3) Данные выборки отразить в виде таблицы

НГП	м/р	Возраст н/газоносных комплексов	Тектонический элемент и его возраст	Вид у/в

• составить гистограмму следующего вида, придерживаясь условных обозначений;

По оси Y – количество месторождений.

Х – возраст коллекторов выделенных цветом по принадлежности к различным региональным структурным элементам, в том числе по возрасту.

м/р

нефть

газ

конденсат

G O S D C P T J K P N Q возраст

• провести анализ гистограммы и сделать вывод о характере распределения месторождений по стратиграфическому признаку.

Лабораторная работа № 3

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД. ПЕРЕСЧЕТ ДАННЫХ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ВОД.

Цель работы: научится представлять химический анализ пластовых вод в различных формах, производить пересчет данных химического анализа, определять класс вод по Пальмеру, по Сулину для практического применения.

Химический анализ проводится для изучения ионно-солевого газового состава природных вод. В зависимости от целей исследования химические определения могут быть различными. Поэтому различают общий анализ и специальные виды анализов.

При общем анализе определяются такие ионы, как Cl^-, SO^--, HCO^-, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺ , причем последний определяют по разности содержания анионов и катионов. Анализ, включающий определение перечисленных ионов, удельный вес и pH воды, называют стандартным (шестикомпонентным) анализом.

Специальные анализы могут быть весьма различными. В нефтяной гидрогеологической практике к стандартному комплексу определений часто добавляются определения ионов J^-, Br^-, NH^-, нафтеновых кислот и их солей. Наряду с ионно-солевым изучается и газовый состав.

Данные по химическому составу воды широко используют для промыслово-технических целей. Например, для определения мест аварийных притоков пластовых вод в скважину, оценки «агрессивных» и коррозионных свойств, учет продвижения воды в залежи, возможности использования сточных вод для закачки в пласт и т.д.

Учитывать химический состав вод и степень минерализации необходимо и в промысловой геофизике, в частности, при интерпретации данных электрометрии, нейтронного гамма-метода, метода наведенной активности и др.

Особое место занимают гидрохимические исследования при заводнении месторождения нефти и газа, когда важно подобрать такой состав закачиваемой в пласт воды, которая не приведет к выпадению солей в пласте и эксплуатационном оборудовании и будет обладать высокими моющими и нефтевытесняющими свойствами.

Существуют три основные формы выражения химического анализа воды.

1. Весовая ионная форма, при которой химический состав воды выражается в весовых и количествах отдельных ионов, образующихся вследствие диссоциации растворенных в воде солей. Содержание ионов в миллиметрах и граммах относят к объемной или весовой единице (обычно 100 см³, 1 л, 100г, 1 кг).

Для перехода от выражения состава воды, отнесенного к единице объема, к составу, отнесенному к единице веса, необходимо содержание отдельных ионов разделить на плотность волн.

Для выражения содержания растворенных газов и некоторых веществ, находящихся в коллоидном состоянии, весовая ионная форма не употребляется.

2. Эквивалентная форма изображения состава вод основана на том, что ионы реагируют между собой не в равных весовых количествах, а в определенных соотношениях, зависящих от их эквивалентного веса. Эквивалентом (или эквивалентным весом ) называется частное от деления ионного веса на его валентность. Например, для иона Na⁺ эквивалентный вес составит 23/1=23, для Ca⁺⁺ 40/2 = 20, для Cl^- 35,5/1 = 35,5 и тд.

Весовую ионную форму переводят в эквивалентную путем деления величин содержания ионов, выраженных в килограммах или граммах, на величину эквивалента иона. В результате такого перехода получают содержание ионов в мг – экв. или г – экв на то же количество воды. Например, содержание иона SO₄^-- , равное 144 кг/л, в эквивалентной форме равно 144/48 = 3 мг-экв/л.

Если содержание какого-либо иона выражают в эквивалентной форме, то перед символом иона ставят знак r (реагирующая величина), например, r SO₄^-- = 3 мг-экв/л.

В силу электронейтральности растворов сумма катионов ( r_к) равна сумме анионов ( r_кa):

 r_к =  r_кa (1)

Используя это равенство, можно определить содержание одного из шести ионов, если известны пять других. В частности, так определяется содержание одного из шести ионов, если известны пять других. В частности, так определяется содержание натрия:

r Na⁺ = (r Cl^- + r CO₃^- + r SO₄^--) – (r Ca⁺⁺ + r Mg⁺⁺) (2)

Остальными ионами, кроме главных, пренебрегают, поскольку их содержание незначительно. Для определения содержания и в весовой и ионной форме полученную величину умножает на его эквивалент

3. Процент-эквивалентная форма показывает относительную долю каждого иона в общей массе растворенных ионов. При пересчете анализов в процент – эквивалентную форму сума всех ионов, взятых в эквивалентной форме, принимается за 100%:

 r_a +  r_к = 100% - экв (3)

Следовательно, сумма анионов и сумма катионов каждая порознь составит 50 % - экв.

Содержание каждого аниона, выраженное в процентах от суммы всех ионов, дает процент – эквивалентную форму, например:

(4)

Процент-эквивалентная форма наглядно представляет соотношение между ионами и позволяет устанавливать черты сходства вод, различающихся по величине минерализации. Однако для полного представления о химическом составе воды она должна сопровождаться данными об общей минерализации воды.

Процент-эквивалентная форма позволяет применять различные способы изображения химического состава воды. К числу таких способов принадлежит формула, предложенная гидрогеологом М.Г.Курловым. Она представляет собой псевдодробь, в числителе которой указывают содержание в процент эквивалентах анионов, а в знаменателе – катионов. Ионы записывают по убывающим величинам. Ионы, содержащиеся в количестве менее 1%, не указывают. Перед дробью перечисляют основные компоненты состава растворенных газов и величину минерализации в г/л, за дробью проставляют, темперетуру, содержание микрокомпонентов в мг/л и т.д. (рис. 2).

Из графиков, характеризующих ионно-солевой и газовый составы вод, наибольшим распространением пользуются круговые диаграммы. Примером может служить график-круг Толстихина. Минерализация воды, обычно, соответствует радиусу круга, взятого в определенном масштабе.

Принимая эквивалентное содержание суммы анионов и катионов соответственно за 100%, можно найти процентное содержание каждого иона. Такие графики удобны для нанесения анализов вод на карты и профильные разрезы. ( При помощи графиков-кругов можно изображать и газовый состав вод).

А	б	в

а – формула Курлова; б – график-круг Толстихина; в – график-круг газового состава вод

Рисунок 2 – Способы изображения результатов химического и газового состава вод

Результаты химического анализа природных вод пересчета обычно сводятся в таблицы (табл. 8).

Таблица 8 – Результаты химического анализа воды

Ион	Весовая ионная форма	Эквивалент	Эквивалентная форма	Процент-экв. Форма
1	2	3	4	5
Cl-	3223,4	35,5	90,8	48,7
SO--,	96,0	48,0	2,0	1,1
HCO3	30,5	61,0	0,5	0,2
Na+	612,0	23,0	30,6	16,4
Ca++	1161,5	20,0	50,5	27,1
Mg++	148,8	12,2	12,2	6,5
Сумма ионов	5272,2	-	186,6	100,0

Если отсутствует прямое определение иона Na⁺, то в графе, соответствующей содержанию его в весовой форме, ставят прочерк. Число миллиграмм-эквивалент натрия а этом случае определяется по разности сумм анионов и катионов. Весовое содержание натрия находится путем умножения числа его миллиграмм-эквивалентов на его эквивалент.

В нефтяной гидрогеологической практике анализы вод выражают также в солевой форме, впервые предложенной Ч. Пальмером.

По Пальмеру выделяется шесть солевых групп (характеристик), из которых основное значение имеют четыре: первая соленость (S₁), вторая соленость (S₂); первая щелочность (A₁), вторая щелочность (A₂).

Первая соленость – соли сильных оснований и сильных кислот – это NaCl и Na₂SO₄.

Вторая соленость – соли слабых оснований и сильных кислот – СаCl₂, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄

Первая щелочность – это соли сильных оснований и слабых кислот (А в природных водах это NaHCO₃.) При наличии соды вода имеет щелочную реакцию.

Вторая щелочность – соли щелочноземельных металлов и слабых кислот (гидрокарбонаты кальция и магния), т.е. устранимая жесткость.

Помимо этих основных характеристик по Пальмеру выделяют еще третью соленость (S₃) и третью щелочность (A₃), однако соли, их представляющие, встречаются в природных водах лишь в очень малых количествах.

Соединение ионов в солевые группы происходит в порядке уменьшения их химической активности. Для основных ионов эта последовательность такова: анионы - как Cl^-, SO₄^{- -}, HCO₃ ^-, катионы - Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺. В соответствии с этой закономерностью ион Cl^- соединяется с ионом Na⁺ , при избытке хлора его остаток затем соединяется с магнием, а в случае преобладания над последними с кальцием, при избытке же натрия остаток последнего соединяется с сульфат – ионом. Если натрий преобладает над сульфатом, то он соединяется с гидрокарбонатом.

Согласно правилу комбинирования ионов при наличии второй солености исключается первая щелочность.

Характеристики Пальмера вычисляют в процент-эквивалентной форме. Расчет производят следующим образом:

При наличии неравенства:

(r Cl^- + r SO₄^{- -}) > r Na⁺ (5)

S₁ = 2r Na⁺, A₁ = 0, S₂ = 2 (r Cl^- + r SO^{- -} – r Na⁺ ) (6)

A₂ = 2r HCO₃^- (7)

Если же (r Cl^- + r SO₄ ^{- -})  r Na⁺ (8)

S₁ = 2 (r Cl^- + r SO₄^{- -}), A₁ = 2 (r Na⁺ – r Cl^- – r SO₄ ^{- -}) (9)

S₂ = 0, A₂ = r Ca^{+ +} + r Mg^{+ +} (10)

Характеристики Пальмера легко определяются с помощью графика Роджерса. График Роджерса состоит из трех параллельных столбиков (прямоугольников). Внутри одного крайнего столбика в порядке убывающей химической активности располагаются анионы, а внутри другого крайнего столбика – катион, в среднем столбике располагаются характеристики Пальмера.

Г рафик РОДЖЕРСА вычерчивается в масштабе (обычно 2 см соответствуют 10% анионов или катионов), высота его 10 см. Крайние столбики разбиваются на 50 частей каждый, т.е. по 50% - экв., средний столбик содержит 100% - экв. Продолжив линии, отвечающие содержанию аниона или катиона, на среднюю часть графика, получаем величины соленостей и щелочностей.

График Роджерса дает наглядное изображение состава воды (в процент-эквивалентной форме).

Классификация природных вод

Первой классификацией промысловых вод была классификация ПАЛЬМЕРА, основанная на солевых характеристиках в соотношениях меду ними. По этой классификации все воды подразделяются на пять классов.

Обозначая через а – сильные основания (щелочные металлы), b – слабые основания (щелочноземельные металлы), m - сильные кислоты, получим следующие характеристики классов по ПАЛЬМЕРУ (табл. 9).

Таблица 9 – Классификация пластовых вод по Пальмеру

Класс	Соотношение ионов	Характеристика Пальмера	Примечания
I	m < a	S1A1	Щелочные (мягкие) воды
II	m = a	S1	Практически не встречаются
III	a < m < a + b	S1S2A2	Жесткие воды
IV	m = a + b	S1S2	Практически не встречаются
V	m > a + b	S1S2S3	Кислые воды

Всеобщее признание среди нефтяников получила классификация СУЛИНА. В.А.СУЛИН подразделяет природные воды на четыре типа по характерным соотношениям между главнейшими ионами. Типы, в свою очередь, подразделяются на группы и подгруппы по признаку преобладания того или иного аниона и катиона.

Характерные соотношения между ионами выражаются тремя коэффициентами, названными СУЛИНЫМ «генетическими»:

; ; (11)

Здесь ионы показаны в процент-эквивалентной форме. Пользуясь этими коэффициентами, выделяют четыре генетических типа вод (табл.10). Типы называются генетическими потому, что они приблизительно отвечают определенным условиям формирования и существования природных вод.

Таблица 10 – Классификация пластовых вод по Сулину

Тип воды по СУЛИНУ	Коэффициенты
Гидрокарбонатнонатриевый	> 1	> 1	< 1
Сульфатнонатриевый	> 1	< 1	< 1
Хлоридномагниевый	< 1	< 1	< 1
Хлориднокальциевый	< 1	< 1	> 1

Типы вод называют генетическими, потому что они приблизительно отвечают определенным обстановкам существования природных вод. Так, сульфатно-натриевый отвечает континентальной обстановке формирования вод, гидрокарбонатно-натриевый типы – континентальной шельфовой, хлоридно-кальциевый тип – морской батиальной, хлоридно-магниевый – морской абиссальной. Такое соответствие справедливо лишь в самых общих чертах.

Практика пользования классификацией СУЛИНА показала, что при небольших отклонениях величин коэффициентов от единицы воду следует относить к переходному типу. Например, если = 0,99 , то вода относится к типу, переходному от хлоридномагниевого к хлоридно-кальциевому.

Воды, не содержание натрия и хлора, следует относить к особому, неопределенному типу. Такие случаи могут быть, например, для грунтовых вод тундры.

Преимущество классификаций СУЛИНА заключается в ее достаточной детальности.

Минерализация

Суммарное содержание в воде растворенных ионов, солей и коллоидов характеризеут степень минерализации воды. Минерализация обычно выражается в граммах на 1 кг раствора или на 1 л раствора.

По ГОСТу воды с минерализацией до 1 г/кг относятся к пресным, от 1 до 25 г/кг к солоноватым, от 25 до 50 г/кг к соленым и при минерализации более 50 г/кг к рассолам. При изменении глубины залегания вод свыше 2000 м эти границы изменяются. Так воды с минерализацией до 36 г/кг будут относится к пресно-солоноватым, с М=70 г/кг к соленым, с М=70 г/кг и выше к рассолам (сильно-минерализованные).

Таблица 11 – Варианты заданий

№ вар	t пласта	Концентрация в г/л
		Cl-	SO4- -	HCO3 -	Na+	Ca++	Mg++
1	40	1,0	-	0,005	0,78	0,018	0,011
2	50	11,0	0,985	0,06	7,75	0,695	0,147
3	55	16,0	0,025	0,003	8,7	2,0	0,65
4	52	10,8	0,985	0,06	7,65	0,885	0,157
5	56	15,0	0,024	0,04	9,7	1,9	0,66
6	40	0,9	-	0,005	0,88	0,017	0,012
7	60	15,2	0,024	0,004	1,5	2,2	0,45
8	45	5,7	-	0,046	4,4	0,291	0,083
9	50	10,9	0,985	0,07	7,75	0,685	0,247
10	45	5,7	-	0,03	3,85	0,198	0,174
11	40	1,1	-	0,003	0,68	0,02	0,011
12	60	17,0	0,025	0,002	7,7	1,8	0,67
13	48	11,0	0,995	0,05	7,75	0,697	0,145
14	35	5,7	-	0,03	3,83	0,195	0,179
15	40	1,0	-	0,002	0,68	0,021	0,021
16	60	16,0	0,026	0,002	8,7	2,5	0,60
17	50	10,0	0,888	0,06	7,55	,792	0,267
18	30	5,6	-	0,13	3,85	0,199	0,173
19	20	1,0	-	0,005	0,76	0,018	0,011
20	36	5,6	-	0,04	3,95	0,1987	0,174
21	55	15,0	0,024	0,004	9,7	1,9	0,75
22	42	10,9	0,984	0,007	7,55	0,884	0,158
23	38	11,1	0,885	0,05	7,75	0,095	0,157
24	56	15,0	0,024	0,004	7,7	2,10	0,55
25	40	1,1	-	0,004	0,69	0,019	0,001
26	66	16,0	0,025	0,003	8,5	1,8	0,87
27	31	5,8	-	0,045	4,3	0,292	0,083
28	58	16,0	0,025	0,003	8,7	2,2	0,45
29	65	16,0	0,025	0,003	8,7	2,0	0,65

Задание:

1) пересчитать данные химического анализа воды, определить класс и тип для любой из проб, взятых из табл. 11.

2) начертить график РОДЖЕРСА

3) изобразить данные химического анализа воды различными способами.

4) классифицировать воду по минерализации.

5) методом проб и ошибок классифицировать воду по Сулину

В конце работы по результатам сделать вывод по выполненной работе.

Контрольные вопросы к защите лабораторной работы №3

1. Какие виды вод относятся к остаточным?

2. Какие минералы содержат максимальное количество воды?

3. Каков механизм дренирования водоносных горизонтов?

4. Каково строение молекул воды?

5. Как изображается химический состав воды?

6. Зачем определяют приведенные давления в водоносных пластах?

7. Каковы причины изменения геотермических градиентов в земной коре?

8. Какова роль подземных вод в формировании теплового режима Земли?

9. Знание каких факторов дает основание для экстраполяции температур на заданную глубину?

10. Каковы особенности инфильтрационных и эксфильтрационных природных водонапорных систем?

11. Какие генетические типы вод характерны для нефтегазоносных бассейнов?

Лабораторная работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОРОДООБРАЗУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ, МАГМАТИЧЕСКИХ И МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Цель работы: научиться определять минералы по основным диагностическим признакам.

Задание: изучить коллекцию минералов и составить их описание в тетради в форме таблицы (таблица 12).

Таблица 12 – Основные породообразующие минералы и их свойства

Класс

Название минерала

Фор-мула

Цвет

Твер-дость

Спай-ность

Цвет черты

Характер диагности-ческих свойств

Проис-хождение

Пример:

Класс	Назв. минер	Формула	Цвет	Твер-дость	Спай-ность	Цвет черты	Характер диагностич. св-в	Проис-хожде-ние
	Гипс	CaSO4∙2H2O	Светлый: белый, розовый, желтый	2	Совер-шенная	Белый	Легко царапается ногтем	Осадоч-ное

Методика работы:

1 Внимательно рассмотреть минерал и определить его характерные свойства.

2 Записать определенные свойства в таблицу.

3 По свойствам определить название минерала, пользуясь «Опреде-лителем».

Дополнить записи в таблице сведениями из «Определителя», запомнить внешний вид и диагностические признаки минерала.

Указание.

В «Определителе» использованы два основных свойства: цвет и твердость. Для удобства работы все минералы разделены на две группы:

1) минералы светлоокрашенные (с твердостью больше 5–ти и с твердостью меньше 5-ти).

Форма отчетности: тетрадь с записями и контрольное определение 10-ти минералов.

1 Общие сведения о минералах

Минералами называются химические соединения или отдельные химические элементы, возникшие в результате различных физико-химических процессов, происходящих в земной коре или на ее поверхности.

Подавляющее большинство минералов в природе встречается в твердом состоянии, реже в жидком (ртуть, вода, нефть) или газообразном (горючие газы). Названия минералам дают или по месту его нахождения, или по химическому составу, или по фамилии ученого, изучившего или открывшего его (например, вернадскит – в честь академика В.И.Вернадского, кальцит – за химический состав).

Всего в наше время известно около 2000 минералов (вместе с разновидностями 4000), но самых распространенных породообразующих около 25-45, их и предстоит нам изучить.

Список главнейших породообразующих минералов (вместе с разновидностями 4000), но самых распространенных породообразующих около 25 – 45, их и предстоит нам изучить.

Список главнейших породообразующих минералов, сгруппированных по химическому составу:

1 Самородные элементы

• Графит C

• Сера S

2 Cульфиды

• Пирит FeS₂

• Халькопирит CuFeS₂

3 Окислы и гидроокислы

• Кварц SiO₂ (полнокристаллическая разность).

• Хальцедон SiO₂ (скрытокристаллическая разность).

• Опал SiO₂∙nH₂O (аморфная разность).

• Кремень SiO₂ (аморфный кремнем + глинистые частицы).

• Магнетит Fe₃O₄ (магнитный железняк).

• Гематит Fe₂O₃ (красный железняк).

• Лимонит Fe₂O₃∙nH₂O (бурый железняк).

• Корунд Al₂O₃ (полнокристаллическая разность).

• Боксит Al₂O₃ ∙nH₂O (аморфная или оолитовая разность).

4 Карбонаты

• Кальцит (известковый шпат) CaCO₃ (исландский шпатпрозрачная разновидность кальцита с резким двупреломлением).

• Доломит (горький шпат) Ca Mg(CO₃)₂.

• Магнетит MgCO₃.

• Сидерит (железный шпат) FeCO₃^.

5 Сульфаты

• Гипс (легкий шпат) CaSO₄∙2H₂O

• Алебастр – тонкокристаллическая белая или розовая разновидность гипса.

• Селенит – тонковолокнистая разность гипса.

• Ангидрит (безводный гипс) CaSO_4.

• Барит (тяжелый шпат) BaSO_4.

6 Галоиды

• Галит (каменная или поваренная соль) NaCl/

• Сильвин (калийная соль) KCl.

7 Фосфаты

• Флюорит (плавиковый шпат) CaF₂.

• Апатит Ca₅(F,Cl)(PO₄)₃ (кристаллический).

• Фосфорит (аморфная разность с примесью глинистого или песчаного материала).

8 Силикаты – минералы, в структуре которых лежит группа [ SiO₄ ] – кремнекислородный тетраэдр.

А. Простые силикаты (с изолированным кремнекислородным тетраэдром).

• Оливин 2(Mg,Fe)O∙SiO₂.

Б. Пироксены – силикаты с однородной цепью кремнекислородных тетраэдров.

• Авгит Ca(Mg, Fe, Al) [(Si, Al)₂O₆].

В. Амфиболы – силикаты с двойной цепочкой кремнекислородных тетраэдров.

• Роговая обманка Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na, O, OH.