5.1. Химические свойства пластовых вод

Пластовые воды характеризуются набором свойств влияющие на процессы вытеснения нефти, так как она часто являясь вытесняющим агентом нефти из пласта, а следовательно, её свойства влияют на количество вытесненной нефти, на процессы подъема нефти на поверхность, на процессы сбора и подготовки скважинной продукции.

5.1.1. Минерализация пластовой воды

Минерализация воды характеризует содержание в ней растворённых солей в г/л, мг/л, г/м³, кг/м³. В пластовых водах всегда растворено некоторое количество (Q) солей. По степени минерализации пластовые воды делятся на четыре группы:

рассолы (Q > 50 г/л);

солёные (10 < Q < 50 г/л);

солоноватые (1< Q < 10 г/л);

пресные (Q ≤ 1 г/л).

Минерализация пластовой воды растёт с глубиной залегания пластов. Минерализация вод нефтяных месторождений колеблется от нескольких сотен г/м³ в пресной воде до 300 кг/м³ в концентрированных рассолах.

В пластовой воде содержатся ионы растворённых солей:

анионы: OH^–; Cl^–; SO₄^2–; CO₃^2–; HCO₃^–;

катионы: H⁺; K⁺; Na⁺; NH₄⁺; Mg²⁺; Ca²⁺; Fe³⁺;

ионы микроэлементов: I^–; Br^–;

коллоидные частицы SiO₂; Fe₂O₃; Al₂O₃;

нафтеновые кислоты и их соли.

Больше всего в воде содержится хлористых солей, до 80-90 % от общего содержания солей. В количественном отношении катионы солей пластовых вод располагаются в следующий ряд: Na⁺; Ca²⁺; Mg²⁺; K⁺; Fe³⁺.

Большое значение на растворимость солей и увеличение их концентрации в пластовых водах оказывает температура и парциальное давление СО₂. Максимальная растворимость СаСО₃ в воде наблюдается при 0^оС, с возрастанием температуры она падает. Максимальная растворимость гипса (СаSО₄·2Н₂О) в воде наблюдается при 40^оС. С дальнейшим возрастанием температуры она уменьшается. С увеличением парциального давления СО₂ растворимость СаСО₃ возрастает. Уменьшение пластового давления усиливает процесс выпадения солей СаСО₃ и др. Изменение термобарической обстановки в пласте даже при небольшой минерализации пластовых вод влияет на растворимость солей и на процесс их выпадения.

5.1.2. Тип пластовой воды

По типу растворённых в воде солей различают хлоркальциевые (хлоркальциево-магниевые) и гидрокарбонатные (гидрокарбонатно-натриевые, щелочные) пластовые воды. Тип пластовой воды определяется анионом. Гидрокарбонатный тип воды определяется солями угольной кислоты, обусловленный наличием карбонат - CO₃^2–, или бикарбонат - HCO₃^– аниона. Соли всех остальных кислот относятся к хлоркальциевому типу. В основном, это соли соляной кислоты – хлориды, обусловленный наличием Cl^–– аниона.

5.1.3. Жесткость пластовых вод

Соли пластовых вод влияют, и определяет её жёсткость. Жёсткостью называется суммарное содержание растворённых солей двухвалентных катионов: кальция, магния и железа.

Жёсткость различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Временная жёсткость или карбонатная (Ж_к) обусловлена содержанием в воде карбонатов или гидрокарбонатов двухвалентных металлов: кальция, магния, железа.

Постоянная жёсткость или некарбонатная (Ж_нк) обусловлена наличием в воде сульфатов или хлоридов (или соли других кислот) двухвалентных металлов: кальция, магния, железа.

Общая жёсткость воды определяется как сумма карбонатной и некарбонатной:

Ж_о = Ж_к + Ж_нк (5.1)

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

Ж_к, Ж_нк оценивают как сумму жесткостей всех i-ых ионов (∑g_i):

Ж_о = g_i (5.2)

Жесткость иона оценивается отношением массы иона к его эквиваленту:

, (5.3)

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

э_i – эквивалент i-го иона.

Эквивалент иона оценивается отношением молекулярной массы иона (М_I) к его валентности (n):

, (5.4)

где М_i – молекулярная масса иона;

n – валентность иона.

Рассмотрим пример. В одном литре воды содержатся ионы в количестве: Mg⁺² =21мг и Ca⁺² = 56 мг. Найти общую жесткость?.

Решение. Определим жесткость обусловленную наличием в воде ионов магния и кальция. Воспользуемся формулами 5.1–5.4:

Ж =G (мг -экв/л), g = m / Э, Э = Mn / Nn,

где Mn - масса иона;

Nn - валентность иона.

М_Мg = 24,3; Э_Mg = 24,3 /2 = 12,5 мг-экв;

М_Ca = 40,08; Э_Ca = 40,08 / 2 = 20 мг-экв;

g_Mg = 21/12,15 = 1,72 мг-экв/л; Ж_Mg = 1,728 мг - экв/л;

g_Ca = m/э = 56/20,04 = 2,79 мг-экв/л; Ж_Ca = 2,79 мгэкв/л;

Ж_общ = Ж_Сa + Ж_Mg = 2,79 + 1,728 = 4,5181 (мг - экв/л).

Природные воды в зависимости от содержания в них двухвалентных катионов кальция, магния, железа подразделяются на следующие группы:

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.

Жесткость пластовой воды и ее группа по жесткости определяется экспериментально-расчетным путем (см. разд. "Практикум для самостоятельной работы").

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.