SOLMINEQ.软件设计原理

Question

如题所述

Answer 1

SOLMINEQ.88是由美国和加拿大化学家、地质学家，在1973年SOLMINEQ版本基础上，于1988年研制出来的较新版本的水-岩相互作用软件，与最新版本PC/shell具有完全一样的热力学数据库，只是界面逊色些。其热力学数据库涉及有机水溶组分（80种）、无机水溶组分（260种）、矿物（220种）、温度（0～350℃）、压力（1×10⁵～1000×10⁵Pa），还可根据用户需要自定义各组分及矿物，是水-岩相互作用研究最常用的软件。该软件采用了Pitzer方程来计算溶液中离子、离子团活度系数，所以特别适用于沉积盆地内高矿化度地层水研究。

一、金属-有机配位化合物的稳定常数

由于该软件研制较早，缺乏部分重要的金属-有机配位化合物稳定常数数据，只采用相似坡度法近似求取，因而出现误差。笔者收集了近期发表的配位化合物稳定常数数据（表10-1），并修正了原SOLMINEQ.88软件的数据库。

二、活度计算

SOLMINEQ.88软件常用于模拟沉积盆地含高矿化度的油田水储层岩石与流体间的相互作用，主要是由于其充分考虑了卤水离子的化学效应，采用Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺等7种阳离子和4种阴离子Cl^-、

间相互作用的Pitzer系数β（0）、β（1）、CΦ，以计算其活度系数。但Pitzer方程基于离子相互作用模型，而假定没有离子缔合效应或配合作用，与SOLMINEQ.88模型设计相悖。通过计算式（以Na⁺为例）γNa⁺=cNa,t×cNa,p/cNa⁺可将由Pitzer方程计算而得的活度系数（γNa,p）转换成各单组分（Na⁺）系数。然而其他组分缺乏Pitzer系数，SOLMINEQ.88软件则采用修改过的B^*方程近似计算：

其中偏导方程B^*可通过下式求取：

B^*=1/I（lgγNa⁺+A_γI^1/2/（1+4.0×10^-8B_γI^1/2））　（一价离子）

B^*=1/I（lgγCa₂₊＋（4.0A_γI^1/2/（1+6.0×10^-8B_γI^1/2）））　（多价离子）

A_γ（T）、B_γ（T）为特定温度T下Debye-Huckel摩尔系数：

A_γ（T）＝1.8248×10⁶ρ^3/2/（εT）^1/2

B_γ（T）＝50.29×10⁸ρ^1/2/（εT）^1/2

以上式中

为离子大小，I为离子强度，ε为介电常数。

三、水-矿物间的溶解-沉淀趋势计算

通过控制条件来保持地层水与晚期成岩矿物（方解石或白云石）间的平衡，从而可以计算出其它矿物在各自地下温度、压力条件下的离子活度积，如：

塔里木盆地流体-岩石相互作用研究

其活度积

如果Q_钙长石＝K（平衡常数），那么G_diff=RT㏑（Q/K）＝0，表明地下水和钙长石在该温度、压力下处于平衡状态；如果Q＞K，则处于过饱和或具有沉淀趋势；如果Q＜K，则处于欠饱和或可能会发生溶解作用。

表10-1　金属元素与乙酸根间反应的平衡常数

注：K（t，℃）表示在摄氏温度为t度时，反应的平衡常数为K。

（据Giordano和Kharaka,1989）