3. Свойства пластовой воды

Пластовые воды являются обычным спутником нефти.

Вода обладает способностью смачивать породу, и потому она об­волакивает тончайшей пленкой отдельные зерна ее, а также занимает наиболее мелкие поровые пространства. Вода, залегающая в одном и том же пласте вместе с нефтью или газом, называется пластовой. В нефтегазоносных залежах распределение жидкостей и газов соответ­ствует их плотностям: верхнюю часть пласта занимает свободный газ, ниже залегает нефть, которая подпирается пластовой водой. Однако пластовая вода в нефтяных и газовых залежах может находиться не только в чисто водяной зоне, но и в нефтяной и газовой, насыщая вме­сте с нефтью и газом продуктивные породы залежей. Эту воду называ­ют связанной или погребённой.

Осадочные породы, являющиеся нефтяными коллекторами, фор­мировались в водных бассейнах. Поэтому ещё до проникновения в них нефти поровое пространство между зернами породы было заполнено водой. В процессе тектонических вертикальных перемещений горных пород (коллекторов нефти и газа) и позднее углеводороды мигрировали в повышенные части пластов, где происходило распределение жидко­стей и газов в зависимости от плотности. При этом вода вытеснялась нефтью и газом не полностью, так как основные минералы, входящие в состав нефтесодержащих пород, гидрофильные, то есть лучше смачи­ваются водой, чем нефтью. Поэтому вода при вытеснении её нефтью в процессе образования нефтяных залежей частично удерживалась в пла­стах в виде тончайших пленок на поверхности зёрен песка или кальцита и в виде мельчайших капелек в точках контакта между отдельными зёр­нами и в субкапиллярных каналах. Эта вода находится под действием капиллярных сил, которые значительно превосходят наибольшие пере­пады давлений, возникающие в пласте при его эксплуатации, и поэтому остается неподвижной при разработке нефтегазовой залежи.

В состав вод нефтяных месторождений входят хлориды, бикарбо­наты и карбонаты металлов натрия, кальция, калия и магния. Содержа­ние хлористого натрия может доходить до 90 % от общего содержания солей. Иногда встречается сероводород и окислы железа, алюминия и кремния в виде коллоидов. Часто присутствует йод и бром, иногда в та­ком количестве, что вода может быть объектом их промышленной до­бычи.

Воды нефтяных месторождений отличаются от поверхностных или отсутствием сульфатов (соединений SO₄), или их слабой концен­трацией. Помимо минеральных веществ, в водах нефтяных месторож­дений содержатся некоторые минеральные вещества, углекислота, лёг­кие углеводороды, нафтеновые и некоторые жирные кислоты.

Воды нефтяных месторождений могут содержать бактерии орга­нических веществ, которые придают различную окраску (розовую, красную, молочную).

Отношение объёма воды, содержащейся в породе, к объёму пор этой же породы называется коэффициентом водонасыщенности:

η_в =V_в/ V_п ,

где η_в - коэффициент водонасыщенности; V_в - объём воды в породе; V_п - объём пор.

Отношение объема нефти, содержащейся в породе, к общему объёму пор называется коэффициентом нефтенасыщенности:

η_н =V_н/ V_п ,

где η_н - коэффициент нефтенасыщенности; V_н - объём нефти в породе; V_п- объём пор.

Содержание связанной воды в породах нефтяных залежей колеб­лется от долей процента до 70 % объёма пор и в большинстве коллек­торов составляет 20÷30 % этого объёма.

Исследованиями установлено, что при содержании в пласте воды до 35÷40 % и небольшой проницаемости пород пласта из скважин мож­но добывать безводную нефть, так как связанная вода в этом случае в пласте не перемещается.

Рассмотрим основные физические свойства пластовых вод.

1. Минерализация воды характеризуется количеством раство­ренных в ней минеральных солей. Степень минерализации вод часто выражается их солёностью, то есть содержанием растворённых в воде солей, отнесенных к 100 г раствора.

Пластовые воды обычно сильно минерализованы. Степень их минерализации колеблется от нескольких сот граммов на 1 м³ в пресной воде до 80 кг/м³ в сильноминерализованных водах и до 300 кг/м³ - в рапах.

Воды нефтяных месторождений делятся на два основных типа: жёсткие и щелочные.

На практике для классификации вод существует классификация Пальмера, который рассматривает воду как раствор солей. Каждая соль, растворяясь в воде, придает ей определённые свойства. Например, раствор поваренной соли делает воду нейтральной. Жёсткость воде придают сульфаты кальция и магния, образующие «вторичную солё­ность».

2. Плотность воды зависит от степени её минерализации и от температуры и составляет примерно от 1010 до 1080 кг/м³ и более.

3. Сжимаемость. Коэффициент сжимаемости воды, то есть из­менение единицы объёма её при изменении давления на 0,1 МПа в пла­стовых условиях, находится в пределах 3,7 10^-5÷5 10^-5/0,1 МПа в зави­симости от температуры и абсолютного давления. Содержание в воде растворённого газа повышает её сжимаемость.

4. Растворимость газов в воде значительно ниже растворимости их в нефтях. Рост минерализации воды способствует уменьшению рас­творимости в ней газа.

5. Электропроводность находится в прямой зависимости от ми­нерализации вод. Пластовые воды являются электролитом.

6. Вязкость пластовой воды при 20°С составляет 1мПа·с, а при 100 °С -0,284 мПа·с.