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CO2水碳酸盐CO2水碳酸盐 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（CO2水碳酸盐）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快 业绩进步，以下为CO2水碳酸盐的全部内容。增加碳酸盐岩的组成内容(1） CO2盐水碳酸盐矿物反应高玉巧2828 高玉巧,刘立,曲希玉.CO2与砂岩相互作用机理与形成的自生矿物组合J.新疆石油地质,2007,28(5):579584.等以研究二氧化碳气田预测和封存为研究对象，认为二氧化碳与碳酸盐矿物会发生如下反应:首先，二氧化碳驱替孔隙中先前存在的流体,然后通过气水界面溶于水并与水反应形成碳酸。CO2+ H2O= H2CO3 （1。3)碳酸快速分解成重碳酸盐离子：H2CO3=H+ HCO3 (1。4)其次，增加的酸度将会引起岩石中碳酸盐矿物的分解，绝大多数碳酸盐矿物（方解石、菱镁矿、菱铁矿、白云石等)均易与碳酸溶液发生反应. H+ CaCO3= Ca2+ HCO3- （1。5)H+ MgCO3= Mg2+ HCO3- H+ FeCO3= Fe2+ HCO3- CaMg(CO3）2+ 2H+= Ca2+Mg2+2HCO3 （1.7）随着碳酸盐矿物的的溶解，溶液中Ca2+等二价阳离子的浓度将增加,保持在较高的数值，但可溶性矿物分解的同时，溶出的二价阳离子会与重碳酸盐离子的络合，如Ca2+： Ca2+ HCO3= CaHCO3+ (1最后,溶解的重碳酸盐与阳离子络合反应生成难溶的碳酸盐Holdren,Jr,G R and Speyer,P M.pH dependent changes in rates and stoichiometry of dissolution of an alksli feldspar at room temperatureJ.Am,J,Sci,1985b,285:954-1026.，如：HCO3 + Ca2+=CaCO3 （s) + H+ (1.8)HCO3 + Mg2+=MgCO3 (s) + H+ (1。9） HCO3 + Fe2+=FeCO3 （s） + H+ （1.10)如果反应时间足够长，CO2分压足够大，上述难溶物会形成方解石、 菱镁矿、 菱铁矿等新碳酸盐矿物，从溶液中析出。(2) 方解石的溶蚀 方解石是碳酸盐岩主要矿物组成成分之一，分子式为CaCO3 ，常见完好的晶体，集合体常呈粒状、块状、纤维状、钟乳状、土状及晶簇等，三组解理完全,断口呈玻璃光泽，完全透明至半透明，条痕白色,硬度2。7033。0，比重2。62.8。方解石在有水和二氧化碳存在的条件下，发生化学反应而生成碳酸氢钙的过程，叫做方解石的溶蚀作用，这种作用是在CaCO3CO2H2O三相不平衡开放系统中进行的,是碳、水、钙循环相互关联的过程.方解石的溶蚀过程主要可以由以下反应方程表示孟杰，寇海峰，方解石的溶蚀及其意义，科技传播，2011，（10）：111-112:CO2扩散入水（1）CO2+H2OH2CO3物理水合（2）H2CO3H+HCO3碳酸离解（3）CaCO3Ca2+CO32CO32+H+HCO3钙离子从晶格中游离（4）综合CaCO3+CO2+H2O2HCO3+Ca2+（5）水的溶蚀力的大小取决于水中CO2含量的多少俞锦标,李春华,赵培道,胡兴华,袁东风. 贵州普定县岩溶地区土壤空气中CO_2含量分布及溶蚀作用的研究J中国岩溶, 1985, (04) .，具体有三方面影响因素：CO2的来源、水温、大气CO2的分压力.三者共同作用影响水中CO2的含量，从而影响水的溶蚀力。天然条件下,地表和地下发生的石灰岩溶解就是由方解石溶蚀作用而发生的，它由H2OCO2系统对方解石表面的3个不同的溶解反应组成 3Plum mer, L . N. , Wigl ey, T . M. L. & Parkhurs t , D. L . , 1978.T he k inet ics of calcite dis solut ion in CO2- w at er sys t ems at 5-60 C and 0. 0- 1. 0 atm C O2 J . Am. J. Sci. , 278: 179- 216，即:CaCO3+H+Ca2+HCO3CaCO3+H2CO3Ca2+2HCO3CaCO3+H2OCa2+CO32-+H2O从这些方程可以明显看出，H2OCO2系统与CaCO3的反应受方解石表面的H+、HCO3、H2CO3C、O32-和Ca2+浓度的控制。侯月明，崔振昂侯月明,崔振昂,流动热水介质下方解石溶解动力学数值模拟,天然气技术,2010,4(6):29-31以探讨热熔作用对碳酸盐研储层影响以及改造机理为目的，借助PHREEQC模拟软件，对高温热液介质环境下方解石的溶解动力学过程进行了计算模拟.研究表明在介质成分一定的条件下，方解石在热水介质中溶蚀反应的快慢取决于埋藏深度，即反应体系的温度和压力，但溶蚀成程度并不随埋深的升高而升高，其最大溶蚀度在100（25MPa）130（30MPa）温度区间内。同时，流体介质中的F、Cl、B-等离子的存在可提高方解石的溶蚀力，且离子强度越大,介质的溶蚀营力越大。刘再华和W。 Drey brodt刘再华, W. Drey br odt 韩军,李华举CaCO3- CO2- H2O岩溶系统的平衡化学及其分析,中国岩溶,2005,24(1):1-14为了正确认识野外真实岩溶系统的水化学组成特征、 动态变化及其控制机理，研究了CaCO3 CO2 H2O 岩溶系统的平衡化学及其影响因子。他们对影响岩溶系统平衡化学的控制因素， 包括温度、 CO2 分压、 体系的开放程度、 离子强度效应、 同离子效应、 酸效应、 碱效应、 离子对效应进行了分析,并与 CaMg （ CO3 ） 2- CO2- H2O 岩溶系统平衡化学作了对比。结果显示, 天然开放的岩溶系统的平衡 pH 值范围为 6。 808。 40, 在此 pH 值范围内, 水中的碳组分主要以 HCO-3 形式存在; 与开放系统相比,在其它条件相同情况下， 封闭系统的平衡 pH 值较高, 而平衡 Ca2+ 和平衡 HCO3 较低，特别是在低 CO2 分压时,两者的差异更明显; 在封闭系统条件下,两种不同的纯 CaCO3- CO2 H2O 饱和溶液相混合, 将导致溶液对 CaCO3 重新具有侵蚀性;离子强度效应、 酸效应和离子对效应使方解石的溶解度增加，而同离子效应和碱效应使方解石的溶解度降低; 与方解石溶解平衡相比，其它条件相同时,白云石溶解平衡 pH 较高， 在温度 70时溶解度较大, 但在温度 70时溶解度较小。 Miller J PMiller J P. A portion of the system calcium carbonate-carbon dioxide-water with geological implicationsJ. Am. J. Sci.,1952, 250: 161203.和Robin G C BRobin G C B. Carbonate Sediments and Their DiagenesisM. Developments in Sedimentology, second edition,Elsevier Science Publishers, New York City, 1975: 658.指出方解石的溶蚀主要受CO2分压和体系温度的影响:1）CO2分压一定时升高温度；2)温度和CO2浓度一定时升高压力;3）增加溶解在咸水中的CO2，方解石的溶蚀会增强。连续流高压反应器的方解石溶蚀反应动力学研究表明,10 MPa下,温度从50升至250时，方解石在去离子水中的溶蚀速率从0。2 L/min至0.5 mL/min。在100、150、200和250时，方解石的溶解度分别为1。87、2。02、2.02和1.88104mol/L。表明溶解度随温度的变化呈先升后降的趋势,且在150和200出现最大值3131Gong Qingjie, Deng Jun, Wang Qingfei, Yang Liqiang, She Min. Calcite dissolution in deionized water from 50to250at 10 MPa: Rate equation and reaction orderJ. ActaGelo. Sinica, 2008, 82(5): 9941001.。王洪涛，曹以临王洪涛，曹以临碳酸钦岩溶蚀动力学模拟实验,中国岩溶,1988,7(1):63-71以研究碳酸盐岩溶解动力学规律为目的,依据两个水化学模型：方解石一CO:一H:O体系模型和白云石一CO：一H:O体系模型一而建立了碳酸盐岩溶蚀研究的新方法，即动力学模拟实验方法.对于方解石体系，方解石的瞬时溶解速度仅受两个独立变量如PCO2和PH的制约.以实验结果为基础讨论了方解石溶解的动力学规律。即方解石的溶解速度与单位溶液体积的试样表面积成正比，就CaCO3一CO:一H：O体系而言，速度方程可以用体系中任意二个独立变量表示出来。在pH=46区，速度方程简化成线性形式R=k（1一a）S/V（其中，k是速度常数,a是相对饱和度，S是试样表面积,V是溶液体积)。(3) 白云岩的溶蚀白云岩溶蚀的研究比方解石少得多，Busenberg和Plummer3434 Busenberg E., Plummer L.N. The kinetics of dissolution of dolomite in CO2-H2O systems at 1.5 to 65 and 01 atm PCO2J. Amer.J.Sci.1982, 282:4578.等总结了在1.565、PCO2为00。1 MPa时，白云岩的溶蚀动力学遵循以下化学反应方程式CaMg(CO3)2(s）+ 2H+= Ca2+Mg2+2HCO3 （1。12a)CaMg（CO3)2（s)+ 2H2CO3= Ca2+Mg2+4HCO3- (1.12b）CaMg（CO3)2（s）+ 2H2O= Ca2+Mg2+2HCO3-+2OH- （1.12c）研究表明，溶液pH小于5（4.034。85），pCO2为00.096 MPa时，白云岩的溶蚀速率与PCO2的平方根成正比35Busenberg E, Plummer L N. The kinetics of dissolution ofdolomite in CO2-H2O systems at 1.5 to 65and 01atmpCOJ. Amer. J. Sci. 1982, 282: 4578.。式(18a)是白云岩在CO2驱替过程中的溶蚀现象最主要的机理。翁金桃翁金桃,方解石和白云石的差异溶蚀作用,中国岩溶,1984,5(1):29-36以探讨造成岩溶微地貌形态多样性原因为目的,研究了方解石和白云石的差异溶蚀.研究表明据根理论化学研究，在不含CO2的纯水中,天然白云石的溶解度为320毫克/升（18) ，大大高于天然方解石的溶解度（14毫克/升。25) 。但是碳酸盐矿物在水中的溶解度受温度和CO2 分压的影响是很大的。当温度为25、CO2分压为一个大气压时，方解石的溶解度达900毫克/升，而白云石为599毫克/升，即随着CO2分压的升高，方解石溶解度的增高比白云石快得多。在常温状态(25）和高的CO2分压下，方解石溶解度高于白云石.范明，蒋小琼3636 范明,蒋小琼.不同温度条件下水溶液对碳酸盐岩的溶蚀作用J.沉积学报,2007, 6(25):826 830. 等以研究碳酸盐岩的溶蚀和沉积造成塔里木沉积盆地油、气藏储层渗透率、孔隙度变化规律为目的，针对不同温度下二氧化碳水溶液对碳酸盐岩的溶蚀作用进行了研究。研究表明随温度从常温到200，碳酸盐岩的溶蚀能力由弱变强再变弱,在6090 能力最强。白云岩不管在低温还是在高温环境下，总比灰岩更难溶蚀，过渡类型的岩类介于二者之间,当温度大于150 后,二氧化碳对盐酸盐岩的溶蚀能力变得越来越弱。灰岩与白云岩的溶蚀差异也变越来越小。这暗示碳酸盐岩在造成岩晚期-中成岩早期,二氧化碳水溶液对灰岩的溶蚀作用有重要影响，而对白云岩的溶蚀作用影响较小，这可能就是白云岩优质储层形成的原因。范明，何志亮范明，何志亮等,碳酸盐岩溶蚀窗的形成及地质意义,石油与天然气地质，2011,32(4):499-504还为了探讨了碳酸盐岩溶蚀作用的对储层发育的影响，采用温度、压力同时变化的方式以逼近真实地质作用过程,进行了溶蚀模拟实验，得到了一组近似箱状曲线的溶蚀率变化曲线。表明溶蚀作用在开始阶段随温度、压力的上升，溶蚀率上升，在60 120(1331M Pa ）形成一个高峰箱顶.该曲线表明，白云石与方解石的溶蚀变化趋势有着明显的差异, 随着温度与压力的同时升高，方解石的溶解能力逐渐下降, 而白云石的溶蚀能力逐渐上升, 也就是说，在地质条件下, 随着埋藏深度的增加,方解石在6 0 左右就达到了溶蚀峰后溶蚀能力有下降的趋势，而白云石则要到120左右才达到溶蚀高峰，然后 突然下降, 在达到120之前,深埋藏的白云石比浅埋藏的白云石溶易被溶蚀, 但溶蚀能力始终是方解石大于白云石。总体上，在一定深度（溶蚀窗）范围内, CO :对碳酸盐岩的溶蚀能力保持在较高的水平。而当深度进一步增加时， 溶蚀能力急剧下降, 当埋深相当于4 0 0 0 m左右时,溶蚀能力达到最低，此时的溶蚀能力仅比常温下略高一些，该溶蚀试验结果对于深埋溶蚀作用的理解及有利储层的预测有着重要的意义。（4）碳酸盐矿物的沉积碳酸盐岩中，碳酸盐矿物沉淀(主要包括方解石、白云石、铁方解石、铁白云石、菱铁矿、菱镁矿等) 只需在储层中含有CO32和与之结合的二价阳离子Ca2+、Mg2+、Fe2+即可。因此,CO2注入储层后较易于形成碳酸盐矿物,但其类型和含量因注入量及宿主岩石中被CO2或其它酸性流体所溶解的二价阳离子的类型、质量分数而不同.在海拉尔盆地乌尔逊凹陷，气藏砂岩CO2中发现了形成于片钠铝石之后的铁白云石.在也门 Sabwa 盆地 Lam组砂岩中发现片钠铝石形成之后的碳酸盐矿物为铁白云石和菱铁矿.研究表明28 高玉巧,刘立,曲希玉.CO2与砂岩相互作用机理与形成的自生矿物组合J.新疆石油地质,2007,28(5):579584., 铁白云石是在随着 CO2 分压降低至不足以继续沉淀出片钠铝石时，溶液中的CO2与Ca2+、Mg2+、Fe2+结合而形成的。实际上，Xu T39Xu T, Apps J A, Pruess K. Numerical simulation to studmineral trapping for CO2disposal in deep aquifersJ. ApplGeochem., 2004, 19(6): 917936.的研究表明碳酸盐矿物的沉淀主要是体系压力下降造成。如式（20）、(21)所示,pCO2降低时,反应向有利于沉淀方解石的方向进行。Ca2+CO23=CaCO3(20)Ca2+2HCO3=CaCO3+H2O+CO2(21) 由于油井及其附近储层经常处于迅速压降的环境,因此特别容易发生碳酸钙的结垢.结垢的速率与晶种表面积和溶液中碳酸根与碳酸氢根的浓度成比例4444Przybylinski J L. The role of bicarbonate ion in calcite scaleformationJ. SPE Production Engineering, 1987, 2 (1):6367.。方解石沉淀动力学的研究发现，pCO2对方解石的沉淀速率起重要作用：开放系统中不同温度下pCO2对方解石沉淀速率的影响如图9所示。环境pCO2愈高,愈不利于方解石的沉淀，环境pCO2愈低,方解石沉淀速率愈大4545刘再华,Wolfgang D.方解石沉淀速率控制的物理化学机制及其古环境重建意义J.中国岩溶,2002,21(1):252257.此外,环境温度、水动力条件、水层厚度和溶液中钙离子浓度也是控制沉淀速率的重要因素：温度愈高、流速愈快(扩散边界层厚度较小）、水层厚度愈大、溶液中钙浓度愈高,方解石沉淀速率愈大。