Физикохимические свойства пластовых вод

 



Минерализация воды характеризует содержание в ней растворённых солей в г/л. В пластовых водах всегда растворено некоторое количество солей. По степени минерализации пластовые воды делятся на четыре типа:


-        рассолы (Q>50 г/л);


-        солёные (10<Q<50 г/л);


-        солоноватые (1<Q<10 г/л);


-        пресные (Q£1 г/л).


Минерализация пластовой воды растёт с глубиной залегания пластов.


В пластовой воде содержатся ионы растворённых солей:


-        анионы: OH–; Cl–; SO42–; CO32–; HCO3–;


-        катионы: H+; K+; Na+; NH4+; Mg2+; Ca2+; Fe3+;


-        ионы микроэлементов: I–; Br–;


-        коллоидные частицы SiO2; Fe2O3; Al2O3;


-        нафтеновые кислоты и их соли.


Больше всего в воде содержится хлористых солей, до 80-90% от общего содержания солей. В количественном отношении катионы солей пластовых вод располагаются в следующий ряд: Na+; Ca2+; Mg2+; K+; Fe3+.


Большое значение на растворимость солей и увеличение их концентрации в пластовых водах оказывает температура и парциальное давление СО2. Максимальная растворимость СаСО3 в воде наблюдается при 0оС, с возрастанием температуры она падает.


Максимальная растворимость гипса (СаSО4·2Н2О) в воде наблюдается при 40оС. С дальнейшим возрастанием температуры она уменьшается. С увеличением парциальное давление СО2 растворимость СаСО3  возрастает.


Уменьшение пластового давления усиливает процесс выпадения солей СаСО3 и др. Изменение термобарической обстановки в пласте даже при небольшой минерализации пластовых вод влияет  на растворимость солей  и выпадение их.


По типу растворённых в воде солей различают хлоркальциевые (хлоркальциево-магниевые) и гидрокарбонатные (гидрокарбонатно-натриевые, щелочные) пластовые воды. Тип пластовой воды определяется анионом.


Гидрокарбонатный тип воды определяется солями угольной кислоты, необходимо наличие карбонат - CO32–, или бикарбонат - HCO3– аниона. Соли всех остальных кислот относятся к хлоркальциевому типу. В основном, это соли соляной кислоты – хлориды (Cl–).


Соли пластовых вод влияют и определяет её жёсткость. Жёсткостью
называется суммарное содержание растворённых солей двухвалентных катионов: кальция, магния и железа.


Жёсткость различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Временная жёсткость или карбонатная (Жк) обусловлена содержанием в воде карбонатов или гидрокарбонатов двухвалентных металлов: кальция, магния, железа.


Постоянная жёсткость или некарбонатная (Жнк) обусловлена наличием в воде сульфатов или хлоридов (или соли других кислот) двухвалентных металлов:  кальция, магния, железа.


Общая жёсткость воды определяется как сумма карбонатной и некарбонатной:


 


Жо = Жк + Жнк              (2.39)


 


            Жёсткость воды оценивается содержанием в ней солей в миллиграмм эквивалентах на литр Физикохимические свойства пластовых вод.


Жк , Жнк
 оценивают как сумму жесткостей всех  i-ых ионов (∑gi):


 


Жо = Sgi                                   (2.40)


            Жесткость иона оценивается отношением массы иона к его эквиваленту:


Физикохимические свойства пластовых вод,                  (2.41)


 


где mvi – концентрация i-го иона в воде (мг/л);


эi – эквивалент i-го иона.


            Эквивалент иона оценивается отношением молекулярной массы иона (МI) к его валентности (n):


Физикохимические свойства пластовых вод,                            (2.42)


 


            где Мi – молекулярная масса иона;


n – валентность иона.


Природные воды в зависимости от содержания в них двухвалентных катионов кальция, магния, железа подразделяются на следующие типы:


-        очень мягкая вода – до 1,5 мг-экв./л;


-        мягкая вода – 1,5-3,0 мг-экв./л;


-        умеренно жёсткая вода – 3,0-6,0 мг-экв./л;


-        жёсткая вода – более 6 мг-экв./л.


Жесткость пластовой воды и  ее тип по жесткости определяется экспериментально-расчетным путем (см. разд. "Практикум для самостоятельной работы"). 


Временную (карбонатную) жёсткость можно устранить термическим методом, длительным кипячением или химическим методом – добавлением гидроксида кальция Са(ОН)2. В обоих случаях выпадает в осадок карбонат кальция СаСО3.


Постоянную жёсткость устраняют химическим способом с помощью добавления соды или щёлочи.


            Содержание водородных ионов в воде определяется показателем концентрации водородных ионов (рН), который равен отрицательному логарифму концентрации ионов водорода:


Физикохимические свойства пластовых вод,              (2.43)


 


где Сн+ – концентрация ионов водорода.


Показатель рН характеризует активную часть ионов водорода, которая образовалась в результате диссоциации молекул воды.


В зависимости от рН воды подразделяются на:


-        нейтральные (рН=7);


-        щелочные (pH>7);


-        кислые (p<7).


Поскольку константа диссоциации воды зависит от температуры и давления, то эти параметры влияют на величину рН (см. раздел "Практикум для самостоятельной работы"). С возрастанием температуры рН уменьшается и это обстоятельство необходимо учитывать при закачке воды в пласт.


Плотность пластовых вод сильно зависит от минерализации, т.е. содержания растворённых солей. В среднем плотность пластовой воды изменяется в диапазоне: 1010-1210 кг/м3, однако встречается и исключение - 1450 кг/м3. Пластовые воды месторождений нефтей и газоконденсатов Томской области имеют небольшую плотность: для мезозойских месторождений → 1007 – 1014 кг/м3; для палеозойских → 1040 – 1048 кг/м3; сеноманские воды → 1010 – 1012 кг/м3;


            Вязкость воды в пластовых условиях зависит, в основном, от температуры и минерализации. С возрастанием минерализации вязкость возрастает.


Наибольшую вязкость имеют хлоркальциевые воды по сравнению с гидрокарбонатными  и они приблизительно в 1,5-2 раза больше вязкости чистой воды. С возрастанием температуры вязкость уменьшается. От давления вязкость зависит двояко: в области низких температур (0-40оС) с возрастанием давления вязкость уменьшается, а в области высоких температур (выше 40оС) возрастает.


Тепловое расширение воды характеризуется коэффициентом теплового расширения:


Физикохимические свойства пластовых вод.                      (2.44)


 


Из формулы следует, что коэффициент теплового расширения воды (Е) характеризует изменение единицы объёма воды при изменении её температуры на 1°С. По экспериментальным данным в пластовых условиях он колеблется в пределах (18-90)×10-5
1/°С.


С увеличением температуры коэффициент теплового расширения возрастает, с ростом пластового давления – уменьшается.

Коэффициент сжимаемости воды
характеризует изменение единицы объёма воды при изменении давления на единицу:


Физикохимические свойства пластовых вод.                     (2.45)


 


Коэффициент сжимаемости воды изменяется для пластовых условий от 3,7×10-10
до 5,0×10-10 Па-1. При наличии растворённого газа он увеличивается, и приближённо может оцениваться по формуле:


 


bвг = bв (1+0,05×S),                   (2.46)


 


            где S – количество газа, растворённого в воде, м3/м3.


Объёмный коэффициент пластовой воды характеризует отношение удельного объёма воды в пластовых условиях к удельному объёму воды в стандартных условиях:          


Физикохимические свойства пластовых вод.                           (2.47)


 


            Увеличение пластового давления способствует уменьшению объёмного коэффициента, а рост температуры – увеличению. Объёмный коэффициент изменяется в пределах 0,99-1,06.


            Соли пластовых вод – электролиты. Электролитом называются химические соединения, которые при взаимодействии с растворителем полностью или частично диссоциируют на ионы.


Электрические свойства имеют ионную природу, и пластовая вода проявляет электрические свойства.
Электропроводность пластовых вод  имеет

широкое применение.


Удельная электропроводность (χ) характеризует количество электричества, которое протекает в 1 секунду через 1 см2 поперечного сечения раствора электролита (S) при градиенте электрического поля в 1 в (R) на 1 см длины (L). Удельная электропроводность обратно пропорционально связана с удельным сопротивлением раствора ρ:


 


χ  = L / (RS),      χ =1/ρ.             (2.48)


 


 


Удельная электропроводность имеет размерность  в системе СИ [ом· м]-1, в системе СГС [ом·см]-1. С увеличением минерализации и полярности удельная электропроводность растет. Удельная электропроводность изменяется в диапазонах: у речной воды = 10-1 – 10-2; пластовой воды = 10-1 – 1;  морской воды = 3 – 4; воды с 5% содержанием NaCl = 6,6; воды с 20% содержанием NaCl = 20; нефтей = 0,5 · 10-7
– 0,5 · 10-6; газоконденсатов = 10-10
– 10-16 [ом· м]-1  .


Вода, находясь в контакте с нефтью, частично в ней растворяется. Коэффициент растворимости нефти в воде зависит от наличия в воде полярных составляющих. Чем легче нефть, тем меньше в ней растворено воды. Нефти парафинового основания содержат мало воды.


С ростом в нефти содержания ароматических углеводородов и гетероатомных соединений, растворимость воды в нефти растёт.


            За счёт растворения воды в нефти происходят изменения в зоне водонефтяного контакта. Чёткой границы вода-нефть не существует ("зеркало" не образуется). За счёт растворения воды в нефти и диспергирования их друг в друга образуется так называемая "переходная зона", высота которой зависит от величины полярности нефти.


 

ищи здесь, есть все, ну или почти все