Значение пластовых вод при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

Из гидрогеологического описания нефтяных место­рождений известно, что нефтяные и газовые залежи все­гда сопровождаются водой. Вода в разрезе нефтяных месторождений может находиться в одном пласте с неф­тью или же занимать самостоятельные пропластки, а иногда мощные пласты. Пластовые воды нефтяных и газовых месторождений классифицируют по их положению относительно нефтеносных или газоносных горизон­тов следующим образом:

1) краевые воды, подошвенные воды, воды приконтурной зоны;

2) верхние воды;

3) нижние воды;

4) погребенные, или реликтовые, воды, находящиеся непосредственно в нефтяном пласте и остающиеся не­подвижными при движении в нем нефти.

Пластовые воды нефтяных месторождений всегда содержат в растворенном виде в том или ином количе­стве соли, некоторые органические вещества и газы. Солевой состав вод характерен для определенного гори­зонта данного месторождения. Следует, правда, отме­тить, что солевой состав вод в нефтеносном горизонте не одинаков для всех частей структуры (в непосредст­венной близости с нефтью и газом солевой состав вод обычно иной, чем на крыле структуры). Поэтому к во­дам одного и того же горизонта относят воды не опре­деленного солевого состава, а некоторого среднего, охватывающего как состав приконтурных и подошвен­ных вод, так и состав краевых вод, находящихся за кон­туром нефтеносности.

Пластовые воды — постоянные спутники нефтяных и газовых месторождений — играют большую роль в формировании залежи и процессе ее разработки. Гидро­геологическое изучение характера залегания вод в неф­теносных пластах, выяснение температурного режима, солевого состава вод, их физических свойств могут дать критерии для оценки сохранности или разрушения неф­тяных залежей.

Для расчета и прогнозирования процесса разработки залежи большое значение имеет знание физических свойств пластовых вод — их вязкости, плотности, коэф­фициента термического расширения, объемного коэффи­циента, коэффициента сжимаемости. При водонапорном режиме разработки залежи напор контурных вод спо­собствует поддержанию давления и более эффективному извлечению нефти. Наряду с этим проникновение в сква­жины верхних и нижних вод при их плохой изоляции, прорыв подошвенных, контурных вод или нагнетаемой в скважины воды по высокопроницаемым пропласткам создают большие осложнения при эксплуатации нефтя­ных скважин. Для устранения этих осложнений необходимо учитывать солевой состав и физические свойства вод, проникающих в скважины и содержащихся в от­дельных пластах и пропластках. Это же следует знать и при подборе источников воды для заводнения пластов, чтобы избежать осложнений, связанных с выпадением труднорастворимых солевых отложений в скважинах.

Общие понятия о составе и свойствах пластовых вод

Природные воды всегда содержат определенное коли­чество примесей и представляют собой сложные много­компонентные системы. В результате взаимодействия воды с включающими ее породами и газообразными со­ставляющими земной коры часть их переходит в воду, образуя растворы. В природных водах, в том числе в пластовых водах нефтяных и газовых месторождений, могут содержаться следующие компоненты.

1. Вещества, находящиеся в воде в истинно-раство­ренном состоянии и образующие вследствие электроли­тической диссоциации ионы. Основными веществами, растворенными в природных водах, являются хлориды, сульфаты и карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. Диссоциируя в воде, указанные соединения образуют ионы Na⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺ Cl^-, SO^-, HCQ-, СО^2-, называемые главными ионами. Количественные соотношения между этими ионами определяют тип при­родной воды. Кроме главных ионов, в пластовых водах присутствуют и другие, встречающиеся обычно в малых количествах — NO₃^-, NH₄^- , Вr ^-, I^-, Li⁺ и др.

В пластовых водах нефтяных и газовых месторожде­ний может содержаться в растворенном состоянии неко­торое количество нефтяных фракций, а также щелочных солей нафтеновых кислот.

2. Газообразные вещества, растворенные в воде. В водах нефтяных и газовых месторождений могут встречаться растворенные углеводородные газы, угле» кислый газ, азот.

3. Вещества, находящиеся в воде в коллоидно-растворенном состоянии,— двуокись кремния, гидраты окис­лов железа и алюминия.

Систематические гидрохимические исследования про­водят на нефтяных и газовых месторождениях от нача­ла разведочных работ до полной их выработки.

При анализе вод для характеристики их свойств принято проводить:

1) определение общей минерализации воды и ее жесткости;

2) определение содержания главных шести ионов для отнесения исследуемой воды к тому или иному типу;

3) определение концентрации водородных ионов;

4) анализ растворенных в воде газов;

5) бактериологический или микробиологический анализ;

6) определение некоторых физических свойств воды — температуры, плотности, запаха, вкуса, цвета, прозрачности, объемного коэффициента, коэффициента термического расширения, вязкости, поверхностного натя­жения.

Общая минерализация воды. Одним из основных параметров является общая минерализация воды, под которой понимают общее содержание растворенных в ней солей.

Существует несколько способов выражения концент­рации растворимых в воде веществ. Наиболее употре­бительная форма выражения минерализации — число миллиграмм-эквивалентов солей, находящихся в 1 л воды. Минерализацию воды выражают также в процен-тах, т. е. числом граммов растворенных веществ, содержащихся в 100 г раствора. Такие формы выражения применяют преимущественно для характеристики силь­но минерализованных вод. Об общей минерализации воды можно судить по ее плотности. Еще до настоящего времени иногда общую минерализацию воды характеризуют плотностью в градусах Боме. При этом способе измерения плотность нуль градусов шкалы Боме соответствует плотности дистиллированной воды; 15° — плотности 15%-ного раствора хлористого натрия.

Для определения плотности воды (d) по величине плотности в градусах Боме (Вё °) и решения обратной задачи можно использовать следующие формулы:

d= 144,3/(144,3- Вё°)

Вё°=144,3-144,3/d

По концентрации солей пластовые воды нефтяных месторождений бывают весьма различными — от пресных вод до рассолов, предельно насыщенных солями.

По Вернадскому, природные воды, в зависимости от содержания в них растворенных веществ, подразделя­ются на три класса:

1) пресные воды с содержанием солей 0,001%—0,1%;

2) минерализованные, или соленые, воды, подразде­ляющиеся по содержанию солей на солоноватые (0,1— 1%), соленые (1—5%) и минерализованные (0,1—5%);

3) рассольные воды, содержащие 5—35% солей.