Класифікація вод нафтових і газових родовищ

Для оцінки вод нафтових i газових родовищ дуже часто застосовують промислову класифікацію нафтових вод Ч.Пальмера (її використовують американські нафтовики). В основу класифікації Ч. Пальмера покладені так звані характеристики Пальмера, які характеризують у водах вміст певних солей. Ч.Пальмер також використовує принцип Фрезечіуса, який твердить, що іони, які розчинені у воді реагують між собою згідно своєї хімічної активності, тобто, якщо ми розмістимо аніони i катіони за порядком зменшення їх активності, то будемо мати:

Якщо ми будемо мати ці іони у водному розчині, то перш за все, сильні аніони будуть взаємодіяти (з’єднуватись) з сильними катіонами, а їх надлишок (якщо він утворюється) буде взаємодіяти з менш сильними катіонами або аніонами.

Ч.Пальмер виділяє 6 основних сольових характеристик – три солоності – S₁, S₂, S₃ i три лужності – А₁, А₂, А₃.

S₁ – об’єднує солі сильних основ і це:

Cl – Na і SO₄ – Na – NaCl, Na₂SO₄.

S₂ – об’єднує солі сильних кислот i лужноземельних металів (Са²⁺ i Mg²⁺) це:

SO₄ – Ca, Mg – caso₄, MgSO₄,

Cl – Ca, Mg – CaCl₂, MgCl₂,

їх наявність у воді визначає її сталу твердість.

S₃ – третя солоність – коли після сполучення з , а потім з , залишається надлишок аніонів сильних кислот (), то вони будуть з’єднуватись з катіонами слабих основ – це , буде утворюватись сіль – FеSО₄, Fе₂(SО₄)₃ і навіть Н₂SО₄ – сірчана кислота, (pH<7) кисле середовище.

Лужність А₁ – це солі сильних лужних металів i слабких кислот. Так при наявності соди (NaHCO₃) в природній воді вона буде мати лужне середовище (pН>7). Якщо у воді присутні солі, які дають А₁, у воді не можуть бути присутні солі, що дають S₂ і тому води, які мають А₁ – м’які, вони добре розчиняють органічні речовини (відносно), солі жирних кислот (мила), мають добрі нафтовiдмиваючi властивості.

А₂ – друга лужність – це солі лужноземельних металів () i слабких кислот, – Са(НСО₃)₂, Mg(HCO₃)₂, переважно вони характеризують наявність у воді тимчасової твердості, яка ліквідовується при кип’ятінні води.

А₃ – третя лужність – це солі катіонів слабких основ i аніонів слабких кислот – FеСО₃, або Аl(HCO₃)₃.

Сольові характеристики Пальмера розраховуються у %-екв формі, виходячи з того, що нафтові води мають підвищену мінералізацію і солі існують в таких природних розчинах у молекулярній формі.

До прісних вод, які вміщують солі, що дисоціюють на іони, визначення сольових характеристик не доцільно.

Характеристики Пальмера можна розрахувати, або визначити графічно за допомогою графічних зображень (графіка Роджерса).Слід відмітити, що графічний метод зображення складу вод досить поширено використовується для наочного порівняння різних за складом воді для представлення їх на картах і розрізах.

Графік Роджерса (рис. 3.1) складається з трьох прямокутників. У крайніх прямокутниках розміщений за порядком зменшення хімічної активності відповідно аніони і катіони. Повна висота кожного з цих прямокутників відповідає 50%-екв. У середньому прямокутнику показані характеристики Пальмера, його висота відповідає 100%-екв. Графік Роджерса відображає склад вод у процент-еквівалентній формі і дозволяє швидко визначити характеристики Пальмера.

Рисунок 3.1 - Графік Роджерса

Згідно визначених характеристик визначають клас води за Пальмером. Він виділяє 5 класів води за наявністю певних характеристик, причому 2 класи не мають практичного значення:

1-й клас ; А₁>0 – лужні води;

2-й клас ; А₁=0; S₂, S₃=0 –

не мають практичного значення;

3-й клас ; S₂>0 тверді води;

4-й клас ;

не мають практичного значення;

5-й клас ; S₃>0 –

кислі води.

Таким чином, класифікація Пальмера за наявністю певних сольових характеристик дозволяє визначити хiмiчнi властивості вод нафтових i газових родовищ.

1-й клас – лужні, добре вимивають нафту з колектора.

3-й клас – тверді, погано розчиняють органічні

речовини, мають низькі нафтовідмиваючі

властивості.

5-й клас – кислі води, які не характерні для родовищ

ВВ.

Графік-круг Толстихина також призначений для зображення складу окремих проб води у процент-еквівалентах (рис. 3.2). Мінералізація води за звичай відповідає радіусу кола, який обирається у певному масштабі. Цей графік є зручним для нанесення аналізів одиничних проб води на карту. За допомогою графіка-круга також зображають склад розчинених і вільних газів.

Рисунок 3.2 - Графік-круг Толстихіна.

Метод (узорів), який запропонував Стіффі, полягає в тому що головні іони (у міліграм-еквівалентній формі) відкладаються у певному масштабі, як відрізки від одної загальної вісі. Кінці відрізків, з’єднані ломаною лінією утворюючи узор.(рис 3.3).

Рисунок 3.3 - Графік-узор Стіффа

Люба гідрохімічна карта уявляє собою графічне зображення хімічного складу вод.

Класифікація нафтових вод В. А. Сулiна дуже розповсюджена на підприємствах України i країн СНД (нафтогазових). Класифікацію В.А. Сулiна називають генетичною класифікацією. В її основу В.А. Сулiн поклав принцип, згідно якоговода, що формується у певній природний обстановці, буде вміщувати у своєму складі специфічні компоненти, які утворюються у воді внаслідок процесів взаємодії води з породами, або взаємодії води різного генезису між собою. Такими специфічними компонентами будуть:

HCO₃ – Na; ; .

Наявність у воді одного з них, хоча в самих невеликих кількостях (навіть, коли цей компонент не домінує) дозволяє віднести досліджену воду до певного генетичного типу, який буде формуватися в певній природній обстановці.

За наявністю специфічного компоненту В. А.Сулiн всі природні води ділить на 4 генетичні типи за назвою специфічного компоненту (табл.3.1). Кожний тип, в свою чергу, поділяється на три групи а кожна група включає три підгрупи за ознакою переважаючого того або іншого відповідно аніона і катіона. В основу класифікації Суліна покладені три основні коефіцієнти, відображені у процент-еквівалентні формулі:

Таблиця 3. 1 Класифікація вод за В.А. Суліним

Тип води
Гідрокарбонатно-натрієвий	>1	>1	_
Сульфатно-натрієвий	>1	<1	_
Хлоридно-магнієвий	<1	_	<1
Хлоридно-кальцієвий	<1	_	>1

В.А. Сулін назвав виділені типи вод „генетичними”, тому що за складом вони наближено відповідають основним природнім умовам формування і знаходження вод в надрах.

Практика користування класифікацією В.А. Суліна показала, що при незначних відхиленнях величин коефіцієнтів від одиниці, в зонах переходу від одного типу до іншого, води не обхідно відносити до перехідних типів.

За переважаючим катіоном групи поділяються на підгрупи: натрієву, магнієву і кальцієву. Але слід зауважити, що підгрупа виділяється тільки в тому випадку якщо переважаючий катіон дає основну сольову масу з переважаючим аніоном.

В основу класифікації В.А. Суліним, як відмічалося раніше, покладена ідея про можливість визначення походження і обставин існування води за їх хімічним складом. Кожний тип води відповідає певній природній обстановці його формування. Таких природних обстановок В.А. Сулiн виділяє три:

1) континентальна;

2) морська;

3) глибинна.

Континентальна – коли на континенті в умовах інтенсивного водообміну i значної рухливості підземних вод іде процес вилуговування солей із водорозчинного сольового комплексу вміщуючих порід. Для вмiщаючих порід буде характерна наявність гіпсових сполук – СаSO₄ i під час такого вилуговування вода буде збагачуватись СаSO₄. Підвищена концентрація у воді дозволяє міняти його на катіони i, перш за все, на поглинаючого комплексу глинистих порід, які адсорбують на своїй поверхні катіони. Реакція буде проходити за схемою:

i у воді буде з’являтися сіль NaSO₄. Тип води сульфатно-натрієва. В умовах континенту, коли формуються умови утрудненого водообміну i рухливість води, зануреної на глибину в колекторі значно зменшується. У таких умовах починається процес вилуговування водою натрієвих польових шпатів i вода збагачується „содовим компонентом” – NaHCO₃ (продукт розкладу польових шпатів) i тип води стає гідрокарбонатно-натрієвим. Така обстановка сприяє формуванню i збереженню покладів ВВ.

Для морської обстановки характерна наявність сульфатно-натрієвої води (наявність Na₂SО₄). Умови морського середовища не сприяють формуванню покладів ВВ.

Глибинна обстановка – коли водоносні горизонти занурюються на значну глибину i попадають в умови дуже утрудненого водообміну, де зв’язок з поверхневими водами не відбувається, домінують умови підвищених тисків і температур. Рух води дуже утруднений. Води в пластах майже застійні. Формується „гідрогеологічно закрита структура". В таких умовах підвищеного Р_пл i t_пл буде відбуватися концентрування підземних вод (підземне випаровування) і у воді будуть накопичуватись легко розчинені солі – NаСl. Зростання у воді концентрації Nа⁺² дозволяє його обмінювати на Са⁺² поглинаючого комплексу порід за схемою:

У воді з’являється СаCl₂ – тип води хлоридно – кальцієвий. Таким чином, нявність хлоридно – кальцієвого типу води буде вказувати на глибинну обстановку з умовами дуже утрудненого водообміну, що сприяє формуванню і збереженню покладів ВВ. Таким чином, за наявністю специфічних компонентів В. А.Сулiн визначає природну обстановку знаходження води i умови, що сприяють формуванню i збереженню покладів ВВ.

Наявність води гідрокарбонатно - натрієвого типу свідчить про утруднений водообмін, а наявність води хлоридно – кальцієвого типу про дуже утруднений водообмін.

Але треба пам’ятати, що специфічні компоненти визначають природну обстановку за їх наявністю i не обов’язково за їх домінуванням. В.А. Сулiн вважає, що для характеристики підземних вод велике значення має вміст в них розчинених газів, мікрокомпонентів і що їх вміст залежить від сольового складу підземних вод. Тому вони не можуть бути основою для співставлення підземних вод.

За В. А. Суліним кожний тип води в свою чергу поділяється на три групи, а кожна група включає три підгрупи, за ознакою домінування того або іншого відповідно аніону або катіону. Так у кожному генетичному типі він виділяє групи підземних вод за домінуючим аніоном:

х 4=12 груп,

а за домінуючим катіоном підгрупи:

х 12=36 підгруп,

Таким чином, своєю класифікацією він зв’язав хімічний склад води з геолого-генетичними умовами її існування і історією геологічного розвитку.

Дата добавления: 2014-10-31