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J-GLOBAL ID：201902231469548807   整理番号：19A0657792

頁岩の水圧破砕中の鉄の酸化と沈殿に及ぼす有機物と炭酸塩の影響【JST・京大機械翻訳】

Impact of Organics and Carbonates on the Oxidation and Precipitation of Iron during Hydraulic Fracturing of Shale

著者 (12件)： Jew Adam D. (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, SLAC National Accelerator Laboratory, California, United States) ,  Jew Adam D. (Department of Geological Sciences, School of Earth, Energy, and Environmental Sciences, Stanford University, California, United States) ,  Dustin Megan K. (Department of Geological Sciences, School of Earth, Energy, and Environmental Sciences, Stanford University, California, United States) ,  Harrison Anna L. (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, SLAC National Accelerator Laboratory, California, United States) ,  Harrison Anna L. (Department of Geological Sciences, School of Earth, Energy, and Environmental Sciences, Stanford University, California, United States) ,  Joe-Wong Claresta M. (Department of Geological Sciences, School of Earth, Energy, and Environmental Sciences, Stanford University, California, United States) ,  Thomas Dana L. (Department of Geological Sciences, School of Earth, Energy, and Environmental Sciences, Stanford University, California, United States) ,  Maher Katharine (Department of Geological Sciences, School of Earth, Energy, and Environmental Sciences, Stanford University, California, United States) ,  Brown Gordon E. Jr. (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, SLAC National Accelerator Laboratory, California, United States) ,  Brown Gordon E. Jr. (Department of Geological Sciences, School of Earth, Energy, and Environmental Sciences, Stanford University, California, United States) ,  Brown Gordon E. Jr. (Department of Photon Science, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, California, United States) ,  Bargar John R. (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, SLAC National Accelerator Laboratory, California, United States)
資料名： Energy & Fuels  (Energy & Fuels)
巻： 31  号： 4  ページ： 3643-3658  発行年： 2017年 
JST資料番号： E0805B  ISSN： 0887-0624  CODEN： ENFUEM  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： アメリカ合衆国 (USA)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： 従来の炭化水素貯留層の水圧破砕は米国エネルギーポートフォリオにとって重要である。しかし,新しく破砕された井戸からの炭化水素生産は,一般的に生産の最初の月に急速に減少する。この減少に対する一つの可能な理由は,特に数か月の時間スケールを超えると,微小破砕ネットワークの鉱化作用と閉塞,および隆起した破砕に近い細孔である。これらの問題に寄与できる一つの重要ではあるが比較的未探索の反応のクラスは,Fe-(II)-含有相(主に黄鉄鉱,シデライト,Fe-(II))から誘導されたFe-(II)の酸化である。これらは,Fe-(III)-(オキシ)-水酸化物の酸化的破壊流体とそれに続く析出によるものである。このような反応が起こる程度とそれらの速度,鉱物生成物,頁岩細孔空間内の物理的位置は未知である。水力学的刺激に及ぼす頁岩鉄化学の潜在的影響の基礎的理解を開発するために,4つの異なる地層(Marcelus Fm,ニューヨーク;Barnett Fm,南部テキサス,Eagle Ford Fm,南部テキサス)およびHClのない合成破砕流体を用いた80°Cでの頁岩の全岩石チップ(cmスケール)を反応させた。これらの4つの頁岩は,粘土,炭酸塩,および全有機炭素(TOC)の様々な存在量を含んでいる。溶液中のFe濃度をモニターし,シンクロトロンに基づく技術を用いて固相中のFeスペシエーションの変化を評価した。溶液pHは溶液へのFeの放出に影響する最も重要な因子であった。初期溶液pHが2.0で初期頁岩中の炭酸塩含有量が低い反応器では,砂サイズの頁岩は反応の最初の96時間で溶液中へのFeの初期放出を示し,溶液Fe濃度のプラトーまたは著しい低下を示し,鉱物沈殿が起こったことを示した。対照的に,高pH緩衝能を有する反応器では,実験過程を通して溶液中にFeはほとんど検出されなかった。添加酸(初期pH7.1)を含まない反応器では,溶液へのFe放出は検出されなかった。炭酸塩の乏しい全岩試料は,3週間の反応の間に,Fe濃度の安定した増加を示し,その後,Feの放出が遅くなり,続いてFeの析出が遅くなることを示している。X線吸収分光法(バルク及びミクロ)と結合したシンクロトロンに基づくX線蛍光マッピングは,溶液pHが3.25以上のとき,Fe-(III)-含有相が頁岩マトリックス中に析出することを示した。最初に,フェリハイドライトは頁岩に析出したが,実験時間が増加すると,フェリハイドライトは針鉄鉱(pH2.0)または赤鉄鉱(pH>6.5)に変化した。さらに,放出されたFe-(II)の全てはFe-(III)に酸化されず,磁鉄鉱のような混合原子価相の析出をもたらした。合成破砕流体と溶解塩化第一鉄を含む理想化システムは,低pH(<3.0)で大気に開いた反応器において,Fe-(II)酸化が阻害されることを示した。驚くべきことに,破壊流体中の有機化合物によってしばしば抽出されるビチューメンの添加は,低pHによって引き起こされるFe-(II)酸化のこの抑制を克服することができる。それにもかかわらず,システム中のO_2は,Fe-(II)酸化を制御する最も重要な因子である。これらの結果は,Fe酸化還元サイクルが水力学的破砕の重要で複雑な部分であることを示し,Fe-(II)-含有相の酸化に由来するFe-(III)-含有析出物が輸送を抑制することにより炭化水素生産に負に影響することを示した。Copyright 2019 American Chemical Society All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】

シソーラス用語： *炭酸塩 ,  酸化還元反応 ,  *有機物 ,  *鉄 ,  磁鉄鉱 ,  *沈殿 ,  固相 ,  *頁岩 ,  粘土 ,  炭化水素 ,  有機化合物 ,  細孔 ,  スペシエーション ,  溶解 ,  有機炭素

分類 (4件)： 均一系触媒反応  (CB06090Q) ,  液体燃料工業  (YE03000F) ,  吸収  (XD02090P) ,  有害ガス処理法  (SC04030H)

タイトルに関連する用語 (7件)： 頁岩 ,  水圧破砕 ,  鉄 ,  酸化 ,  沈殿 ,  有機物 ,  炭酸塩