Дунюшкин И.И., Мищенко И.Т., Елисеева Е.И. Расчеты физико-химических свойств пластовой и промысловой нефти и воды

Подождите немного. Документ загружается.

311

ц,

—

относительная (по воде) вязкость дегазированной не-

фти при температуре / и атмосферном давлении,

А,

—

эмпирические рекомендации Чью и Коннели графи-

ческого вида, которые по предложению проф. Мищенко И.Т.

аппроксимированы в виде:

/1 =

ел:р

(12,9

•

10-*

(Г

- 87,24

•

Ю-'Г ]

(2.231)

где

/*— отношение объема газа, растворенного в нефти, к объему

дегазированной нефти, мУм^ (объемы газа и нефти приведены

к 15 °С и атмосферному давлению.

Если в качестве исходной информации используются:

ОСР

^0 - у, или ^ - . ,

'^ ОСР '"ОСР

где

^осру^осру^'оср~ объем нефтяного газа ОСР пластовой не-

фти (при 20 °С и 100 кПа), объем и масса дегазированной не-

фти соответственно, то рекомендуется вычислять Г' следу-

ющим образом:

Г =1,055(1 + 5а')/росу>

Г = 0,983(1 +5а') Д

где а' рассчитывается по формулам (2.103) или (2.106)

(2.232)

312 -^

Глава 14. Физико-химические свойства пластовой воды

14.1.

Пластовая вода в

горных

породах

Зорькин Л.М.' выделяет разные типы вод в горных породах

по степени их подвижности и характеру связи пластовой воды

с горными породами, в том числе:

•

Свободная

вода

—

находится в горных породах в капельно-

жидком состоянии и движение ее происходит под действием

градиента давления.

•

Физически связанная вода —

вода, связанная на поверхности

минералов, содержится главным образом в глинистых породах.

Эта вода удерживается поверхностными силами электричес-

кой природы и подразделяется на:

прочносвязанную

воду (гидратный слой)

—

толщина слоя

составляет 0,006

—

0,010 мкм. Эта вода удерживается на

контакте с породой под давлением до 1000 МПа, а на

внешней границе слоя это давление уменьшается до 1

МПа. Гидратный слой воды характеризуется низкой тем-

пературой замерзания (до минус 80 °С), низкой диэлект-

рической постоянной (до 2), повышенной кислотностью.

о рыхлосвязанную воду (пленочная вода)

—

диффузионный

слой воды, примыкающий к гидратному (прочносвязан-

ному),

толщина диффузионного слоя достигает 10 мкм.

Вязкость воды в этом слое выше вязкости свободной воды.

По мере удаления от поверхности минеральной частицы

свойства связанной воды, постепенно изменяясь, прибли-

жаются к свойствам свободной воды. Внешняя граница

диффузионного слоя расплывчата. Характерной особен-

ностью рыхлосвязанной (пленочной) воды является ее

способность передвигаться от мест большей толщины

пленки к местам, где пленка тоньше.

о капиллярная вода

—

свободная вода, удерживаемая в поро-

де за счет действия капиллярных сил, например, капил-

лярно-поднятая вода. Капиллярно-поднятая вода образу-

Воды нефтяных

газовых месторождений

СССР:

Справочник /

Под

ред.

Л.М.

Зорькина. -М.:

Недра,

1989.-382с.

313

ет переходную зону в области водонефтяного контакта

(ВНК) нефтяных залежей с подошвенной водой,

о химически

связанная

вода, включая газовые гидраты, и др.

Пластовые напорные воды заполняют пористые песчаные и

алевролитовые коллекторы и др., образуя водоносные горные

породы (пласты), которые объединяются в:

•

водоносные горизонты,

•

водоносные комплексы и

•

гидрогеологические этажи.

Водоносные комплексы включают обычно несколько водо-

носных горизонтов, гвдродинамически связанных друг с дру-

гом и имеющих близкие: химический состав и минерализацию.

Гидрохимические и другие характеристики гидрогеологичес-

ких этажей, включающие водоносные комплексы как состав-

ные части, существенно различаются [28].

Вода, содержащаяся в нефтяных залежах, представляет со-

бой,

как правило, остаточную воду, то есть воду, которая оста-

лась в ловушке в процессе формирования нефтяной залежи

(замещения воды нефтью).

14.2.

Ионный состав пластовых вод и их классификация [28]

Пластовые воды нефтяных месторождений, как правило,

представляют собой сложные многокомпонентные системы,

содержащие:

•

ионы

о растворимых солей:

-анионы: ОН-,СГ,804",СОз~,НСОз ;

кагаоны: Н%К%Ыа^,ЫН^,

МЕ"^,Са'\Ре"',Ре'""идр;

о микроэлементов: Вг~Д"и др.;

•

коллоидные частицы: 81О2, РсзОз, А^з^з'

•

растворенные газы: СОз, Н28, СН4, Нз, N2 и др. ;

•

нафтеновые кислоты и их соли.

314 ^

Количественные соотношения между содержанием ионов в

воде определяют тип пластовых и нефтепромысловых сточных

вод.

Из растворенных в пластовых водах газов основной компо-

нент

—

метан. Содержание его варьирует в широких пределах:

от 0,005 до 5 мУм1

Классификация пластовых вод производится по степени их

минерализации и химическому (ионному) составу.

Минерализация

воды С^с^ ~ суммарная массовая концентра-

ция растворенных и коллоидных веществ в растворе (пласто-

вой воде):

С.=^=^-н^=^-, (2.233)

-хс

"плВ ^гиВ

где

/я,^

—

масса /-ой соли, растворенной в пробе пластовой воды

объемом У^д ;

д^^

—

массовый поток растворенной /-ой соли, содержащей-

ся в объемном потоке пластовой воды ^^д .

По [28]: пластовая вода подразделяется на 4 типа в зависи-

мости от степени ее минерализации.

При минерализации до:

•

г/л пресная вода;

• 10 г/л солоноватая вода;

• 50 г/л соленая вода;

• 50 г/л и более рассолы.

Вернадский В.И. подразделял природные воды в зависимос-

ти от массовой доли растворенных в них солей на следующие

типы:

• до 0,1 % масс пресные воды;

• до 5 % масс минерализованные воды и

• более 5 % масс рассолы.

315

Для количественной характеристики различий ионного со-

става пластовых вод широко используется

эквивалентная форма

представления ионного состава.

Эквивалентом

ионов,

Э^,

вещества диссоциированного в воде,

называется эквивалентное (равное по заряду) количество мо-

лей тех же ионов, но таких, как если бы каждый из них имел

единичный заряд, то есть

суммарный

заряд

эквивалентного

ко-

личества

ионов равен фактическому заряду

этих

ионов,

содержа-

щихся в воде:

5„=-^, (2.234)

где

М„ —

относительная молекулярная масса иона (сумма атом-

ных чисел химических элементов, входящих в ион);

—

количество зарядов иона.

Чтобы выразить эквивалентное содержание

1-х

ионов в вод-

ном растворе (пластовой воде), например, в миллиграмм-экви-

валентах на литр (мг-экв/л), необходимо массовую концентра-

цию /-Г0 иона в миллиграммах на литр (мг/л) разделить на его

эквивалент, например:

'^^^^^Щ^СЩ^

(2.235)

где

гНСО^

эквивалентная концентрация аниона НСО^, г-экв/

м^ мг—экв/л;

^нсо^

~ концентрация аниона НСО] в пластовой воде, г/м^

мг/л;

3„ [НСО'з^- эквивалент аниона НСО] (61).

Значения эквивалентов ионов (анионов

катионов) пред-

ставлены в таблице 2.2

316

Таблица

2.2

Эквиваленты ионов пластовых вод нефтяных месторождений

Эквиваленты катионов

^а^

Мё^'

Са**

ЛАЯ;

Н'

/Ге+-

18,6

Ре'*

Эквиваленты анионов

сг

35,5

50]

НСО]

Вг

127

Н5

СО;

Нафтен-

ионы

150-200

Наиболее широкое распространение [28] для различия вод

по химическому составу получила классификация О.А. Алеки-

на^ по которой воды подразделяются, в зависимости от преоб-

ладающих, анионов на три класса:

• гидрокарбонатные преобладают анионы НСОз + СО3";

• сульфатные преобладают анионы 8О4";

• хлоридные преобладают анионы ^(;- ;

в каждом из которых по преобладающему катиону выделяют

по три группы : кальциевые, магниевые и натриевые.

Завершается классификация вод по Алекину

типом

воды по

соотношению между содержанием ионов в ней:

. первый гНСОз > (гСа^^ + гМ§^^);

• второй гНСОз" < (гСа'" + гМё^^) < (гНСОз" + г80Г);

• третий хСГ > гNа* или (гНСОз

Г5О4')

(гСа*"^

гМё**);

• четвертый отсутствие НСО3, (кислые воды).

В нефтяной гидрогеологии применяется генетическая клас-

сификация пластовых вод по В.А. Сулину, учитывающая не

только химический состав воды, но и условия ее генезиса, таб-

лица 2.3.

317

Таблица

2.3

Классификация пластовых вод по

В.А.

Сулину

Тип воды

Сульфатно-натриевы й

Гидрокарбонатно-

натриевый

Хлоридно-магниевый

Хлоридно-кальциевый

Диагностические коэффициенты'

[28]

[гМа*1гСг)>\

[гЫа*1гСг)>\

[гМа*1гСГ)<\

[гМа^1гСг)<\

{гМа*-гСг)/г50Г <1

{гМа*-гСг)/г50Г>1

[гСС -гМа')1гМё** <\

(гСГ -гМа')1гМЕ^* >1

Для характеристики ионного состава глубинных проб плас-

товой воды

нефтепромысловых проб воды: устьевых, дре-

нажных, сточных

и т.д.

широко применяется долевая характе-

ристика ионного состава воды, которая пересчитывается

из

эквивалентного ионного состава следующим образом:

^м

= ~

гД.

гК

100;

Л^^- ^

100

; (2.236)

где

К^.—

эквивалентная доля

/-го

аниона

пробе воды, %-экв;

= I

—

а, (а

—

число типов анионов

пробе воды);

Л^,

—

эквивалентная доля у-го катиона

пробе воды, %-экв;

= 1

—

к, (к

—

число типов катионов

пробе воды);

гА,

гСГ;гА2= г^0-;;гЛз= гЯСО'^

и т.д.

(табл.

2.2),

г-экв/м^ мг-экв/л;

гК,

= г

Ма^;

гК^

гК*;

гК^

гМё"^и т.д. (табл. 2.2) г-экв/м\

мг-экв/л;

100

—

коэффициент перевода долей

проценты.

Так

как

вода

растворенными

в ней

солями электронейт-

ральна,

то

^^А,

= ^^К^^

(2.237)

1=1

7=/

Содержание

ионов

милпиграмм-эквивапентах.

318

поэтому из (9.4) и (9.5) следует:

Е^.,=50%

/=/

2/?^.

=50% (2.238)

ПРИМЕР 2.26

Определить содержание ионов натрия в воде, рассчитать ионный

состав пластовой воды в мг-экв/л и %-экв, если известно, что в од-

ном литре пластовой воды содержание ионов составляет, табл. 2.26.1п:

Таблица

2.26.1п

Ионный состав пластовой воды

Анионы

С Г

80;

НСО]

Всего

Содержание, мг/л

38065,8

83,9

482,0

38631,7

Катионы

Са"

ме**

Ыа*

Всего

Содержание, мг/л

1667,7

249,7

РЕШЕНИЕ

Содержание ионов натрия в воде можно определить из того фак-

та, что пластовые воды электронейтральны. Следовательно, необхо-

димо предварительно исходный ионный состав воды перевести в

эквивалентный состав.

Эквивалентное содержание анионов хлора в соответствии с опре-

делением (2.235) и значениями эквивалентов в табл. 2.2 будет равно

гСГ=^^ = 1073,28 мг-экв/л.

Результаты аналогичных расчетов представлены в табл.

2.26.2п

Таблица

2.26.2п

Пересчетный

ионный состав пластовой воды

Анионы

СГ

80;

НЩ

Всего

Содержание

мг-экв/л

1073,28

1,75

7,90

1082,93

%-экв

49,55

0,08

0,37

50,00

Катионы

Са*"

Щ*'

Ыа'

Всего

Содержание

мг-экв/л

83,39

20,81

978,73

1082,93

%-экв

3,85

0,96

45,19

50,00

Из (2.237) следует, что миллиграмм-эквивалентное содержание

анионов в воде 1082,93 млг-экв/л равно

содержанию

катионов в ней.

319

Поэтому содержание ионов натрия

гЛ''а*

будет равно

^Nа = "^гА, -(гСа**+ гМ^**) = 1082,93-(83,39 + 20,81) = 978,73

Долевое содержание ионов

воде рассчитывается

по

формуле

(2.236),

например, доля ионов хлора

пластовой воде равна

„

гСГ

1073,28

100 ,„ ,. ^

^Х.Д+Х.^/^«2.93-№93='^'''

^"-^-^

Результаты аналогичных расчетов представлены в таблице 2.26.2п.

Классифицируем химический состав пластовой воды

по

О.А.

Алекину:

Класс: хлоридный, так как преобладают анионы хлора;

Группа: натриевая, так как преобладают катионы натрия;

Тип:

третий, так как содержание ионов хлора преобладает над

содержанием

воде ионов натрия (1073,28

978,73).

Результаты классификаиии воды по В.А. Сулину дают:

гМа"

978,73

гС^'-гМа*

1073,28-978,73

_ . ,.

гСГ 1073,28^

' гЛ^^* 20,81

-'^'^'*>'

следовательно, по табл.

2.3

вода хлоридно-кальциевая.

Таким образом, так как классификации химического состава воды

не унифицированы,

то

необходимо при описании ее состава обяза-

тельно указывать по классификации какого автора она характеризу-

ется.

Жесткость воды

(водного раствора солей) С^,

—

суммарная

эквивалентная концентрация катионов кальция Са^^

магния

М§**

воде:

С^.^{гСа^'+гМ8'').

(2.239)

В зависимости

от

соотношения между общей жесткостью

воды С^ и эквивалентной концентрацией в ней анионов

НСО3—

пластовые воды нефтяных месторождений

нефтепромысло-

вые дренажные воды можно разделить на две группы:

• Жесткие С^^ > гНСО]

• Щелочные

С^

< гНСО]

320

Для вод первой группы различают жесткость:

• Общую, (2.239);

• Карбонатную, С^

• Некарбонатную,

С^^^

• Кальциевую, С^^^

• Магниевую, С^^^

С^

гНСО] ;

С =С -С

^-'жнк жо жк

С^са - гСа^' ;

С^щ ^ гМ§''.

Для вод второй группы понятия карбонатной и некарбо-

натной жесткости теряют смысл, поэтому они характеризуют-

ся только общей, кальциевой и магниевой

жесткостью:

• Общая, (2.239);

• Кальциевая, С^^^

С^са

= ''^а"^ \

• Магниевая, С^^^

С^м«

гМ^*^ .

Исходя из определений жесткости вод между ними суще-

ствует связь:

^жо

~ ^жк"^ ^жнк ~

^жСа"^

^жМщ

•

(2.240)

ПРИМЕР 2.27

Для условий примера 9.3.1 определить жесткость воды, ее груп-

пу и другие характеристики.

РЕШЕНИЕ

По формуле (2.239) жесткость воды равна:

С,„ =83,39

20,81 = 104,20 мг-экв/л.

Так как 104,2 > 7,9 то вода - жесткая и имеет следующие харак-

теристики жесткости:

• Общая 104,2 мг-экв/л;

• Карбонатная 7,9 мг-экв/л;

• Некарбонатная 96,3 мг-экв/л; (104,2-7,9 = 96,3);

• Кальциевая 83,39 мг-экв/л;

• Магниевая 20,81 мг-экв/л.

Показатель содержания водородных ионов

(рН — характеристика)

Важнейшей характеристикой ионного состава пластовой и

дренажной воды является содержание в них водородных ионов.