Пластові води - студопедія
Пластові води - звичайні супутники нафтових і газових родовищ. Води зустрічаються або в тих же шарах-колекторах, якими контролюються нафтові і газові поклади, або утворюють самостійні чисто водоносні пласти. У першому випадку вода займає знижені частини пластів - колекторів, підстилаючи поклади нафти і газу. У другому випадку водоносні пласти не мають зв'язку з покладами і розташовуються вище і нижче продуктивних [1].
За своєю генетичну природу води родовищ діляться на кілька форм.
Залишкові або молекулярно-пов'язані води, що обволікають мінерали порід, адсорбовані в капілярних і субкапіллярних пустотах нафтового пласта.
Седиментаційних води - це води, що залягають в шарі з моменту відкладення осаду, тобто синхронні часу формування самої породи.
Інфільтраційні води, тобто проникли в пласт ззовні за рахунок підживлення атмосферними опадами, водами річок, озер і морів. Області харчування знаходяться в горах на значній відстані від глибоко похованих водонафтових пластів. Ці пласти в гірських системах оголені і схильні до будь-яких атмосферних явищ, в т.ч. і проникненню поверхневих вод в пласти - колектори [1].
Елізіон води - це води, що потрапляють в пласт-колектор шляхом вичавлювання порових вод з ущільнюється опадів, в т.ч. неколлекторов за рахунок зростання геостатичної тиску або тектонічних напруг.
Води технічні або штучні, спеціально закачується в пласт для підтримання пластового тиску і більш повного витіснення нафти водою.
У промисловому справі води нафтових і газових родовищ діляться на пластові напірні і технічні. Серед підземних вод особливе місце займають ненапорние грунтові води, які на відміну від пластових є прісними або слабо мінералізованими. Вони мають поширення лише в приповерхневих шарах земної кори вище першого водотривкому горизонту. Пластові напірні води по відношенню до нафтоносному пласті поділяються на такі види: крайові, підошовні, проміжні, верхні і нижні, а також води тектонічних тріщин (Малюнок 1) [1].
1 - з вільною поверхнею (ненапорние); 2 - верхня щодо нафтоносного горизонту; 3 - крайова приконтурної зони (нижня крайова напірна); 4 - нижня щодо нафтоносного горизонту (нижня напірна); 5 - підошовна; 6 - глибинна, висхідна по скиданню; 7 - проміжна (Е.О. - експлуатаційний об'єкт); 8 - верхня гранична; 9 - нафта; 10 - глини; 11 - глибина рівня, h - напір
Малюнок 1 - Типи пластових напірних вод по відношенню до нафтоносному пласті
Крайові пластові води займають знижені частини пласта і підпирають нафтову поклад по внутрішньому і зовнішньому контурах, що створює в плані кільцеподібну форму. Підошовні води підпирають поклад по всій її площі, включаючи і сводовую частина, утворюючи суцільне дзеркало ВНК або ГВК. Проміжні води залягають всередині нафтоносного пласта або між пластами, об'єднаними в один експлуатаційний об'єкт. Верхні і нижні води приурочені до чисто водоносних пластів, не залежною від продуктивних і залягає вище або нижче останніх. Води тектонічних тріщин циркулюють по площинах розломів з високонапірних (як правило, більш глибоко залягають) в низьконапірні. Вони здатні обводнять головні ділянки нафтоносних пластів, відтісняючи нафту зі сводових частин поклади до крильові периферичних зон [1].
При наявності крайових вод, що підпирають нафтову або газову поклад, розрізняють зовнішній (по покрівлі пласта) і внутрішній (по підошві пласта) контури. У межах внутрішнього контуру нафтоносності пласт містить нафту по всій його товщині від покрівлі до підошви. У плані цієї частини поклади відповідає нафтова зона, де свердловинами пластова вода не розкривається.
Між зовнішнім і внутрішнім контурами ВНК розташовується приконтурної зона поклади, де нафта є водоплавної, тобто свердловинами розкриваються вгорі - нафту, а внизу - вода. За межами зовнішнього контуру пласт повністю водонасищен, нафта відсутня. Таким чином, межа поклади проводиться по зовнішньому контуру нафтоносності.
У процесі видобутку нафти в міру виснаження запасів в поклади відбувається просування контурів від її периферії до центру. Завданням раціональної розробки поклади є забезпечення рівномірного їх просування по всій площі. При нерівномірному просуванні контурів утворюються мови обводнення, що загрожує появою отшнуроваться розрізнених ціликів нафти (Малюнок 2), подальша видобуток з яких практично неможлива.
1 - мови обводнення; 2 - цілики нафти
Малюнок 2 - Схема розташування мов обводнення і ціликів нафти
При наявності підошовних вод, тобто в тому випадку, коли пластова вода підпирає поклад нафти по всій її площі стає необхідним завершувати буріння свердловин до розкриття ними водоносної частини пласта, тобто вище ВНК. Це необхідно для запобігання появи конусів обводнення, боротьба з якими дуже ускладнена (Малюнок 3).
У таких випадках нафту відтісняється від вибоїв свердловин пластової водою, що також може привести до появи ціликів нафти [1].
1 - нафта; 2 - вода; 3 - глинистий прошарок; 4 - цементна пробка; К.О. - конуси обводнення
Малюнок 3 - Схема розташування конусів обводнення при наявності підошовних вод
В межах нафтових і газових родовищ підземні води поділяються на грунтові, пластові напірні, тектонічні, пов'язані і технічні. У деяких випадках встановлені і карстові води, а в багаторічній криолитозоне - надмерзлотние, Межмерзлотние і подмерзлотние [2].
Грунтові води - це води першого від поверхні водоносного горизонту, що не має зверху суцільний покрівлі з водонепроникних порід.
В колодязях або свердловинах, доведених до грунтових вод, рівень води встановлюється на висоті, що відповідає верхній межі або вільної поверхні грунтових вод, і не піднімається вгору під напором, як у артезіанських колодязях або свердловинах.
На ділянках, де водоносний горизонт перекритий водотривкими породами, грунтові води набувають напір, який відповідає за висотою загальної поверхні грунтових вод водоносного горизонту.
Грунтові води знаходяться в безперервному русі (грунтовий потік води), а іноді рух вод відбувається досить повільно (басейн). Якщо на шляху руху грунтового потоку вод створюються умови, що перешкоджають його руху, може виникати підпір грунтових вод, тоді безнапірний горизонт грунтових вод перетворюється на деяких ділянках в напірний [2].
Міжпластові, називаються води, які не на всю потужність заповнюють водонепроникний шар, що має водотривких покрівлю та ложе.
Область харчування грунтових вод, як правило, збігається з областю їх розповсюдження.
Харчування грунтових вод відбувається шляхом фільтрації атмосферних опадів, цьому сприяє відсутність зверху постійної водоупорной покрівлі; в харчуванні беруть участь поверхневі, конденсаційні, так само пластові, карстові та інші типи підземних вод.
Карстові явища виникають в розчинних водою гірських породах і пов'язані з хімічним процесом розчинення і вилуговування вапняків, доломіту, гіпсу, ангідриту і солей (Галіт та інших).
Рух підземних вод в районах розвитку карсту відбувається по тріщинах, каверн, воронок, які перетинають породи в найрізноманітніших напрямках і утворюють досить складні по контурах водонасичені системи. В районах розвитку карсту поглинання атмосферних опадів, вод річок та інших водних потоків відбувалися досить інтенсивно, з більшою швидкістю, т. Е. Відбувається інфлюація. Карстові підземні води відносяться до типу безнапірних, а іноді - до типу напірних, вони знаходяться в тісному зв'язку з атмосферними опадами [2].
Мерзла зона літосфери, або кріолітозона, широко поширена на земній кулі. Площа, зайнята Кріолітозона, становить 24% всієї території суші земної кулі.
Води багаторічної кріолітозони підрозділяють на: подмерзлотние води, Межмерзлотние води і надмерзлотние води.
До підземних вод нафтогазових родовищ відносяться води, що заповнюють в крапельно-рідкому стані пористі, тріщинуваті і проникні гірські породи, які беруть участь в будові нафтового або газового родовища та прилеглих ділянок земної кори [2].
Водоносні горизонти розділені водонепроникними шарами.
Пластові води ділять зазвичай на:
1) Контурні (крайові);
2) Верхні контурні (верхні крайові);
5) шельфових частин материків;
6) Сторонні, чужі по відношенню до нафтового або газового покладу, води (верхні, нижні і змішані).
Контурні - води, що залягають в понижених ділянках нафтових пластів. Ці води дуже часто підпирають поклад з боку контуру нафтоносності.
Верхні контурні води зустрічаються, коли нафтоносна частина пласта виведена на поверхню (моноклинали, зруйновані склепіння антиклінальних складок). Виведені на денну поверхню нафтові пласти іноді бувають заповнені водами атмосферних опадів і поверхневими водами, вони і називаються верхніми контурними.
Підошовні води залягають у нижній частині пласта і поширені іноді по всій частини структури, включаючи і її сводовую частина.
В процесі експлуатації нафтової або газової поклади і при значних відборах нафти або газу зі свердловин, розташованих на зводі антикліналі, часто контурні води виявляються підтягнутими по підошві пласта на склепіння антикліналі.
В цьому випадку утворюються штучно створені підошовні води.
Іноді в нафтовому або газовому пласті є різної потужності пропластки, насичені тільки водою, ця вода і називається проміжною [2].
Пластові води родовищ в зонах шельфу мають специфічні властивості звичайних вод нафтогазових родовищ, розташованих на материках.
Сторонні пластові води підрозділяються на верхні, нижні і змішані.
Верхні - води, що залягають вище даного пласта, незалежно від того, з якого вищого пласта вони можуть проникнути в пласт.
Нижніми називають води, що залягають нижче даного нафтового / газового пласта, незалежно від того, з якого нижчого пласта вони можуть проникнути в пласт.
Змішаними називають води, що залягають вище даного нафтового / газового пласта і надходять в пласт з декількох водоносних пластів або з вишезалегающіх і ніжезалегающіх водоносних пластів.
Тектонічними називають ті води, які надходять по тектонічних тріщинах з різних пластів, що містять високонапірні води. Ці води іноді надходять з великих глибин і володіють великим напором; ще до розробки нафтових і газових покладів можуть відтісняти нафту і газ від тектонічних зсувів, а в процесі розробки і експлуатації в результаті створюваних депресій, вони можуть активно заводняемих нафтові і газові поклади. Тектонічні води в межах нафтогазових родовищ часто бувають приурочені тільки до тектонічних порушень і з'являються при розтині порушених свердловинами зон.
Тектонічні води іноді бувають змішаними, так як надходять з декількох горизонтів [2].
За мерe експлуaтаціі нафтові мeсторожденій сквaжіни постeпенно обводняютcя. Содeржаніе плaстовой води в cкважінной пpодукции pастёт і можeт доcтігать 95%. Тому Важливі зауваження З причин знaть, Яке влияниe окaзивает плaстовая водa нa пpоцесс видобутку нeфті і гaза.Состaв плaстових вод pазнообразен і зaвісіт від пpіроди експлуaтіруемого нафтові плaста, фізико-хімічeскіх Властивості нeфті і гaза. У плaстових водaх всегдa рaстворено некотоpое колічeство солeй. Большe всeго в водe содeржітся хлоpістих солeй (до 80-90% від общeго содеpжания солей).
Плотноcть плаcтових вод Сильний зaвісіт від мінерaлізаціі, т.e. содeржанія рaстворённих солeй. У срeднем плотноcть плаcтовой води соcтавляет 1010-1210 кг / м3.
Теплове розширення води характеризується коефіцієнтом теплового розширення (1):
З формули випливає, що коефіцієнт теплового розширення води (Е) характеризує зміну одиниці об'єму води при зміні її температури на 1 ° С. За експериментальними даними в пластових умовах він коливається в межах (18-90) × 10-5 1 / ° С. Зі збільшенням температури коефіцієнт теплового розширення зростає, з ростом пластового тиску - зменшується.
Коефіцієнт стисливості води характеризує зміну одиниці об'єму води при зміні тиску на одиницю (2):
Коефіцієнт стисливості води змінюється в пластових умовах у межах 3,7 × 10-10 - 5,0 × 10-10 Па-1. При наявності розчиненого газу він збільшується, і приблизно може розраховуватися за формулою: bвг = BВ (1 + 0,05 × S), (3.31), де S - кількість газу, розчиненого у воді, м3 / м3.
Об'ємний коефіцієнт пластової води характеризує відношення питомої обсягу води в пластових умовах до питомої обсягу води в стандартних умовах (3):
Збільшення пластового тиску сприяє зменшенню об'ємного коефіцієнта, а зростання температури - збільшення. Об'ємний коефіцієнт змінюється в межах 0,99-1,06.
В'язкість води в пластових умовах залежить, в основному, від температури і мінералізації. Від тиску в'язкість залежить слабо. Найбільшу в'язкість мають хлоркальциевого води (в 1,5-2 рази більше чистої води).
- розсоли (Q> 50 г / л);
- солоні (10 - солонуваті (1 - прісні (Q £ 1 г / л). Мінералізація пластових вод зростає з глибиною залягання пластів. За типом розчинених у воді солей розрізняють хлоркальциевого (хлоркальциевого-магнієві) і гідрокарбонатні (гідрокарбонатно-натрієві, лужні) пластові води. Тип пластової води визначається співвідношенням іонів розчинених солей: - аніонів: OH-; Cl-; SO42-; CO32-; HCO3--; - катіонів: H +; K +; Na +; NH4 +; Mg2 +; Ca2 +; Fe3 +; - іонів мікроелементів: I-; Br-; - колоїдних частинок SiO2; Fe2O3; Al2O3; - нафтенових кислот і їх солей. Постійна жорсткість або некарбонатная (ЖНК) обумовлена наявністю у воді сульфатів і хлоридів двовалентних металів (кальцію, магнію, заліза). Загальна жорсткість води визначається як сума карбонатної і некарбонатних (4): Жк. ЖНК оцінюють як суму жорсткостей всіх i-их іонів (Σgi) (6): де mvi - концентрація i-го іона в воді (мг / л); еi - еквівалент i-го іона (7). де Мi - молекулярна маса іона, n - валентність іона, Ж-о = Sgi. Тип природної води характеризується в залежності від вмісту двовалентних катіонів: - дуже м'яка вода - до 1,5 мг-екв. / л; - м'яка вода - 1,5-3,0 мг-екв. / л; - помірно жорстка вода - 3,0-6,0 мг-екв. / л; - жорстка вода - більше 6 мг-екв. / л. Тимчасову (карбонатну) жорсткість можна усунути термічним методом (тривалим кип'ятінням) або хімічним методом - додаванням гідроксиду кальцію Са (ОН) 2. В обох випадках випадає в осад карбонат кальцію СаСО3. Постійну жорсткість усувають хімічним способом за допомогою додавання соди або лугу. де Сп + - концентрація іонів водню. Залежно від рН розрізняють наступні типи води: Вода, перебуваючи в контакті з нафтою, частково в ній розчиняється. Коефіцієнт розчинності нафти в воді залежить від наявності у воді полярних складових. Чим легше нафту, тим менше в ній розчинено води. Нафти парафіну та підстави містять мало води. З ростом в нафти змісту ароматичних вуглеводнів і гетероатомних з'єднань, розчинність води в нафти зростає. За рахунок розчинення води в нафти відбуваються зміни в зоні водонефтяного контакту. Чіткої межі вода-нафта не існує. За рахунок розчинення води утворюється т.зв. "Перехідна зона", величина якої залежить від полярності нафти [3].Схожі статті