Показатель концентрации водородных ионов

 

Содержание водородных ионов в воде определяется показателем концентрации водородных ионов (рН), которое равно отрицательному логарифму концентрации ионов водорода:

 

,                                             (5.5)

где С_н+ – 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, º C	Kb·10–14	t, º C	Kb·10–14	t, º C	Kb·10–14	t, º C	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 (b_вг) можно приближённо оценивать по формуле

b_вг = b_в (1 + 0, 05× Г),                             (5.7)

    где b_в – 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:

 

b_{вода пл} = V_пл /V_с.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 (Р_пл) равно 35 МПа, пластовая температура (Т_пл) равна 120 °С.

Определить объёмный коэффициент пластовой воды, которая содержит 6 % солей.

Решение. Объёмный коэффициент пластовой воды (b_пл) равен объёмному коэффициенту дегазируемой воды (b_дег) 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 (b_дег) в пластовых условиях:

b_дег = f (Р_пл, Т_пл) = 1, 042 (м³/м³).

Объёмный коэффициент воды насыщенный газом (b_г), также находим из зависимостей рис. 5.3:

b_г = f (Р_пл, Т_пл) = 1, 052 (м³/м³).

Влияние растворенного в воде газа оцениваем по формуле (2.37):

a_пл = a_пр·(1 – k·М),   a_пл = 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 = b_г + (b_г – b_дег)·a_пл/a_пp = 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.

     

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: