(1. Escuela de Energía, Universidad de Geociencias de China, Beijing 100083 2. Hami, Tuha Oilfield Company, Xinjiang, China)
El agua producida por los pozos de metano de las capas de carbón en el El bloque Liulin del yacimiento de carbón de Hedong tiene una alta mineralización. Debido a sus características de alta concentración y alta salinidad, la descarga directa puede causar daños al medio ambiente ecológico. La investigación sobre las características del agua producida a partir de pozos de metano en capas de carbón y sus cambios dinámicos proporcionará una base para formular tecnologías de tratamiento de agua producida razonables y efectivas. A través del seguimiento continuo y la recolección de muestras de agua de pozos de metano de lechos de carbón en el bloque Liulin, se probaron sistemáticamente 25 parámetros físicos y químicos, y se encontró que las concentraciones de salinidad, iones cloruro y iones sodio mostraban una tendencia primero alta y luego baja. mientras que el patrón de cambio de los iones bicarbonato fue opuesto, mostrando las características de primero bajo y luego alto. El tipo de agua cambia del tipo de agua NaCl al tipo de agua NaClHCO3 y al tipo de agua NaHCO3Cl. Los cationes en el agua producida son principalmente iones K Na, mientras que los aniones HCO-3 y Cl- tienen valores cercanos y no hay ningún ion dominante obvio. Según las características cambiantes de los iones en el agua producida, se realiza un análisis cuantitativo de los iones en el agua. Mediante análisis de regresión, se estableció un modelo de cambio dinámico de la concentración de iones cloruro.
Palabras clave: Cambios dinámicos en la calidad del agua de los pozos de metano de carbón producidos en el Bloque Liulin
Proyectos del Fondo: Proyecto Nacional de Ciencia y Tecnología (2011zx 05034 003); 40972108);Proyecto del Programa Nacional 973 (2009CB219604)
Acerca del autor: Tang Shuheng, nacido en 1965 en Zhengding, provincia de Hebei, Ph.D., profesor, supervisor de doctorado, dedicado a la geología y el desarrollo del metano en capas de carbón. investigación en ingeniería. Número de contacto: 010 82320601, correo electrónico: tangsh@cugb.edu.cn.
Características de la producción de agua y cambios dinámicos de los pozos de metano de lechos de carbón en el bloque Liulin
Tang Shuheng1, Zhu Weiping2, Li Zhongcheng1, Lu Jianwei1, Chen Jiang1, Guo Dongxin1
( 1. Escuela de Energía, Universidad de Geociencias de China, Beijing, 100083 2. Tuha Oilfield Company of China National Petroleum Corporation, Hami, Xinjiang, 839009
Resumen: Producción de metano de yacimientos de carbón a partir de pozos de metano de yacimientos de carbón en Liulin En el bloque, el agua subterránea de Hedong Coalfield tiene las características de alta salinidad y la descarga directa causará deterioro ambiental. La investigación sobre las características del agua producida por pozos de metano en yacimientos de carbón y sus cambios dinámicos proporcionará una base para establecer una tecnología de tratamiento de agua producida razonable y efectiva. La recolección de seguimiento continuo de muestras de agua y las pruebas sistemáticas de 25 parámetros físicos y químicos analizaron los cambios dinámicos de la salinidad y varios aniones y cationes. Los resultados mostraron que las concentraciones de salinidad, iones de cloruro y iones de sodio cambiaron de alta a baja, mientras. la concentración de ácido carbónico cambia. La concentración de iones de hidrógeno cambia de baja a alta. El agua cambia de tipo Na Cl HCO3 y tipo Na HCO3Cl. Los cationes son principalmente iones K y Na. valores en el agua producida. Aniones dominantes. Con base en los cambios en los iones, se estableció un modelo de concentración de iones cloruro en el agua mediante análisis de regresión no lineal.
Palabras clave: calidad del agua producida en pozos de carbón; ; cambios dinámicos; Bloque Liulin
Antecedentes geológicos de 1
El bloque Liulin del yacimiento de carbón de Hedong cubre un área de 183,824 km2, ubicado en la parte occidental de la provincia de Shanxi, en en el medio de Hedong Coalfield, a 220 km de la ciudad de Taiyuan, y pertenece al condado de Liulin, ciudad de Luliang. Esta área pertenece al loess del noroeste. La meseta tiene un terreno general que es más alto en el norte y más bajo en el sur. a la cuenca del río Amarillo Desde una posición estructural, el bloque está ubicado en el cinturón estructural norte-sur de la vertiente occidental de Luliang en el borde oriental de la cuenca de Ordos. Generalmente es una estructura monoclínica que se inclina hacia el oeste. del ala oeste del anticlinal del complejo Luliang. Esta área tiene pocas fallas, generalmente pequeños pliegues secundarios, y está dominada por estructuras monoclínicas.
Los estratos dentro y alrededor del bloque son la Formación Fengfeng del Ordovícico Medio (O2f); la Formación Benxi del Carbonífero Medio (C2b) y la Formación Taiyuan del Carbonífero Superior (C3t); y Formación Shihezi Inferior (p 1x); Formación Shihezi Superior del Pérmico Superior (P2s) y Formación Shiqianfeng (P2sh) Formación Liujiagou del Triásico Inferior (T1l) y Formación Heshanggou (t 1h) Neógeno Cenozoico (N2) y Pleistoceno Cuaternario (; Q2), Pleistoceno superior (Q3) y Holoceno (Q4).
En la actualidad, el área explota principalmente metano de yacimientos de carbón en las vetas de carbón N° 3, 4 y 5 de la Formación Shanxi del Pérmico Inferior (P1) (Zhou Baoyan et al., 2007; Mingxun, 2065 438 00 ; Zhao Qingbo et al., 2006; Liu Xinshe et al., 2007;
2 Cambios en los iones en el agua producida
El agua producida a partir de pozos de metano en lechos de carbón en el bloque Liulin de Hedong Coalfield tiene las características de alta salinidad y alta salinidad que puede tener descarga directa. efectos nocivos sobre el medio ambiente ecológico. Provocar daños. La investigación sobre las características del agua producida en pozos de metano en capas de carbón y sus cambios dinámicos proporcionará una base para establecer una tecnología de tratamiento de agua producida razonable y eficaz. Con base en el grupo de pozos en el área de prueba MC del bloque Liulin, este documento seleccionó dos pozos horizontales (MC01V y MC00-2V) y tres pozos verticales (MC03, MC04 y MC05) como objetos de muestreo de seguimiento continuo y recopiló 25 muestras, incluyendo salinidad, iones de potasio y sodio, iones de calcio, iones de magnesio, iones de cloruro, iones de bicarbonato e iones de sulfato.
2.1 Reglas de cambio de salinidad
Según los datos de salinidad obtenidos de las pruebas de laboratorio, el valor de salinidad en el área de prueba de MC es generalmente alto y el valor máximo inicial de las emisiones de producción del cinco pocillos está cerca de 7000 mg/L, el valor más bajo está cerca de 2900 mg/L y el valor promedio es de aproximadamente 4980 mg/L (ver Tabla 1).
Entre los 5 pozos de metano en capas de carbón en el área de prueba de MC, 3 pozos verticales (MC03, MC04 y MC05) se encuentran en la etapa inicial de extracción tardía después de la fracturación, y 2 pozos horizontales (MC01V, MC02V) están en la última etapa de extracción 2-3 El muestreo comenzará en unos meses. Los resultados del análisis de muestras de agua muestran que la salinidad del agua producida en el área de prueba de MC es alta en las primeras etapas del drenaje, y el valor de salinidad cae significativamente en un corto período de tiempo. El valor de salinidad de MC01V fue superior a 3500 mg/l en el día 70 de drenaje, cayó a 2400 mg/l alrededor del día 90 de drenaje y luego se estabilizó básicamente a los 160 días. Los valores de salinidad del pozo MC02V se han mantenido relativamente estables desde el muestreo (Figura 1).
2.2 Reglas de cambio de iones cloruro
A partir del gráfico de tendencia de cambio de iones cloruro en el agua producida de pozos de metano en lechos de carbón en el área de prueba de MC (Figura 2), se puede ver que Debido a los diferentes tiempos de drenaje, en el área de prueba de MC la concentración medida de iones cloruro cambia en diferentes tendencias. Los tres pozos verticales MC03, MC04 y MC05 comenzaron a tomar muestras en la etapa inicial de drenaje. La concentración de iones cloruro fue relativamente alta en la etapa inicial y luego mostró una rápida tendencia a la baja. Los dos pozos horizontales MC01V y MC02V comenzaron a tomar muestras 70 y 118 días después del drenaje, respectivamente. Durante el período de muestreo, los iones de cloruro cambiaron suavemente y los valores de concentración fueron significativamente más bajos que los de los pozos verticales, con la mayoría de los valores en el rango de 300 a 400 mg/L.
Tabla 1 Tabla estadística del grado de salinidad del agua producida a partir de pozos de metano en capas de carbón en el área experimental de MC
Figura 1 Área experimental de MC: tendencia cambiante del grado de salinidad del agua producida a partir de pozos de metano en capas de carbón .
Figura 2 Tendencia de cambio de iones cloruro en el agua producida de pozos de metano de lechos de carbón en el área de prueba de MC
2.3 Método de cambio de HCO-3
Agua producida a partir de lechos de carbón Pozos de metano en el área de prueba de MC En el gráfico de tendencia de cambio de HCO-3 (Figura 3), se puede encontrar que la concentración de iones HCO-3 de los tres pozos verticales MC-03, MC-04 y MC-05 es relativamente alto en la etapa inicial del drenaje, básicamente entre 1400 y 1900 mg/L. Después de eso, está en proceso de aumento lento, sin embargo, la concentración de iones HCO-3 en los dos pozos horizontales MC-01V y MC-02V es menor; que en los tres pozos verticales.
Después de 100 días de drenaje, la concentración de iones HCO-3 aumenta lentamente, pero los cambios numéricos son estables, todos dentro del rango de 1000 ~ 1500 mg/L
Figura 3 La tendencia de cambio del agua producida por HCO 3 en el pozo de metano de lecho de carbón en el área de prueba de MC
2.4 Reglas de cambio de los iones de sodio
Del diagrama de tendencia de cambio de Na en el agua producida de los pozos de metano de lecho de carbón en el área de prueba de MC (Figura 4), se puede observar que MC-03, MC-04 y MC-05 En la etapa inicial de drenaje de pozos verticales, la concentración de Na es relativamente alta, entre 2000 y 2500 mg/L, para luego mostrar una lenta tendencia a la baja. El pozo MC04 tiene la disminución más obvia, mientras que los pozos horizontales MC-01V y MC-02V tienen valores estables de iones Na dentro del rango de 700 ~ 800 mg/L después de 100 días de drenaje.
Figura 4 La tendencia cambiante de los iones de sodio en el agua producida de pozos de metano en capas de carbón en el área de prueba de MC
2.5 Cambio de reglas de otros iones
Otros iones Son principalmente iones de raíz de calcio, magnesio y ácido sulfúrico. Las concentraciones de iones calcio y magnesio obtenidas de los cinco pozos son bajas, generalmente menores a 12 mg/L la concentración de iones sulfato suele ser menor a 40 mg/L
Cambios dinámicos en 3 tipos de agua
El tipo de agua de los dos pozos horizontales MC-01V y MC-02V en el área de prueba de MC es NaHCO3Cl. Entre los tres pozos verticales, MC-03 y MC-05 tienen agua de tipo Na-Cl en la etapa inicial y agua de tipo Na-Cl-HCO3 en la etapa posterior. El pozo MC-04 tiene agua de tipo Na-Cl en la etapa inicial; y el tipo de agua Na-HCO3-Cl en la etapa posterior. Los cationes en el agua producida en el área de prueba de MC son principalmente iones K Na, los aniones HCO-3 y Cl- tienen valores cercanos y no hay ningún ion dominante obvio (Figura 5).
Figura 5 Diagrama de tres líneas de Piper del área de prueba de MC
Se puede utilizar un gráfico rígido para mostrar el cambio general del patrón de agua con el tiempo de drenaje en el área de prueba de MC (Figura 6). En la etapa inicial del drenaje, el tipo de agua en el área de prueba de MC es el tipo de agua NaCl y el diagrama de rigidez tiene forma de embudo con una parte superior ancha y una parte inferior estrecha, como se muestra en la Figura 6 (a). La duración de esta etapa es generalmente de 4 a 6 meses. En la etapa intermedia del drenaje, el tipo de cuerpo de agua en el área de prueba de MC es el tipo de agua NaClHCO3 o el tipo de agua NaHCO3-Cl. El diagrama de rigidez se muestra en la Figura 6 (b, c). 8 meses. En las etapas media y tardía del drenaje, el tipo de agua es principalmente agua NaHCO3 o agua Na-Cl-HCO3, y el tipo rígido se muestra en la Figura 6 (d).
Figura 6 Diagrama de rigidez de la composición química promedio horizontal de pozos de metano en capas de carbón en el área de prueba de MC
4 Modelo de cambio dinámico de producción y drenaje de concentración de iones cloruro
Según las pruebas de calidad del agua, la influencia del líquido de perforación (Li Zhongcheng et al., 2011) El agua producida por los pozos de metano de lechos de carbón en el bloque Liulin tiene una alta salinidad y salinidad en la etapa inicial de la minería, pero no cumple con el consumo nacional de Clase II. Los estándares de agua (Surface Water Environmental Quality Standards, 2002) restringen estrictamente cationes como hierro, manganeso, cobre, zinc, arsénico y nitrato (Tabla 2). Sólo la concentración de cloruro (medida como Cl-) es mucho más alta que el estándar nacional para agua potable de Clase II en la etapa inicial del drenaje y disminuye a medida que aumenta el tiempo de drenaje. La tendencia cambiante del cloruro en el agua producida por los pozos de metano en capas de carbón en el bloque Liulin se muestra en la Figura 2.
Tabla 2 Requisitos de los estándares nacionales de agua potable Clase II para iones principales
Se puede encontrar que a medida que aumenta el tiempo de drenaje, la concentración de iones cloruro en el agua producida por los pozos de metano en capas de carbón Es mucho más alto que el nivel inicial. Es más alto que el estándar nacional de agua potable de segunda clase, gradualmente baja y se acerca al estándar de agua potable de segunda clase y finalmente alcanza por completo el estándar de agua potable de segunda clase. Establecer un modelo de relación entre la concentración de iones cloruro del agua producida y el tiempo de drenaje es de gran importancia para el tratamiento del agua producida en pozos de metano en lechos de carbón. Este artículo utiliza análisis de regresión para analizar la concentración de iones cloruro.
En la aplicación del análisis de regresión, generalmente se utiliza el método de iteración de Newton para resolver este sistema de ecuaciones normales. También puede minimizar directamente la suma de cuadrados de los residuos para obtener una estimación de mínimos cuadrados no lineal de los parámetros desconocidos. En aplicaciones prácticas, el software SPSS se puede utilizar para calcular directamente (Pan et al., 2002).
Figura 7 La relación entre la concentración de iones cloruro y el tiempo en el Pozo MC-04
Tomando el Pozo MC-04 como ejemplo, se utilizó el software SPSS para realizar el cálculo de funciones y el establecimiento del modelo.
El modelo para juzgar inicialmente el cambio en la concentración de iones cloruro es f (x) = b0bx1, los valores iniciales b0 = 1240 y b1 = 0,95 se dan aleatoriamente y converge después de 13 iteraciones. A juzgar por los resultados del cálculo (Figura 7), el coeficiente de correlación R2 del modelo es 0,958, lo que indica que el efecto de ajuste de la regresión no lineal es bueno. Por lo tanto, el modelo de cambio de concentración de cloruro (medido como Cl) en este pozo se puede obtener de la siguiente manera: f(x)= b0bx 1 = 1774,6 * 0,991x.
De manera similar, se pueden calcular los datos de simulación de los otros dos pozos. Los parámetros relevantes del modelo se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3 Parámetros del modelo dinámico de drenaje de concentración de iones cloruro en el bloque Liulin
De acuerdo con el modelo matemático anterior, el tiempo necesario para que la calidad del agua de los pozos de metano de las capas de carbón alcance los estándares nacionales puede predecirse (Tabla 3). Antes de este momento, el agua producida debe ser tratada antes de ser vertida, de lo contrario contaminará el medio ambiente circundante y las fuentes de agua superficiales.
5 Conclusión
A través del seguimiento sistemático y el análisis de muestreo del agua producida en los pozos de metano de lechos de carbón en el bloque Liulin de Hedong Coalfield, se estudiaron los cambios en la calidad del agua producida. y se obtuvieron los siguientes conocimientos y resultados principales:
1) La salinidad, la concentración de iones de cloruro y de iones de sodio del agua producida en cada pozo de metano de lecho de carbón mostró una tendencia cambiante de mayor a menor con el aumento de tiempo de drenaje, mientras que la concentración de iones bicarbonato El patrón de cambio es el contrario, mostrando las características de primero bajo y luego alto.
2) El tipo de calidad del agua del pozo de metano de lecho de carbón produjo cambios de agua del tipo de agua Na-Cl al tipo de agua Na-Cl-HCO3, tipo de agua Na-HCO3-Cl o tipo de agua NaH-CO3.
3) Se estableció un modelo de análisis de regresión no lineal de cambios en la concentración de iones cloruro y tiempo de drenaje. Este modelo se puede utilizar para predecir el tiempo necesario para que la concentración de iones cloruro alcance el estándar nacional de agua potable de segunda clase, que proporciona una referencia para el tratamiento técnico del agua producida a partir de pozos de metano en capas de carbón.
Referencia
2002.GB/3838 Norma de Calidad Ambiental de Aguas Superficiales
Fu, Tai Li, Wei Chongtao. 2007. Geología del metano del lecho de carbón [M]. Xuzhou: Prensa de la Universidad de Minería y Tecnología de China, 143 ~ 144.
Xie Mingxun 2010. Perspectivas para la exploración y el desarrollo de metano en capas de carbón en el margen oriental de la cuenca de Ordos [J]. Industria del gas natural, 30: 1 ~ 6 121
Li Zhongcheng, Tang Shuheng, Wang Xiaofeng, et al. Investigación sobre la relación entre las características químicas y la productividad del agua de pozo de metano de las capas de carbón en la cuenca Qinshui [J]. Revista de la Universidad de Minería y Tecnología de China, 40 (3): 434 ~ 439.
Liu Xinshe, Xi Shengli, Zhou Huanshun. 2007. Características de los yacimientos de metano de capas de carbón del Paleozoico superior en la cuenca oriental de Ordos [J] Coalfield Geology and Exploration, 35 (1). 37 ~ 40Pan, Han Huaiyan, et al. Uso del software estadístico SPSS y el índice de contaminación para evaluar la contaminación de las aguas subterráneas, tomando como ejemplo la evaluación de la contaminación de las aguas subterráneas de la ciudad de Puyang [J] Journal of Jiaozuo Institute of Technology (Natural Science Edition), 21(3): 172 ~ 174.
Zhao Qingbo et al. Geología y exploración y desarrollo de metano en capas de carbón [M]. Beijing: Prensa de la industria petrolera.
Zhou Baoyan, Fu, Tai Li et al. La relación entre las condiciones hidrogeológicas y el metano de yacimientos de carbón en la cuenca carbonífera de Hedong [a]. Teoría y práctica de la exploración y el desarrollo de metano de yacimientos de carbón [c] Beijing: Petroleum Industry Press, 70 ~ 77.