2. ФОРМИРОВАНИЕ СОСТАВА ПОПУТНО ДОБЫВАЕМЫХ ВОД, ПРИ РНМ Дисциплина «Эксплуатация скважин в осложненных условиях» (БГР)

Первоначально для заводнения использовали пресные воды. При этом в пласте протекают сложные гидродинамические процессы взаимодействия закачиваемой воды с породой пласта и насыщающими ее жидкостями, способствующие увеличению сульфат насти, изменению степени минерализации и физических свойств. Основными компонентами пластовых вод являются ионы: основные - Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Cl -, SО 4 2-, HCO - 3, иногда Ba 2+, Fe 2+, Fe 3+, Sr 2+, NH + 4,NO - 3, Br -,I -,Li - и другие. Пластовые воды отличаются количеством, содержанием ионов которые изменяются по месторождениям, а на одном и том же месторождении по стратиграфическим горизонтам. При формировании состава попутно добываемых вод с последующим образованием гипса можно выделить следующие последовательно протекающие процессы: внутрипластовые геолого-физические изменения, приводящие к обогащению попутно-добываемых вод сульфатными ионами; смешение вод повышенной сульфат насти в пласте и стволе скважины с пластовыми водами хлоркальциевого типа, приводящее обогащению попутно-добываемых вод сульфатом калия; нарушение сульфатного равновесия в попутно добываемой воде, приводящее к кристаллизации и образованию отложений гипса.

Процессы выщелачивания сульфатсодержащих пород пласта происходят при воздействии на породы пресной воды и водных растворов электролитов. В этом смысле взаимодействие веществ идет очень медленно. Наряду с растворением минералов и горных пород происходят обменные реакции между ними и солевыми растворами. Поверхность минеральных зерен в результате взаимодействия с растворами изменяет свой химический состав и физико-химические свойства, образуя новые химические соединения, переходящие в закачиваемую в пласт воду. Предполагается, что за длительный период заводнения пластов (25…50 лет), возможен переход в раствор значительной массы породы и увеличения содержания ионов SO 4 2- в попутно-добываемой воде. Анион SO 4 2- имеет максимальную, по сравнению с остальными ионами, энергию связи. Его десорбция с поверхности пород происходит при значительном опреснении воды. Считается, что одновременное увеличение содержания ионов SO 4 2- может происходить и за счет окисления рассеянного во вмещающих породах пирита кислородом, растворенным в закачиваемых водах. Чем меньше минерализация исходящей воды, тем интенсивнее протекает процесс обогащения вод сульфат ионами. Действие кислорода на пирит в присутствии воды идет по реакции 2FeS 2 +7O 2 +16H 2 O=2FeSO 4 7H 2 O+2H 2 SO 4 где FeSO 4 7H 2 O – железный купорос. Образованная при окислении пирита свободная серная кислота воздействует на присутствующие в цементной части песчаников и алевролитов карбонаты, способствуя образованию гипса: CaCO 3 +H 2 SO 4 +H 2 O=CaSO 4 H 2 O+CO 2

Необходимыми условиями образования кристаллов гипса является увеличение концентрации ионов SO 4 2- и наличие пластовых вод хлоркальциевого типа. Для формирования попутно добываемых вод, обогащенных сульфатом кальция достаточно смешения вод такого состава, которое может происходить в пласте, ПЗП и в скважине. Смешение вод в пласте возможно лишь в наиболее крупных его элементах – трещинах. В поровом коллекторе условий для перемешивания вод разного состава практически нет, поэтому в нем отложений солей, способных существенно повлиять на основные показатели РНМ, не происходит. Такие условия создаются лишь в ПЗП. участков негерметичности ОК. На увеличение концентрации сульфата Ca значительное влияние оказывает состав закачиваемых пресных вод. Иногда для ППД используются пресные жесткие воды с повышенным начальным содержанием сульфатов. В результате смешения таких вод с пластовыми водами хлоркальциевого типа попутно добываемые воды на забое оказываются перенасыщенными гипсом. Кроме того, для закачки часто и используются промысловые сточные воды с повышенным начальным содержанием сульфатных ионов за счет кислот, деэмульгаторов и сульфатсодержащих реагентов, применяемых для добычи нефти и увеличения нефтеотдачи пластов. Обогащение опресненных попутно добываемых вод сульфатом кальция может происходить при негерметичной эксплуатационной колонне. Так, сульфатная вода пермских отложений с большой концентрацией ионов SO 4 2- по порывам в верхней части обсадной колонны или по трещинам в цементном кольце может попадать в скважину. Увеличение концентрации ионов кальция в воде может кратковременно проявляться при глушении скважин жидкостями, содержащими CaCl 2.

Обогащение попутно добываемых вод сульфитом калия будет происходить до предельной насыщенности. Дополнительное увеличение ионов Ca 2+ или SO 4 2- приведет к нарушению сульфатного равновесия и возникновению процесса кристаллизации гипса из перенасыщенных попутно добываемых вод оценивается коэффициентом насыщенности (φ), под которым понимают отношение фактической концентрации добываемой воды гипсом к равновесной. При добыче попутных вод на равновесную концентрацию сульфата кальция влияют термодинамические условия в ПЗП и скважине. Установлено, что с увеличением температуры резко сокращается время начала выпадения гипса из раствора. Наиболее существенно снижение давления в скважине сказывается на карбонатном равновесии и кристаллизации кальцита. Растворимость кальцита (CaCO 3 )в дистиллированной воде в 40 раз меньше растворимости СaSO 4. Основными факторами, влияющими на интенсивность отложений CaCO 3,, являются: повышение температуры - с ростом температуры, растворимость уменьшается; снижение содержания CO 2 в пластовых или сточных водах – при растворении кальцита в воде образуется хорошо растворимый бикарбонат кальция Ca(HCO 3 ) 2 CO 2 + H 2 O + CaCO 3 = Ca(HCO 3 ) 2. увеличение pH пластовых или сточных вод – в кислой среде растворимость CaCO 3 значительно выше, чем в щелочной. смешение несовместных вод.

При добыче нефти в составе отложения встречаются также и карбонат MgCO 3 (магнезит). Магнезит обладает большей растворимостью в пресной воде (в 4 раза), чем CaCO 3. Как правило, воды содержат ионы Mg 2+, но, одновременно, имеют в своем составе и ионы Са 2+. Поэтому, при возникновении условий, нарушающих равновесие веществ в воде, сначала выпадает CaCO 3, а затем MgCO 3. Хлорид натрия NaCI (галит) – основной солевой компонент практически всех пластовых и сточных вод. Растворимость галита в дистиллированной воде составляет 363 г/л и существенно увеличивается с ростом температуры причина выпадения из попутной воды – понижения температуры и давления, приводящих к перенасыщению вод солью. Отложения NaCI при добыче нефти встречаются в пластах, где залежи нефти контактируют с высоко минерализованными рассолами (Белоруссия, Иркутская обл., Алжир). Отложения NaCI наиболее характерны для газовых месторождений.