4.1.2. Состав и свойства пластовой воды

(Слайд 1G4_4)

Воды нефтяных и газовых месторождений в зависимости от условий залегания по отношению к продуктивным горизонтам называют верхними, подошвенными и краевыми, или контурными. В продуктивных пластах, кроме нефти и газа, содержится остаточная вода.

Пластовые воды характеризуются своеобразным солевым составом, газонасыщенностью, сжимаемостью, плотностью, вязкостью и электросопротивлением.

По минерализации различают воды пресные, соленые и рассолы. Воды нефтяных и газовых месторождений обычно бессульфатные. В.А. Сулиным (1948) выделены четыре типа вод:

- хлоркальциевые,

- хлормагниевые,

- гидрокарбонатнонатриевые,

- сульфатнонатриевые.

В подземных водах нефтяных и газовых месторождений содержание хлоридов натрия и калия достигает 90—95%; второе место занимают гидрокарбонаты кальция; в меньшем количестве присутствуют гидрокарбонаты магния и затем сульфаты магния. Содержание хлоридов кальция для разных районов колеблется от долей до десятков процентов; наибольшие содержания хлоридов кальция характерны для вод нефтяных месторождений Волго-Уральской нефтегазоносной области.

Одной из особенностей подземных вод является их газонасыщенность, которая в зависимости от ряда причин, так же как и состав растворенных газов, может быть резко различной. Данные о составе и упругости (давление насыщения) растворенных в подземных водах газов во многих случаях используются при поисковых работах, а также при выяснении условий формирования и развития залежей, нефти и газа (Максимов, 1964).

Изучая состав редких газов, растворенных в воде, можно с известной точностью определить возраст воды (Козлов, 1950), что помогает решению вопроса о путях ее миграции.

При определении режима газовых месторождений и выяснении системы их разработки необходимы сведения о составе и упругостирастворенных газов.

Упругость растворенных газов подземных вод вычисляется по формуле V = КР, являющейся математическим выражением закона Генри. Количество газа V (в см³/л), растворенного в жидкости пропорционально абсолютному давлению Р (в am), производимому газом на жидкость при прочих условиях (К — коэффициент растворимости газа в см³/л).

Расчеты упругости, основанные на законе Генри, применимыдля низких давлений насыщения и преимущественно однокомпонентного состава растворенных газов.

(Слайд 1G4_41)

При сложном составе растворенных газов требуется знать коэффициенты растворимости каждого газа газовой смеси. Пользуясь результатами анализа газа и соответствующими коэффициентами растворимости, определяют парциальные упругости каждого газа в отдельности, а общую упругость находят как сумму парциальных; давлений, основываясь на законе Дальтона. Для системы жидкость - смесь газов Дальтон установил следующее: газы, входящие в состав, смеси, растворяются в жидкости пропорционально той доле парциального давления, которая приходится на каждый газ в отдельности.

Коэффициенты растворимости газов в воде зависят от температуры и минерализации воды, а также от состава растворенных газов и солей.

Растворимость газа в воде с увеличением ее минерализации уменьшается. В зависимости от минерализации растворимость газа в воде определяют по формуле:

где N — минерализация в кмоль/м³;

а — коэффициент, зависящий от состава газа;

S₁ — растворимость газа в минерализованной воде в м³/м³;

S — растворимость газа в чистой воде в м³/м³.

Используя метод фазового равновесия (Намиот, 1958), можно определить упругость растворенных газов для сложного состава газовой смеси и высоких давлений насыщения (более 25—50 am).

Сжимаемость пресной воды зависит от давления, температуры и количества растворенного в ней газа. Коэффициент сжимаемости воды характеризует изменение единицы объема воды при изменении давления на единицу. При давлении 420 amи температуре 93,3° сжимаемость пресной воды составляет около 4_*10 ^-5 м³/м³ am (Амикс, Басе, Уайтинг, 1962). Она увеличивается с растворением в воде газа.

Коэффициент теплового расширения воды характеризует изменение единицы объема воды при изменении ее температуры на 1°. В пластовых условиях он колеблется от 18_*10^-5 до 90_*10 ^-5 г/град.Коэффициент упругого расширения воды 1/22000 на 1 am. По мнению Д. Амикса, Д. Басса, Р. Уайтинга (1962), при существующих в нефтяных пластах температурах и давлениях растворимость газа и давление мало влияют на тепловое расширение воды.

Для оценки объема воды в поровом пространстве пласта необходимо знание пластового объемного фактора воды. Он зависит от давления и температуры. Объемный коэффициент пластовой воды характеризует отношение удельного объема воды в пластовых условиях к удельному объему ее в стандартных условиях. Увеличение давления приводит к уменьшению объемного фактора воды, а повышение температуры при постоянном давлении способствует его повышению. Вследствие этого объемный коэффициент воды изменяется в сравнительно узких пределах от 0,99 до 1,06.

Удельный вес воды определяется отношением наблюдаемой плотности ее (отношение массы к единице объема воды) к плотности, измеренной обычно при стандартных условиях (Р_абс=1 am, температура 15,5° С).

(Слайд 1G4_42)

Удельный вес воды определяется отношением объема воды к единице ее массы. Эти количественные единицы связаны следующими соотношениями:

где Δ_в — удельный вес воды;

у_в— плотность в кг/м³;

V_B— удельный объем в м³/кг.

В язкость пресной воды, находящейся при давлении упругости паров, с увеличением его от 0,006 до 6,27 am снижается, но Билу (Веаl, 1946), с 1,79 до 174 спз. При повышении температуры с 10 до 93,3°С вязкость уменьшается с 1,4 до 0,3 спз. Вязкость пресной воды, находящейся под различными высокими давлениями в пределах от 0,994 до 497 am, изменяется незначительно. Так, при температуре 10° и давлении 0,994 am она равна 1,40 спз; при той же температуре, но давлении 1988 am —1,35 спз, а при 75° и давлении 0,994 am — 0,396 спз.

Электрическое сопротивление воды является важным физическим свойством ее и используется при электрометрии скважин. Удельное сопротивление воды зависит от ее химического состава и температуры, а также от давления, которое оказывает влияние на растворимость газа в воде.

Изрисунка следует, что удельное сопротивление воды постоянной минерализации с увеличением температуры уменьшается.