Содержание водородных ионов в воде определяется показателем концентрации водородных ионов (рН), которое равно отрицательному логарифму концентрации ионов водорода:
, (5.5)
где Сн+ – концентрация ионов водорода.
В зависимости от величины рН воды подразделяются на следующие:
· нейтральные (рН = 7);
· щелочные (pH > 7);
· кислые (pН < 7).
Показатель рН характеризует активную часть ионов водорода, которая образовалась в результате диссоциации молекул воды.
Рассмотрим пример. Пользуясь данными ионного произведения воды (Kb), при различных температурах (табл. 5.1), рассчитать реакцию пластовой воды при температуре 33 °С.
Таблица 5.1
Величины ионного произведения воды при различных температурах
| t,ºC | Kb·10–14 | t,ºC | Kb·10–14 | t,ºC | Kb·10–14 | t,ºC | Kb·10–14 |
| 0 | 0,112 | 25 | 1,01 | 60 | 9,61 | 150 | 234 |
| 5 | 0,186 | 30 | 1,47 | 70 | 21,0 | 165 | 315 |
| 10 | 0,293 | 35 | 2,09 | 80 | 35,0 | 200 | 485 |
| 15 | 0,452 | 40 | 2,92 | 90 | 53,0 | 250 | 550 |
| 18 | 0,570 | 45 | 4,02 | 100 | 59,0 | ||
| 20 | 0,680 | 50 | 5,47 | 122 | 120,0 |
Решение. Находим ионное произведение (Kb) для температуры 33 °С:
Оценим концентрацию ионов водорода:
.
Рассчитаем показатель ионов водорода (pH), характеризующий реакцию воды:
Величина рН немного меньше 7, значит реакция пластовой воды слабокислая.
Поскольку константа диссоциации воды зависит от температуры и давления, то эти параметры влияют на величину рН. С возрастанием температуры рН уменьшается и это обстоятельство необходимо учитывать при закачке воды в пласт.
Физические свойства пластовых вод
Наиболее важными для промысловой практики являются следующие свойства пластовых вод.
Плотность
Плотность пластовых вод сильно зависит от минерализации, то есть содержания растворённых в ней солей. В среднем плотность пластовых вод изменяется в диапазоне 1010–1210 кг/м3.
Однако встречаются и исключения, например плотность пластовых вод может достигать величины 1450 кг/м3.
Пластовые воды месторождений нефти Томской области имеют небольшую плотность, они – слабоминерализованы. Величины их изменяется в интервале:
для мезозойских залежей 1007–1014 кг/м3;
для палеозойских 1014–1048 кг/м3;
для сеноманского горизонта 1010–1012 кг/м3.
Вязкость
Вязкость воды в пластовых условиях зависит от температуры и минерализации. С возрастанием минерализации пластовых вод вязкость их возрастает.
Наибольшую вязкость имеют воды хлоркальциевого типа воды. Вязкость их приблизительно в 1,5–2 раза больше вязкости чистой воды (рис. 5.2). С возрастанием температуры вязкость пластовых вод уменьшается. Влияние давления на величину вязкости пластовых вод проявляется двояко.
Рис. 5.2. Зависимости вязкости различного типа вод от температуры по В. И. Сергеевич и
Т. П. Жузе :
1 – вода Каспийского моря при 29,4 Мн/м2;
2,3 – хлоркальциевый тип воды
Туймазинского месторождения при 19,6 Мн/м2 и 29,4 Мн/м2;
4 – чистая вода при 29,4 Мн/м2
В области низких температур (0–32 оС) с возрастанием давления вязкость уменьшается, а в области температур выше 32 оС возрастает.
Сжимаемость
Коэффициент сжимаемости пластовой воды характеризует изменение единицы объёма воды при изменении давления на единицу:
. (5.6)
Вода – слабосжимаемая система. Коэффициент сжимаемости воды изменяется для пластовых условий от 3,7×10–10 Па–1 до 5,0×10–10 Па–1.
При наличии растворённого газа величина коэффициента сжимаемости пластовой воды увеличивается. Коэффициент сжимаемости воды, насыщенной газом (bвг) можно приближённо оценивать по формуле
bвг = bв (1 + 0,05×Г), (5.7)
где bв – коэффициент сжимаемости чистой воды, Па–1.
Г – количество газа, растворённого в воде, м3/м3.
Объёмный коэффициент
Объёмный коэффициент пластовой воды характеризует отношение удельного объёма воды в пластовых условиях к удельному объёму воды в стандартных условиях:
bвода пл = Vпл /Vс.у . (5.8)
Увеличение пластового давления способствует уменьшению объёмного коэффициента, а рост температуры – увеличению. Объёмный коэффициент изменяется в пределах 0,99–1,06.
Рассмотрим пример. Пластовое давление (Рпл) равно 35 МПа, пластовая температура (Тпл) равна 120 °С.
Определить объёмный коэффициент пластовой воды, которая содержит 6 % солей.
Решение. Объёмный коэффициент пластовой воды (bпл) равен объёмному коэффициенту дегазируемой воды (bдег) в пластовых условиях с учетом поправок на содержание газа и минеральных солей.
Пользуясь зависимостями, представленными на рис. 5.3, определим объёмный коэффициент для дегазированной воды (bдег) в пластовых условиях:
bдег = f (Рпл, Тпл) = 1,042 (м3/м3).
Объёмный коэффициент воды насыщенный газом (bг), также находим из зависимостей рис. 5.3:
bг = f (Рпл, Тпл) = 1,052 (м3/м3).
Влияние растворенного в воде газа оцениваем по формуле (2.37):
aпл = aпр·(1 – k·М), aпл = 3,8·(1 – 0,033·6) = 3,05 м3/м3.
Величину поправочного коэффициента на минерализацию (k), в зависимости от температуры находим по табл. 2.5. Она равна 0,033.
Рис. 5.3. Зависимость объёмного коэффициента пластовой воды от давления и температуры: 1 – вода, насыщенная растворённым газом; 2 – чистая вода
Объёмный коэффициент пластовой воды равен
b = bг + (bг – bдег)·aпл/aпp = 1,052 + (1,052 – 1,042)·3,05/3,8 = 1,05 (м3/м3).
Тепловые свойства
Тепловое расширение воды характеризуется коэффициентом теплового расширения:
. (5.9)
Из формулы (5.9) следует, что коэффициент теплового расширения воды (Е) характеризует изменение единицы объёма воды (∆V) при изменении её температуры (∆T) на 1 °С (К).
На основании экспериментальных данных известно, что в пластовых условиях величина теплового расширения воды колеблется в пределах (18–90)×10–5 [1/°С]. С увеличением температуры коэффициент теплового расширения возрастает, с ростом пластового давления – уменьшается.
Электропроводность
Электропроводность пластовых вод имеет широкое применение. Соли пластовых вод – электролиты. Электролитом называются химические соединения, которые при взаимодействии с растворителем полностью или частично диссоциируют на ионы.
Электрические свойства пластовых вод имеют ионную природу. Пластовая вода проявляет электрические свойства.
Удельная электропроводность (χ) характеризует количество электричества, которое протекает в 1 с через 1 см2 поперечного сечения раствора электролита (S) при градиенте электрического поля (R/L) в 1 в на 1 см длины.
Удельная электропроводность обратно пропорционально связана с удельным сопротивлением раствора (ρ):
χ = L/(RS), χ =1/ρ, (5.10)
где R – сопротивление раствора электролита, Ом;
L – расстояние между электродами, м;
S – поперечное течение сосуда, в котором находится раствор
электролита, м2.
Удельная электропроводность измеряется в (Ом·м)–1, (Ом·см)–1.
С увеличением минерализации пластовой воды удельная электропроводность её растёт. Удельная электропроводность (Ом·м)-1 изменяется в диапазонах для:
· дистиллированной воды = 10–3–10–4;
· речной воды = 10–1–10–2;
· пластовой воды = 10–1–1; морской воды = 3–4;
· воды с содержанием 5 % NaCl = 6,6;
· воды с содержанием 20 % NaCl = 20;
· нефтей = 0,5·10–7–0,5·10–6;
· газоконденсатов = 10–10–10–16.
Дата: 2018-12-21, просмотров: 278.
