Пластовая вода нефтяных месторождений это

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Состав и физико-химические свойства пластовой воды

По мере эксплуатации нефтяных месторождений скважины постепенно обводняются. Содержание пластовой воды в скважинной продукции растёт и может достигать 95%. Поэтому важно знать, какое влияние оказывает пластовая вода на процесс добычи нефти и газа.

Состав пластовых вод разнообразен и зависит от природы эксплуатируемого нефтяного пласта, физико-химических свойств нефти и газа. В пластовых водах всегда растворено некоторое количество солей. Больше всего в воде содержится хлористых солей (до 80-90% от общего содержания солей).

Виды пластовых вод:

— подошвенные (вода, заполняющая поры коллектора под залежью);

— краевые (вода, заполняющая поры вокруг залежи);

— промежуточные (между пропластками);

— остаточные (оставшаяся со времён образования залежи вода).

Все эти виды вод представляют собой единую гидродинамическую систему. Пластовая вода часто является агентом, вытесняющим нефть из пласта, следовательно, её свойства влияют на количество вытесненной нефти.

3.2.1. Физико-химические свойства пластовых вод

Плотность пластовых вод сильно зависит от минерализации, т.е. содержания растворённых солей. В среднем плотность пластовой воды составляет 1010-1210 кг/м3.

Тепловое расширение воды характеризуется коэффициентом теплового расширения:

. (3.29)

Из формулы следует, что коэффициент теплового расширения воды (Е) характеризует изменение единицы объёма воды при изменении её температуры на 1°С. По экспериментальным данным в пластовых условиях он колеблется в пределах (18-90)×10-5 1/°С. С увеличением температуры коэффициент теплового расширения возрастает, с ростом пластового давления – уменьшается.

Коэффициент сжимаемости воды характеризует изменение единицы объёма воды при изменении давления на единицу:

. (3.30)

Коэффициент сжимаемости воды изменяется в пластовых условиях в пределах 3,7×10-10 – 5,0×10-10 Па-1. При наличии растворённого газа он увеличивается, и приближённо может рассчитываться по формуле:

bвг = bв (1+0,05×S), (3.31)

где S – количество газа, растворённого в воде, м3/м3.

Объёмный коэффициент пластовой воды характеризует отношение удельного объёма воды в пластовых условиях к удельному объёму воды в стандартных условиях:

. (3.32)

Увеличение пластового давления способствует уменьшению объёмного коэффициента, а рост температуры – увеличению. Объёмный коэффициент изменяется в пределах 0,99-1,06.

Вязкость воды в пластовых условиях зависит, в основном, от температуры и минерализации. От давления вязкость зависит слабо. Наибольшую вязкость имеют хлоркальциевые воды (в 1,5-2 раза больше чистой воды).

Минерализация воды – содержание растворённых солей в г/л. По степени минерализации пластовые воды делятся на четыре типа:

Минерализация пластовой воды растёт с глубиной залегания пластов.

По типу растворённых в воде солей различают хлоркальциевые (хлоркальциево-магниевые) и гидрокарбонатные (гидрокарбонатно-натриевые, щелочные) пластовые воды. Тип пластовой воды определяется соотношением ионов растворённых солей:

— анионов: OH–; Cl–; SO42–; CO32–; HCO3­–;

— катионов: H+; K+; Na+; NH4+; Mg2+; Ca2+; Fe3+;

— ионов микроэлементов: I–; Br–;

— коллоидных частиц SiO2; Fe2O3; Al2O3;

— нафтеновых кислот и их солей.

Состав воды определяет её жёсткость. Жёсткостью называется суммарное содержание растворённых солей кальция, магния, железа.

Жёсткость подразделяется на временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную).

Временная жёсткость или карбонатная (Жк) обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов двухвалентных металлов (кальция, магния, железа).

Постоянная жёсткость или некарбонатная (Жнк) обусловлена наличием в воде сульфатов и хлоридов двухвалентных металлов (кальция, магния, железа).

Общая жёсткость воды определяется как сумма карбонатной и некарбонатной:

Жо = Жк + Жнк (3.33)

Жёсткость воды оценивается содержанием в ней солей в миллиграмм-эквивалентах на литр .

Жк , Жнк оценивают как сумму жесткостей всех i-ых ионов (∑gi ):

, (3.34)

где mvi – концентрация i-го иона в воде (мг/л);

эi – эквивалент i-го иона.

, (3.35)

где Мi – молекулярная масса иона;

n – валентность иона.

Тип природной воды характеризуется в зависимости от содержания двухвалентных катионов:

— очень мягкая вода – до 1,5 мг-экв./л;

— мягкая вода – 1,5-3,0 мг-экв./л;

— умеренно жёсткая вода – 3,0-6,0 мг-экв./л;

— жёсткая вода – более 6 мг-экв./л.

Временную (карбонатную) жёсткость можно устранить термическим методом (длительным кипячением) или химическим методом – добавлением гидроксида кальция Са(ОН)2.

В обоих случаях выпадает в осадок карбонат кальция СаСО3.

Постоянную жёсткость устраняют химическим способом с помощью добавления соды или щёлочи.

Содержание водородных ионов в воде определяется параметром рН: , где Сн+ – концентрация ионов водорода. В зависимости от рН различают следующие типы воды:

Вода, находясь в контакте с нефтью, частично в ней растворяется. Коэффициент растворимости нефти в воде зависит от наличия в воде полярных составляющих. Чем легче нефть, тем меньше в ней растворено воды. Нефти парафинового основания содержат мало воды. С ростом в нефти содержания ароматических углеводородов и гетероатомных соединений, растворимость воды в нефти растёт.

За счёт растворения воды в нефти происходят изменения в зоне водонефтяного контакта. Чёткой границы вода-нефть не существует. За счёт растворения воды образуется т.н. «переходная зона», величина которой зависит от полярности нефти.

Источник

Очистка пластовой воды

Классификация и состав пластовых вод

Пластовые воды классифицируют по нескольким показателям:

• месту залегания;
• химическому составу;
• содержанию солей и концентрации.

Классификация по месту залегания

Подземные воды разделяют на ненапорные, пластовые напорные и технические. Ненапорные — это грунтовые воды, обычно слабоминерализованные или пресные, которые залегают выше первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на водоупорном слое. Пластовые напорные воды бывают:

• краевые, располагаются по внешнему и внутреннему краю продуктивного пласта;
• подошвенные, залегают в плоскости под залежью нефти;
• промежуточные, расположены внутри нефтеносного пласта;
• верхние и нижние, находятся над и под нефтеносным пластом и никак не взаимодействуют с ним;
• тектонические, движутся из области высокого давления в низкое по геотектоническим трещинам земной коры.

Классификация по химическому составу

В зависимости от места залегания, пластовые воды характеризуются неоднородным химическим составом. Среди химических элементов, которыми насыщены воды месторождений, преобладают натрий, калий, магний, кальций, железо, алюминий, хлор, сера, азот, бром, йод, кислород, углерод, водород. Эти элементы присутствуют в водах в виде солей:

• хлоридов натрия, калия, магния, кальция;
• сульфатов кальция, магния, натрия;
• карбонатов натрия, калия, кальция, магния;
• гидрокарбонатов натрия, калия;
• сульфидов железа и кальция.

Также в пластовых водах содержатся растворенные газы, основными из которых являются азот, углекислый газ и сероводород.

Классификация по солевому составу и минерализации

Пластовые воды характеризуются большой концентрацией солей. По степени минерализации воды месторождений делятся на пять групп:

• Хлоридно-натриевые, концентрация > 100 г/л.
• Хлоридно-кальциевые, концентрация > 100 г/л.
• Хлоридно-натриевые, концентрация 100-50 г/л.
• Хлоридно-натриевые, концентрация 50-10 г/л.
• Хлоридно-натриевые, концентрация 10-1 г/л.

Они содержат большое количество хлора, натрия, йода, брома, аммония, сероводорода, соли нафтеновых кислот и растворенные углеводородные газы.

Характеристики и состав пластовой воды

К базовым характеристикам пластовых вод, по которым следует ориентироваться при их дальнейшей обработке, является общая минерализация воды, содержание основных ионов и прочие показатели. Минерализация и химический состав воды в большой степени влияет на ее физические свойства.

Характеристика	Показатели
Плотность воды при 20 °С	1,121 г/см³
рН	5,7
Минерализация	172,3 г/дм³
HCO₃⁻	73,33 мг/дм³
Cl⁻	105506,12 мг/дм³
SO₄²⁻	267,58 мг/дм³
Са²⁺	11664,78 мг/дм³
Mg²⁺	3145,8 мг/дм³
Na⁺ + K⁺	51413 мг/дм³
Fе общ.	1,30 мг/дм³

Высокая степень минерализации придает водам способность к вымыванию, что делает их особенно эффективными для закачивания обратно в пласт. С другой стороны, высоко минерализованная вода вызывает осадок солей в призабойной зоне пласта, чем снижает его проницаемость.

Источник

Промысловая классификация вод

Детальное изучение подземных вод месторождений позволяет определить типы выносимых вод, интервалы их залегания, изолиро­вать водоносные пласты, прогнозировать внедрение вод в залежь, определять направление водного потока.

Кроме того, газовая составляющая подземных вод является наи­более надежным гидрогеологическим поисковым показателем при поиске и разведке месторождений нефти и газа. Этими вопросами как и многими другими занимается нефтегазопромысловая гидрогеология — раздел гидрогеологии, включающий вопросы гидрогео­логических наблюдений и исследований при разработке нефтяных и газовых месторождений для решения таких задач, как обводнение залежи, передвижение флюидных контактов, определение гидроди­намической связи между залежами и окружающими их водами, опре­деление режима залежи, максимального извлечения первоначальных запасов нефти и газа и др.

В нефтегазопромысловой гидрогеологии пользуются, как пра­вило, промысловой классификацией подземных вод.

Пластовые воды нефтяных и газовых месторождений весьма раз­нообразны. Среди них встречаются пресные (редко), слабосоленые, соленые и рассолы.

Воды нефтяных и газовых месторождений содержат ингредиенты ионного и газового составов, органическое вещество и различные группы бактерий, для большинства из них характерно отсутствие сульфат-иона или его малое содержание.

По условиям залегания подземные воды нефтегазовых месторож­дений подразделяются на грунтовые, пластовые напорные, тектони­ческие, связанные, карстовые, воды криолитозоны и техногенные. Подземные воды месторождений заполняют в капельно-жидком состоянии пористые, трещиноватые и проницаемые породы, при­нимают участие в строении нефтяного или газового месторождения и прилегающих участков земной коры. Водоносные горизонты от­делены друг от друга непроницаемыми слоями.

Воды, находящиеся в нефтяных и газовых месторождениях, в промысловых условиях классифицируются по их пространственно- геологическому отношению к залежам, которые служат эксплуата­ционными объектами (по Г.М. Сухареву) на несколько классов, рас­смотренных ниже (рисунок ниже):

Схема залегания подземных вод нефтегазового месторождения

1 — фунтовая вода; 2 — нефтяной пласт с верхней контурной водой; 3 — нефтяной пласт; 4 — нефтяной пласт с пропластками промежуточной воды; 5 — пласт, на­сыщенный водой; 6 — нефтяной пласт с подошвенной водой; 7 — тектоническая вода; 8 — тектоническое нарушение

1. контурные (нижние краевые) — воды, залегающие в пони­женных участках нефтяных пластов и очень часто подпира­ющие нефтяную или газовую залежь со стороны контура нефтенос­ности;
2. верхние контурные (верхние краевые) — воды, встречающиеся в тех случаях, когда нефтеносная часть пласта выведена на поверх­ность (моноклинали, разрушенные своды антиклиналей и др.). Вы­веденные на дневную поверхность нефтяные пласты иногда запол­няются водами атмосферных осадков и поверхностными водами (верхними краевыми водами);
3. подошвенные — воды, залегающие в самой нижней части пластов и распределенные практически по всей площади структуры, включая ее сводовую часть. В процессе эксплуатации залежи при значительных отборах флюида из скважин, расположенных на своде антиклинали, довольно часто контурные воды подтягиваются по по­дошве нефтяного или газового пласта на свод антиклинали. В этом случае образуются искусственно созданные подошвенные воды;
4. промежуточные (внутризалежные) — воды, насыщающие пропластки различной мощности, содержащиеся в нефтяном или газо­носном пласте; если нефтяной или газовый пласт состоит из мно­жества пропластков и контуры нефтегазоносности их различны и не совпадают друг с другом, то вода, приуроченная к одному из таких пропластков с наименьшим контуром нефтегазоносности, тоже может быть отнесена к промежуточной;
5. верхние воды, приуроченные к чисто водоносным пластам, залегающим выше нефтегазоносного пласта;
6. нижние воды, приуроченные к чисто водоносным пластам, залегающим ниже нефтегазоносного пласта независимо от того, откуда они проникли в пласт;
7. тектонические воды — жильные воды, циркулирующие по тре­щинам, секущим нефтегазоносные пласты; эти воды поступают в пласт из различных пластов с больших глубин по тектоническим трещинам, обладают большим напором и еще до разработки место­рождений могут оттеснять нефть или газ от тектонических смещений (месторождение Каякент в Дагестане), а в процессе разработки и эксплуатации в результате создаваемых депрессий на пласт они активно заводняют залежи. В нефтегазовых месторождениях текто­нические воды бывают приурочены только к тектоническим нару­шениям и появляются при вскрытии нарушенных скважинами зон;
8. связанные (остаточные) воды — преимущественно капил­лярные и защемленные воды, которые находятся внутри нефтегазонасыщенной части пласта и могут извлекаться частично с нефтью и газом; их количество определяется площадью поверхности пор, формой и минеральным составом пород. При проницаемости пород (2—3) * 10 -12 м 2 их содержание составляет 4—5%, а при проницаемости (0,01-0,03) * 10 -12 м 2 — достигает 55-60%;
9. посторонние, чуждые по отношению к нефтяной или газовой залежи воды — верхние, нижние и смешанные; смешанные — воды, залегающие выше данного нефтяного или газоносного пласта и по­ступающие в пласт из нескольких водоносных горизонтов или из выше- или нижезалегающих водоносных горизонтов;
10. искусственно введенные (техногенные) — воды, попавшие в нефтегазоносные пласты при бурении, ремонтных работах, промывках или закачанные для поддержания пластового давления.

Источник