为了研究不同溶浸条件下钙芒硝细观结构演化的规律。通过对特殊的钙芒硝可溶岩在不同温度与浓度溶液中溶蚀过程进行显微CT观测，以孔隙率为表征参数，研究了不同温度、不同浓度盐溶液中，4mm×4mm×9mm长方体试样同一截面的孔隙结构演化特征。试验结果表明，各种条件下钙芒硝均由表及里进行溶解，孔隙发展具有明显的渐进过程；3种浓度条件下，钙芒硝在淡水中的溶浸速度及细观结构演化最快，孔隙率随时间呈线性规律急速增大。在常温淡水溶液中溶浸48h后，钙芒硝的孔隙率较初始孔隙率增大近10倍，而在半饱和与饱和盐溶液中仅增大1～2倍。不同温度条件下，95℃溶液比常温溶液作用下钙芒硝孔隙率演化速率提高了4～5倍。溶浸作用下钙芒硝可溶岩孔隙率演化存在显著温度与浓度效应。

钙芒硝岩盐水溶特性的实验研究

在常温和 30℃时,对其在水中的溶解特性进行了研究,发现在室温静溶时试件很快破碎,溶液浓度上升比较快;在 30℃水中不易破碎,原因在于 CaSO4在水中溶解度小,温度升高其溶解度反而降低,溶解出来的 CaSO4容易附着在矿物表面,阻止矿物的溶解。同时得出了钙芒硝在水中溶解特性曲线以及溶解速率和溶解速度方程,以此来指导钙芒硝岩盐矿和其他可溶性矿物的水溶开采。

钙芒硝盐岩力学特性的研究

通过基本的力学实验，得出钙芒硝盐岩这一特殊岩石类型的抗压强度为18．86MPa，抗拉强度为2．59MPa，实验发现钙芒硝盐岩是一种软岩，其破坏形式属于典型的柱状劈裂破坏，同时也说明盐岩在自然条件下是脆性材料。通过长时间的蠕变实验，回归出钙芒硝盐岩蠕变在不同应力水平下随时间变化的曲线，其抗压强度50％时的曲线方程为ε（t）=0．009t^0.3265，抗压强度80％时的蠕变曲线方程为ε（t）=0．0098ln（t）-0．0014，应力水平高时其蠕变速率高于低应力水平的蠕变速率。

钙芒硝盐岩溶解机理细观研究

通过对钙芒硝盐岩磨片的细观观测研究,发现溶解首先发生在其原有的裂隙内,在水的作用下随着时间的推移,原有裂隙宽度不断增加,次生裂隙数量不断增多,使相邻但初始没有贯通的裂隙最终贯通,形成溶剂流动的通道,使溶解开始正常进行。由于其组分的特殊性,易溶的硫酸钠被溶剂带走后,难溶的硫酸钙留在矿石结构中,使溶解后的钙芒硝矿石形成多孔性质的介质,孔隙率最高可达到50%,溶解的比表面积提高,溶解更易进行,渗透性能明显提高。为提高钙芒硝矿的开采效率相关研究提供指导,同时为金属矿溶浸开采和石油开采的研究也有重要的参考价值。

罗布泊干盐湖钙芒硝形貌特征及生长影响因素

钙芒硝是罗布泊干盐湖沉积的主要盐类矿物,是该区富钾卤水的储存载体并可能对富钾卤水的形成与演化过程起到重要作用。罗布泊干盐湖钙芒硝大量堆积,呈"杂乱状"产生蜂窝状孔隙,构成了主要储卤空间。根据野外观察和室内分析,对罗布泊干盐湖钙芒硝相的特征形态进行研究,厘定出钙芒硝单晶体主要有菱形Ⅰ、菱形Ⅱ及长板状3种特征形态。罗北西部的钙芒硝晶体主要为洁净程度不高、颗粒粗大的菱形Ⅰ、Ⅱ,次为中晶长板状,其处于湖盆边界相对动荡的浅水环境下及受到强烈蒸发作用而快速结晶析出。罗北凹地内的钙芒硝晶体为洁净程度较高的中细晶长板状晶体,其沉积环境则被解释为位于湖盆中部的静水深水条件下缓慢结晶形成。通过对钙芒硝晶体形貌与沉积环境的条件研究认为,不同晶体形态及形态组合的钙芒硝是湖盆不同位置的湖水在干热气候条件下蒸发沉积的产物。

钙芒硝岩盐溶解特性的实验研究

通过在NaOH,Na2CO3,NaHCO3, HCl溶液和H2O中的溶解实验,对钙芒硝的溶解特性进行了研究,得出了钙芒硝在氢氧化钠溶液中溶解速度较快的结论。由于其中一部分芒硝是由化学反应而生成的,因此其溶解属于化学溶解。

钙芒硝盐岩蠕变特性的研究

在自然界中,纯钙芒硝是以一种化合物的形式出现的,其分子式为Na2Ca(SO4)2,但在试件内部钙芒硝盐岩与泥岩互相混合,以混合物的形式出现,这就决定了其力学性质的特殊性。在不同的应力水平下,进行了长达100多天的单轴压缩蠕变试验,发现钙芒硝盐岩高应力水平蠕变速率高于低应力水平的蠕变速率,其蠕变速率在初期和后期比较大,并随时间大致呈U形分布,与NaCl岩盐相比,钙芒硝盐岩蠕变速率及蠕变量均较小。回归出钙芒硝盐岩在不同应力水平下蠕变应变随时间变化的曲线方程。对钙芒硝盐岩的蠕变模型进行初步探讨,通过对蠕变曲线与理论曲线的对比,说明同时包含弹黏塑性的西原模型能较好地反映钙芒硝盐岩的蠕变规律,并对相关参数进行了拟合。

钙芒硝盐岩物理力学特性研究

通过系统的试验研究难溶性盐钙芒硝基本的力学特性以及溶解和其溶解后的孔隙率等,充分认识了钙芒硝岩盐的物理力学特性。实验发现钙芒硝岩盐属于软岩,其抗压强度为18.86 MPa,而抗拉强度实测值为2.59 MPa,其破坏形式属于典型的柱状劈裂破坏,同时也说明盐岩在自然条件下是脆性材料。通过长时间的蠕变实验,回归出钙芒硝盐岩蠕变在不同应力水平下随时间变化的曲线,其抗压强度50%时的曲线方程为ε(t)=0.0098ln(t)-0.0014,抗压强度80%时的蠕变曲线方程为ε(t)=0.012ln(t)-0.0056,应力水平高时其蠕变速率高于低应力水平的蠕变速率。钙芒硝属于难溶性盐,其溶解率非常低,在水中溶解速率曲线方程为νt=-0.0005Ln(t)+0.0041;溶解速度方程为ν=-0.0002Ln(t)+0.0015。通过理论分析计算得出其溶解完全后孔隙率为35.87%。溶解速率、溶解速度及溶解后孔隙率的研究对充分认识难溶性钙芒硝盐岩水溶开采机理有指导意义。

钙芒硝岩盐化学溶解特性实验研究

岩盐是一种特殊的岩体 ,有其自身特殊的物理特性 ,其采后留下的溶腔是建造地下油气、核废料储库的理想场所。通过对岩盐中的钙芒硝 ,在氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、盐酸溶液和纯水等不同溶解条件下的溶解实验 ,得出了一些有益的结论 。

钙芒硝溶解渗透试验研究

对钙芒硝矿床开采的主要目的是提取其所含的硫酸钠成分,不管采用哪种开采方法,从钙芒硝中提取硫酸钠都会涉及钙芒硝的溶解与渗透。利用高精度μCT225KVFCB显微CT试验系统和MDS-200型三轴渗透试验系统,对在孔隙压出水口敞口状态下的钙芒硝进行了溶解渗透试验的进一步研究。研究表明:在溶解渗透试验过程中,钙芒硝固体骨架由致密不渗透的结构变成了可渗透的多孔介质,其固体骨架一直保持完整;随着溶解渗透时间的不断持续,由于结构的致密程度和矿物成分不断的发生变化,致使其力学性质和有效应力也在不断的发生变化;在轴压、围压不变的情况下,试件溶解贯通所需的时间随着注水压的增大减小,渗透系数随着注水压的增大而增大,随着时间的持续而增大。

复合盐钙芒硝溶解性分析

基于钙芒硝是一种强碱盐,以四川同庆钙芒硝为例,研究其在不同种碱溶液和酸溶液下的溶解速率及溶解速度,实验发现温度越高溶解速率及溶解速度下降越迅速,使钙芒硝溶解变慢;通过化学溶解机理分析得出,其溶解后硫酸钙结晶会形成一层膜覆盖在矿物表面,减少溶解表面面积,对硫酸钠的溶解有抑制作用。

四川省雅安地区白垩纪钙芒硝矿成矿条件及分布规律

钙芒硝矿是提取化工原料-硫酸钠的重要非金属矿产,芒硝产品的用途广,市场需求大,经济价值高,目前已应用到化工、印染、造纸、医药等行业,且国际市场缺口大。雅安地区是四川省钙芒硝矿的主要产区之一,仅名山县境内钙芒硝储量就高达1616亿吨,占全雅安地区1862亿吨的86.8%。其中硫酸钠储量523亿吨,硫酸钙储量548亿吨,含矿面积约518Km2。