4 Апта.

№ 7 Дәріс. Қабат суларының физика-химиялық қасиеттері. Минерализациясы, қаттылығы, рН сутекті иондарының құрамдық көрсеткіштері, судың тығыздығы мен тұтқырлығы, коррозиялық белсенділігі.

Мұнай кен орындарының қабат сулары ұңғы өнімінің ажырамас құрам бөлігі болып саналады және кәсіпшілікте мұнайды жинау және дайындау кезінде едәуір қиыншылық туғызады. Әртүрлі кен орындарындағы ұңғыдан мұнаймен бірге өндірілетін қабат суларын, әдетте олардың құрамында еріген минералды тұздардың концентрациясына, газдар мен микроорганизмдердің болуына байланысты ажыратады. Қабат суларын негізгі екі топқа бөледі:

1) қатты - хлоркальцилі және хлормагнилі;

2) сілтілі - гидрокарбонатнатрилі.

Көбінесе қабат суларының негізгі басты құрамына: хлорлы натрий NaCL, хлорлы кальций CaCL₂ және хлорлы магний MgCL₂ жатады.

Қабат суларында аниондар мен катиондарға ыдырайтын көптеген тұздар еріген.

Аниондарға жататын иондар: OH^- , Cl^-, SO₄^-, HCO₃^-, CO₃^-.

Катиондарға жататын иондар: H⁺, K⁺, Na⁺, NH₄⁺, Mg⁺⁺, Ca⁺⁺, Fe⁺⁺, Ba⁺⁺, Lі⁺.

Қабат суларының құрамында коллоидтар болуы мүмкін: кремнидің қостотығы SіO₂, алюминий тотығы Al₂O₃, темір тотығы Fe₂O₃, сондай-ақ газдар: көмірқышқыл газы, күкіртсутек, азот, сутек, инертті газдар, көмірсутектері де кездеседі. Олардың арасындағы сандық (мөлшерлік) қатынас қабат суларының түрін және қасиетін анықтайды.

Бірлік көлемге келтірілген қабат суында еріген заттың мөлшерін жалпы минерализация деп атайды.

Қабат суының минерализациясы 1кг/м³-тен 200кг/м³-ке дейінгі аралықта болады, көбінесе қабат суының минерализациясы г/л өлшенеді, бұнымен қатар кәсіпшілік практикасында минерализацияны Боме градусымен (Ве) белгілеу қолданылады

(2.13)

В.И.Вернадский [4] табиғи суларды құрамындағы тұздардың массалық үлесі (%) бойынша былай бөледі:

• құрамында 0,001-0,1% тұз болса - тұщы су;

• құрамында 0,1-5% тұз болса - минералды су;

• құрамында 5-35% тұз болса - ащы су.

Судың қаттылығы оның құрамындағы кальций Ca²⁺ мен магний Mg²⁺ катиондарының жалпы мөлшерімен анықталады, және килограмға (ерітінді литріне) мольмен көрсетіледі.

Қабат суларының ең маңызды сипаттамасының бірі, бұл сулы ерітіндінің қышқылдық немесе сілтілік ортада екендігін көрсететін сутегі иондарының рН концентрациялық көрсеткіші.

Су молекуласының бір бөлігі иондарға ыдырайды (диссоциаланады)

Н₂О =Н⁺+ОН^-,

Берілген температура кезіндегі тепе-теңдік күйі (жағдай) константамен сипатталады

; (2.14)

мұнда С_Н⁺ және С_ОН^- - судағы сәйкесті Н⁺ және ОН^- иондарының концентрациясы, моль/л; С_Н2О - Н₂О концентрациясы, моль/л. Су концентрациясы тұрақты және 55,56моль/л.

Демек: К_с=55,56K=C_H⁺+C_OH^- (2.15)

K_с - температураға байланысты судың иондық туындысы.

Бейтарап реакция кезінде сутегі иондарының концентрациясы мен гидроксидтік топтар тең болады:

С_Н⁺ +С_ОН^-=(C_H⁺)² ; (2.16)

Су температурасы 22 С кезінде иондық туындысы К_В=110^-14 болса, онда С_Н⁺=10^-7 моль/л. (2.17)

Сутегі иондарының концентрациялық логарифмінің оң мәні рН -деп белгіленеді, яғни:

-lg С_Н⁺ =pH (2.18)

немесе С_Н+ =10^-рН

22 С температура кезіндегі химиялық таза су үшін рН=7 тең болса, онда мұндай суды бейтарап су деп атайды.

Практикада суды рН шамасы бойынша бес топқа жіктейді [2]:

1. 3-ке дейін - қышқылды;

2. 4-6 - әлсізқышқылды;

3. 7 - бейтарап;

4. 8-10 - әлсізсілтілі;

5. 11-14 - сілтілі.

рН шамасы және суда еріген оттегінің болуы жабдықтардың коррозиясына едәуір әсер етеді. Қабат суындағы еріген тұздар металл коррозиясын үдетеді. Сонымен қатар қабат суларында күкіртсутек пен көмірқышқыл газының болуы оның коррозиялық қабілетін арттыра түседі. Қабат суының жоғары температурасы да оның коррозиялық әрекеттілігін арттырады.

Құрамындағы тұзға байланысты қабат суының тығыздығы мына формула бойынша есептелуі мүмкін:

_қс = _с+0,764S, (2.19)

мұнда _с - 20 С кезіндегі тазартылған судың тығыздығы, кг/м³; S- судағы тұздың концентрациясы, кг/м³.

(t)-температурасы кезіндегі минералданған судың тығыздығын, 20С кезіндегі қабат суының белгілі тығыздығы бойынша жуықтап анықтауға болады:

_қс(t) = _қс(20)-0,0714(t-20) (2.20)

Судың тұтқырлығы құрамындағы тұздарға және температураға байланысты, және осының әсерінен тығыздыққа байланысты ол мына түрде жуықтап есептелінуі мүмкін:

_қс =_с (t)10^0,0008831 , (2.21)

мұнда _қс -(t) температурасы кезіндегі қабат суының тұтқырлығы, мПас;

_с(t)- -(t) температурасы кезіндегі тазартылған судың тұтқырлығы, мына формуламен анықталады:

_с(t)=1353(t+50)^-1,6928 , (2.22)

 - 20 С кезіндегі минералданған және тазартылған су тығыздықтарының арасындағы айырмашылық, кг/м³;

= _қс - 998,3 (2.23)

Тұщы судың жылусыйымдылығы - 4,19 кДж/кгК, кристалды NaCl - 0,88 кДж/кгК, сондықтан минерализацияны ұлғайтқан кезде, оның жылусыйымдылығы төмендейді.

Қабат суларының жылусыйымдылық коэффициенті 0,54-0,65 Вт/мК аралығында болады.