Основні властивості пластових вод та параметри, що їх характеризують

Густина пластової води визначається відношенням маси до одиниці об’єму води, кг/м³. Вона зростає із збільшенням у воді концентрації солей. Оскільки концентрація солей у воді може досягати 642,8 кг/м³, то їх густина може збільшуватись до 1450 кг/м³.

Теплове розширення води характеризується коефіцієнтом теплового розширення:

де ∆V – зміна об’єму води при зміні температури ∆ Т;

V – об’єм води при нормальних умовах.

З формули випливає, що коефіцієнт теплового розширення Е води характеризує зміну одиниці об’єму води під час зміни її температури на 1^оС.

За експериментальними даними його величина коливається в межах (18-90)·10^-51/град, зростаючи із збільшенням температури і зменшуючись з ростом тиску.

Пружність пластової води характеризується коефіцієнтом β_в = ∆V / V·∆ Р, який характеризує зміну одиниці об’єму води при зміні тиску на одиницю.

В пластових умовах його величина змінюється в межах (2,7-5,0)·10^-10 Па^-1, а за умови наявності розчиненого у воді газу збільшується.

Об’ємний коефіцієнт пластової води – це відношення питомого об’єму води в пластових умовах до її питомого об’єму при стандартних умовах: b_в = V_пл/V_о.

Зростання пластового тиску сприяє зменшенню об’ємного коефіцієнта, а ріст температури супроводжується його підвищенням. Але, з іншого боку, зростання пластового тиску призводить до збільшення розчинності газу в пластовій воді, а це викликає збільшення питомого об’єму води, а разом з тим і об’ємного коефіцієнта.

Розчинність (м³/м³) визначається кількістю (об’ємом) газу, що розчиняється в 1 м³ води при 20^оС та тиску 0,1013 МПа.

У прісній воді, наприклад, під тиском 35 МПа і температурі 127^оС розчиняється 3,56 м³ газу в 1 м³ води. З ростом мінералізації води розчинність газу в ній зменшується.

В’язкість води в пластових умовах залежить переважно від температури, природи і концентрації розчинених в ній солей. Вплив тиску на в’язкість води незначний. В зоні низьких температур (5-10^оС) в’язкість слабомінералізованих вод зменшується при підвищенні тиску.

Найбільш в’язкими є хлоркальцієві води, в’язкість яких при однакових умовах перевищує в’язкість чистої води в 1,5-2,0 рази. Оскільки у воді гази розчиняються в незначній кількості, то її в’язкість від насичення газом зменшується в незначній мірі.

Важливою фізичною властивістю води є її електричний опір. Результати його замірів при проведенні геофізичних досліджень свердловин використовуються для виділення водоносних пластів, виділення та кореляції нафтоносних пластів, відбивання водо-нафтового контакту, визначення величини пористості та нафтонасичення пластів. Опір прісної води незначний (практично нульовий). Електричний опір водоносних пластів залежить, передусім, від мінералізації води, хімічного складу солей, що розчинені в ній, та температури.

У підземних водах в переважній більшості розчинені різні солі, основними з яких є карбонат кальцію (СаСО₃), сульфат кальцію (гіпс СаSО₄·2Н₂О та ангідрит СаSО₄), сульфат барію (ВаSО₄). У незначній кількості в них можуть бути присутні сульфат стронцію (SrSO₄), карбонат стронцію (SrСО₃), карбонат барію (ВаСО₃), карбонат магнію (МgСО₃), хлорид натрію (NаСl), сульфат радію (RаS). Зустрічаються і механічні домішки та продукти корозії (окисли заліза Fе₂О₃, сульфід заліза FеS₂ та ін.). У привибійній зоні свердловин (особливо нагнітальних) трапляються продукти життє-діяльності бактерій. У більшості випадків відкладаються солі основних компонентів, але не в чистому вигляді, а переважно з домішками інших солей, включеннями нафти, силікатів, парафінів та продуктів корозії.

Більшість відкладів солей мають кристалічну структуру. Процес їх формування представляє собою масову кристалізацію у складних гідродинамічних умовах в широкому інтервалі температур і перенасичення розчинів солями в присутності значної кількості домішок.

Процес солевідкладення складається з таких етапів: перенасичення розчину солями, утворення зародків, ріст кристалів, перекристалізація. Ці етапи можуть протікати почергово один за одним або одночасно.

Оскільки в пластових водах розчинені переважно неорганічні солі в різних кількостях, то вони можуть випадати в осад з різних причин. Вони можуть відкладатись як безпосередньо в пласті, так і в промисловому обладнанні та трубопроводах.

Перенасичення розчину солями відносно якого-небудь компонента пов’язане зі збільшенням концентрації останнього вище рівноважної. Умовою виникнення такого процесу в нафтових і газових родовищах є наявність мінералізованої води, що видобувається разом з нафтою, та води, що нагнітається в пласт, і інших причин, що викликають перенасичення водних сумішей, і, як наслідок, утворення та випадання нерозчинного осаду. Це явище називається несумісністю вод, що вводяться в пласт, з водами, які вже наявні в пласті.

Несумісність пластових вод з водами, що нагнітаються в продуктивні пласти – одна з основних причин соле-відкладення на більшості нафтових родовищ.

Несумісність вод може проявлятись і під час застосування теплових методів підвищення нафтовилучення, коли в умовах високих тисків та температур можливе розчинення води в нафті, і тим самим відбувається порушення термодинамічних умов в пласті та виникнення несумісності.

Випадання солей відбувається іноді ще до початку заводнення пластів, а саме: зміна термодинамічних умов через експлуатацію родовища на режимі розчиненого газу, а також при надходженні на вибій свердловин вод з інших горизонтів.

Контрольні запитання

1 Назвіть та охарактеризуйте види залишкової води.

2 Назвіть методи визначення залишкової води.

3 Як поділяються води за мінералізацією?

4 Як поділяються підземні води за ознаками утворення, умовами залягання та розташуванням?

5 Назвіть основні параметри, що характеризують фізичні властивості пластових вод.

6 Що таке несумісність вод і коли вона проявляється?