4.2 Физические параметры пластовых вод.
Вода — неизменный спутник нефти и газа. В месторождении она залегает в тех же пластах, что и нефтяная или газовая залежь, а также в собственно водоносных пластах (горизонтах). В процессе разработки вода может внедряться в нефтяную или газовую залежь, продвигаясь по нефтегазоносному пласту, или поступать в скважины из других водоносных горизонтов. В соответствии с принятой технологией разработки вода может закачиваться в залежь и перемещаться по пластам.
Основную массу природных вод нефтяных и газовых месторождений составляют более или менее минерализованные воды.
Состав и свойства пластовых вод имеют большое значение для разработки залежей нефти и газа и их добычи, так как от них зависит течение многих процессов в дренируемом пласте. Поэтому их значение позволяет намечать более эффективные мероприятия по контролю и регулированию разработки и эксплуатации скважин и промысловых систем. Все это заставляет уделять большое внимание вопросам состава и физических свойств подземных вод.
Газосодержание пластовой воды не превышает 1,5 – 2,0 м3/м3, обычно оно равно 0,2 – 0,5 м3/м3. В составе водорастворенного газа преобладает метан, затем следует азот, углекислый газ, гомологи метана, гелий и аргон.
Радиоактивность пластовых вод обусловлена содержанием в них урана, радия и радона. Практически все подземные воды в различной степени радиоактивны. При заводнении залежи поверхностными водами вокруг залежи образуется оторочка радиоактивных вод, обусловленная как радиоактивностью остаточных подземных вод, так и выщелачиванием из горных пород радиоактивных элементов. Такая радиоактивная оторочка вод является надежным критерием прохождения водонефтяного контакта.
Минерализация пластовых вод нефтяных месторождений колеблется от единиц г/м3 до сотен кг/м3. Минеральные вещества представлены солями натрия, кальция, магния и др. Основными солями являются хлориды, карбонаты и сульфаты. Помимо этого в водах может содержаться йод, бром, редкоземельные элементы, органические вещества.
Нефтяные залежи в большинстве случаев находятся в зоне затрудненного водообмена, но иногда присутствуют и пресные воды.
Растворимость газов в воде значительно ниже их растворимости в нефти.
Тем не менее площадь контакта газовой залежи с подстилающей водой очень большая, и при высоком давлении вода будет содержать большие объемы газа (рис.4.3.). С увеличением температуры растворимость газов сначала уменьшается, а затем возрастает. С увеличением минерализации растворимость газов в воде уменьшается.
Рис.4.3. Зависимость растворимости газов от давления:
а – в дистиллированной воде; б – в соленой воде
На растворимость газов в воде также влияет размер молекул газа. В подземных водах наиболее распространенными газами являются кислород, углекислый газ, сероводород, водород, азот и благородные газы, а также метан и тяжелые углеводороды.
Объемный коэффициент пластовой воды нефтяных и газовых месторождений b зависит от минерализации, химического состава, газосодержания, пластовых давления и температуры и колеблется от 0,8 до 1,2.
Плотность пластовой воды зависит главным образом от ее минерализации, пластовых давления и температуры. Плотность пластовых вод возрастает с увеличением минерализации и может достигать 1500 кг/м3 при концентрации солей 642,8 кг/м3.
Сжимаемость обратимое изменение объема воды, находящейся в пластовых условиях, при изменении давления. Изменяется в пределах (3,7–5,0)10-10 м2/Н, а при наличии растворенного газа может значительно увеличиваться:
,
(4.5)
где: βвг – коэффициент сжимаемости воды с растворенным газом;
βв – коэффициент сжимаемости чистой воды;
Vг – количество газа, растворенного в воде, м3/м3.
Термическое расширение воды E колеблется от 18 · 10-5 до 90 · 10-5 1/град, возрастает с увеличением температуры и уменьшается с ростом пластового давления.
Вязкость пластовой воды зависит в первую очередь, от температуры, а также от минерализации и химического состава. В большинстве случаев вязкость пластовых вод нефтяных и газовых месторождений составляет 0,2 – 1,5 мПа×с.
На величину вязкости воды влияет не только минерализация, но и состав солей. Наибольшей вязкостью характеризуются хлоркальциевые воды в 1,5–2 раза больше, чем чистая вода (рис.4.4.). Газы в воде растворены в небольших количествах и мало влияют на вязкость.
Рис.4.4. Зависимость вязкости от температуры:
а – морской и чистой воды; б – хлоркальциевой воды
Электропроводность пластовых вод находится в прямой зависимости от их минерализации, так как соли в воде находятся в ионном состоянии, а положительно и отрицательно заряженные ионы являются переносчиками электрических зарядов. Величина удельного сопротивления подземных вод изменяется от 0,02 до 1,00 Ом · м. Дистиллированная вода и лед не являются проводниками электрического тока. Так как нефть и газ имеют низкую электропроводность, а минерализованные подземные воды – высокую электропроводность, то эти свойства используют для контроля за продвижением водоуглеводородных контактов. Электропроводность воды используют для определения пористости и водо-, газо-, нефтенасыщенности коллекторов.