4.3.1 Химический состав пластовых вод

Пластовые воды нефтяных месторождений отличаются высокой насыщенностью химическими элементами разного состава, среди которых преобладают Na, K, Mg, Ca, Fe, Al, Si, O, Cl, C, S, N, H, Br, I.

Эти элементы находятся в воде в виде растворенных в ней солей различных кислот: соляной (NaCl, KCl, MgCl₂, CaCl₂), серной (CaSO₄, MgSO₄, Na₂SO₄), угольной (Na₂CO₃, NaHCO₃, K₂CO₃, KHCO₃, CaCO₃, MgCO₃ и др.), сероводородной (FeS, CaS).

В составе вод всегда растворены значительные объемы газообразных составляющих, среди которых главная роль принадлежит азоту (N₂), углекислому газу (CO₂) и сероводороду (H₂S).

Воды нефтяных месторождений отличаются высокой минерализацией, преимущественно хлоридно – натриевым, хлоридно – кальциевым или гидрокарбонатно – натриевым составом, отсутствием сульфатных соединений, высоким содержанием J, Br, NH₄, H₂S, наличием солей нафтеновых кислот и растворенных углеводородных газов.

Минерализация или насыщение подземных вод различными солями и элементами происходит в процессе их взаимодействия с горными породами, нефтью и газом при воздействии также высоких температур, каталитических свойств пород и микробиологических процессов.

Химический состав и физические свойства пластовых вод имеют большое значение при разработке залежей нефти и газа, т.к. от них зависит течение многих процессов в пласте.

В нефтяной геологии признание получила классификация подземных вод В.А.Сулина, в которой по трем основным коэффициентам в процент – эквивалентной форме выделены 4 генетических типа подземных вод (таблица

2 ).

Таблица 2

Генетические типы вод	r Na r Cl	r Na – r Cl r SO4	r Cl – r Na r Mg
I Сульфатнонатриевый	> 1	<1	-
II Гидрокарбонатнонатриевый	> 1	> 1	-
III Хлориднокальциевый	<1	-	> 1
IV Хлоридномагниевый	<1	-	<1

4.3.2 Физические свойства пластовых вод

Минерализация воды – это суммарное содержание в воде растворенных солей. В водах нефтяных месторождений минерализация изменяется в очень широких пределах: от менее 1 г/л (пресные воды) до 400 г/л и более (крепкие рассолы). Минерализация и химический состав пластовых вод определяют их основные физические свойства (плотность, вязкость, электропроводность и др.).

Для нефтегазопромысловой геологии важным является то обстоятельство, что минерализованные воды обладают повышенной отмывающей способностью, в связи с чем применение их в качестве агента при заводнении залежей способствует повышению коэффициента извлечения нефти (КИН).

В то же время высокая минерализация воды может приводить и к отрицательному эффекту – выпадению солей в призабойной зоне пласта, что может резко ухудшить условия эксплуатации залежи в этой скважине.

Плотность воды напрямую связана с ее минерализацией, а в пластовых условиях еще и с давлением и температурой. Плотность пластовых вод на поверхности всегда более 1 г/см³, а в рассолах достигает 1,3 г/см³ и более. В Оренбургской области плотность подземных вод в пермских отложениях составляет 1,07 – 1,1 г/см³, в каменноугольных – до 1,16 г/см³, а в девонских – до 1,19 г/см³.

В пластовых условиях плотность воды обычно ниже на величину до 20%, что связано с повышением температуры с глубиной.

Вязкость воды в пластовых условиях резко понижается и бывает обычно ниже вязкости нефти. В основном это зависит от высоких температур пласта, но также в меньшей степени и от минерализации и химического состава.

Имея меньшую вязкость в сравнении с нефтью, вода обладает большей подвижностью и часто оттесняет нефть от забоя. Отсюда возникают языки и конусы обводнения, упомянутые выше.

Растворимость газов в воде значительно ниже их растворимости в нефти. С повышением минерализации вод растворимость газа в них снижается.

Отсюда и газосодержание в воде сравнительно невелико, обычно до 0,2 – 0,5 м³/м³, но иногда достигает 1,5 – 2,0 м³/м³.

Электропроводность подземных вод зависит от их минерализации. Пресные воды обладают высоким электрическим сопротивлением и являются диэлектриками. Минерализованные воды имеют низкие удельные сопротивления токам и являются проводниками. Сведения об электрическом сопротивлении пород, насыщенных пластовой водой или нефтью используются при интерпретации материалов электрокаротажа скважин.

Поверхностное натяжение – важное свойство пластовой воды, зависящее от ее химического состава. С этим свойством связана вымывающая способность воды, которую необходимо учитывать и даже регулировать в процессе заводнения залежей нефти. При меньшем поверхностном натяжении вода обладает большей способностью промывать пласты и вытеснять из них нефть. Поэтому при использовании пластовой воды для повторной закачки в пласт она подвергается специальной химической обработке с целью понижения ее поверхностного натяжения.

Сжимаемость воды очень невелика, но по мере насыщения воды газом сжимаемость ее растет (за счет газовой составляющей).

Температура воды обычно соответствует геотермической ступени, присущей для данных условий. Однако, иногда температура пластовой воды резко расходится с температурой, соответствующей геотермической ступени. Этот факт свидетельствует либо о появлении тектонических вод по зоне разлома, либо о возможных перетоках вод из пластов с высоким давлением в другие пласты с меньшим давлением. Поэтому замеры температур в скважинах имеют большое практическое значение для выявления мест притока и перетока пластовых вод.

Контрольные вопросы

1. Фазовое состояние углеводородов в зависимости от их химического состава.

2. Основные особенности трех основных групп углеводородных соединений: метановых, нафтеновых и ароматических.

3. Важнейшие физические свойства нефти.

4. Классификации нефтей по их плотности, вязкости, по содержанию серы и парафина.

5. Фракционный состав нефтей.

6. Состав углеводородных газов, сухие и жирные газы, их взаимоотношения с нефтью.

7. Спутники углеводородных газов.

8. Физические свойства газов.

9. Газоконденсатные системы.

10. Генетические формы подземных вод.

11. Промысловые виды пластовых вод нефтяных и газовых месторождений.

12. Языки и конусы обводнения залежей нефти, целики нефти, их отрицательная роль при разработке.

13. Химический состав пластовых вод.

14. Физические свойства пластовых вод.

5 Энергетическая характеристика залежей углеводородов

5.1 Общие сведения о природных режимах залежей

Природным режимом залежи нефти (газа) называется совокупность естественных движущих сил, которые обеспечивают перемещение нефти или газа в пласте к забоям добывающих скважин.

Основными силами, перемещающими нефть в пластах нефтяных залежей, являются:

1. напор контурных вод под действием гидростатического давления;

2. напор контурных вод в результате упругого расширения породы и флюидов;

3. давление газа в газовой шапке;

4. сила тяжести нефти.

В зависимости от преобладания того или иного фактора различают следующие режимы нефтяных залежей: