Физические свойства пластовых вод

Плотность воды зависит от минерализации: чем выше минерали­зация воды, тем больше ее плотность.

Удельный объем воды — это объем, который занимает 1 кг воды. В стандартных условиях удельный объем неминерализованной воды равен 0,9972 дм³. С ростом давления объем воды уменьшается, а при повышении температуры — увеличивается.

Объемный коэффициент воды зависит от давления, температуры, степени минерализации воды и количества растворенного в ней газа.

Коэффициент сжимаемости для воды колеблется от 0,004 до 0,005%.

Вязкость воды в пластовых условиях изменяется от 0,03 до 0,18 Па•с. С повышением температуры она уменьшается. Изменения давления и степени минерализации почти не оказывают влияния на вязкость.

- 141 -

При разработке нефтяных месторождений необходимо знать ве­личину относительной вязкости — отношения вязкости нефти к вяз­кости воды. Чем меньше это отношение, тем легче осуществляется вытеснение нефти водой и достигается больший процент извлече­ния нефти.

Поверхностное натяжение пластовой минерализованной воды на границе с воздухом равно 0,07...0,08 Н/м. Величина поверхностного натяжения влияет на вымывающие способности воды: при меньшем поверхностном натяжении вода полнее вытесняет нефть из пласта.

Промысловая классификация подземных вод

В промысловой практике пластовой водой принято называть только ту воду, которая залегает в одном и том же пласте с нефтью или газом. Воды, принадлежащие водоносным пластам, не содержа­щим нефть, или другим нефтегазоносным пластам, называют чуж­дыми, или посторонними, по отношению к данному нефтяному или газовому пласту (табл. 5).

Связанная вода содержится в нефтяной или газовой части всяко­го пласта. Она является водой неподвижной и представлена моно­слоем прочносвязанной и полислоями рыхлосвязанной воды, адсор­бированной на поверхности частиц породы.

Подвижная вода — это вода в углах пор, вода капиллярно- удержанная и капельная. Содержание в породе связанной воды ха­рактеризуется коэффициентом К_В.СВ, равным отношению объема пор, занятых связанной водой, ко всему объему пор, а содержание подвижной воды — коэффициентом К_В.ПОДВ В сумме они составля­ют коэффициент остаточной воды насыщенности К_В.О В зоне пре­дельного нефтигазонасыщения К_В.О = К_В.СВ наличие подвижной воды наряду со связанной характерно для переходных зон с неполным нефтигазонасышением. Сказанное выше относится к наиболее рас­пространенному гидрофильному коллектору, поверхность которого покрыта пленкой связанной воды. В полностью гидрофобном кол­лекторе связанная вода отсутствует.

Таблица 5

Промысловая классификация подземных вод

Пластовая вода	Посторонняя (чуждая) вода
в продуктивной части пласта	в водоносной части пласта
1. Связанная 2. Подвижная	1. Законтурная, или краевая 2. Подошвенная 3. Конденсационная	Верхняя Нижняя 1. Тектоническая 2. Технологическая 3. Техническая

- 142 -

Законтурная (краевая) вода подпирает пластовую нефтяную или газовую залежь. Подошвенная вода подпирает массивную нефтяную или газовую залежь. Она может быть и в пластовых залежах при за­полнении нефтяного пласта не на всю мощность.

Конденсационная вода образуется за счет конденсации водных паров.

Верхняя вода залегает в пластах, расположенных выше продук­тивной части месторождения. При проникновении в продуктивный пласт она будет для него верхней посторонней водой. Нижняя вода залегает в пластах, расположенных ниже продуктивных горизонтов. При проникновении в продуктивный пласт ее определяют как ниж­нюю посторонней воду.

Тектоническая вода проникает в нефтяной пласт по тектониче­ским трещинам.

Технологическая вода закачивается в пласт при искусственном заводнении, согласно технологическому процессу разработки за­лежей.

Техническая вода — фильтрат промывочной жидкости, проник­шей в пласт в процессе вскрытия его добывающими или разведоч­ными скважинами. Появление в пласте технической воды весьма не­желательно, так как в результате этого значительно снижается про­дуктивность скважин, особенно газовых.

4.1.6. Нефть как источник загрязнения окружающей среды

Современный период развития мировой экономики связан с ин­тенсификацией производства, увеличением объемов используемых природных ресурсов и поступлением во все возрастающих масшта­бах вредных веществ в биосферу. Научно-техническая революция обостряет проблемы природопользования.

Практически вся производственная деятельность человека ока­зывает воздействие на природу. В результате в окружающей среде происходят количественные и качественные изменения, из которых негативные можно условно подразделить на две категории: наруше­ния и загрязнения.

Загрязнение — это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, информационных или биологических агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня (в пределах его крайних колебаний) концентрации перечисленных агентов в среде, нередко приводящее к негативным последствиям. Кроме того, загрязнение приводит к увеличению концентрации фи­зических, химических, информационных и биологических агентов сверх недавно наблюдавшегося количества (например, помутнение речных вод после дождя). Под антропогенным загрязнением пони-

- 143 –

маются такие изменения природной среды, которые происходят при решающей роли вредных веществ и энергии, выделяемых главным образом производственными предприятиями.

Под нарушением понимаются изменения, происходящие при ре­шающей роли иных факторов деятельности человека,

В наиболее общем виде загрязнение — это все то, что не в том ме­сте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для при­роды, что выводит ее системы из состояния равновесия, отличает­ся от обычно наблюдаемой нормы и (или) нежелательно для чело­века. Загрязнение может быть вызвано любым агентом, в том чис­ле самым «чистым» (например, лишняя по отношению к природной норме вода в экосистеме суши — загрязнитель). В кибернетическом смысле загрязнение — это временный или постоянный шум, увели­чивающий энтропию системы. Загрязнение может возникать в ре­зультате естественных причин (загрязнение природное) и под вли­янием деятельности человека (загрязнение антропогенное, кото­рое обычно и имеется в виду при обсуждении проблем загрязнения). Уровень загрязнения контролируется величинами ПДК и другими нормативами.

Нефтяная промышленность является одной из основных отрас­лей. ответственных за загрязнение окружающей среды. На всем пути от скважины до потребителя нефть и нефтепродукты — потенциаль­ные загрязнители. Выбрасываемые в атмосферу газы, образующие­ся в результате сгорания нефтепродуктов в топках и различных дви­гателях, значительно увеличивают общую концентрацию вредных веществ в воздухе. Кроме того, атмосфера загрязняется в результате испарения нефти и нефтепродуктов и выброса паров в резервуарных парках, при перевозках и т.д.

Особенно большую опасность представляет загрязнение нефтью грунтовых вод и водоемов в результате сброса в пласты, реки, озера и море неочищенных промысловых сточных вод. В связи с этим большой интерес представляет рассмотрение опыта предотвраще­ния загрязнения вод при добыче, сборе и промысловом транспорте и хранении нефти, как у нас, так и за рубежом.

Основными типами антропогенных воздействий на природу, из­менение природы под их влиянием, являются:

• нефтяное загрязнение окружающей среды вследствие несовер­шенства технологии, аварийных разливов и несоблюдение природо­охранных требований;

• загрязнение атмосферы при сгорании газа в факелах и потери через негерметичное оборудование в районе компрессорной стан­ции, при авариях на газа и нефтепроводах;

загрязнение природной среды промышленными и бытовыми отходами;

- 144 –

• развитие отрицательных физико-геологических процессов в зоне строительства и эксплуатации объектов (изменение поверх­ностного стока, заболачивание, подтопление, развитие оврагов, оползней, эрозии, активизация криогенных процессов на участках распространения многолетнемерзлых пород, засоление выходом се­номанских вод);

• значительное изъятие земель и изменение баланса земельного фонда за счет сельскохозяйственных и лесохозяйственных предпри­ятий.

И как следствие от вышеотмеченных воздействий на природу:

• сокращение площадей пастбищ и, соответственно, поголовья скота;

• сокращение ареалов редких видов растений, площадей, заня­тых ягодниками, лекарственными растениями и другими ценными видами флоры;

• нарушение лесов и нерациональный расход древесины при об­устройстве передвижных поселков, временных дорог, промплоща- докидр.;

• сокращение рыбных запасов вследствие загрязнения поверх­ностных вод, нарушения гидрологического режима при строитель­стве и эксплуатации месторождений;

• сокращение численности видов диких животных из-за брако­ньерства и перераспределения мест обитания основных видов и т.д.

Вещества, выбрасываемые в атмосферу при добыче нефти, отно­сятся к 1—4 классу опасности.

Сернистый ангидрит (SO,) оказывает общее токсическое воздей­ствие, нарушает углеводный и белковый обмены. Газ относится к 3 классу опасности, ПДК — 10 мг/м³. Токсичность резко возрастает при одновременном воздействии с сероводородом, окисью углеро­да, аммиака и окислами азота. Действует «эффект суммации» вред­ных веществ.

Окись углерода относится к 4 классу опасности, ПДК в возду­хе рабочей зоны 20 мг/м, для населенных мест — 3,0 мг/м. Выделя­ется в атмосферу при сжигании газа на факелах и в дымовых трубах котельных.

Окись азота NO — бесцветный газ, быстро окисляется до NO,— двуокиси азота. N₀ — кровяной яд, оказывает прямое действие на цен­тральную нервную систему. Относится ко 2 классу опасности, ПДК рабочей зоны 5 мг/м³, населенных мест 0,085 мг/м³. Выделяется при работе котельных и сжигания газа на факелах.

Двуокись азота N0, вызывает раздражающее действие на легкие. Относится ко 2 классу опасности, ПДК населенных мест — 0,085 мг/м³.

Углеводороды (легкая фракция нефти) вызывают острые и хро­нические отравления при концентрации 0,005—0.010 мг/м³. Отно-

- 145 -

сится к 4 классу опасности, ПДК населенных пунктов для бензи­на — 5,0 мг/м³.

В больших количествах углеводороды выбрасываются в атмосфе­ру при эксплуатации резервуаров. Все неорганизованные источники выбросов при сборе, транспорте, подготовке и хранении нефти вы­деляют в атмосферу углеводороды.

Сажа обладает хорошей летучестью, долго держится» воздухе, об­разует устойчивое облако в местах выделения (ПДК — 0,15 мг/м³). Содержит в своем составе канцерогенные 3, 4-бензипрен и другие полициклические ароматические углеводороды, токсичные соедине­ния металлов.

Обустройство и эксплуатация нефтяных и газовых месторожде­ний сопровождаются неизбежным техногенным воздействием на объекты окружающей среды. Рациональное природопользование в современных условиях обусловливает необходимость учета жест­ких экологических ограничений и разработки мероприятий, направ­ленных на охрану и восстановление окружающей среды.

Основные пути проникновения загрязнителей в объекты окру­жающей среды следующие:

• поглощение бурового раствора в процессе промывки скважин и фильтрация его водной фазы в проницаемые отложения;

• нарушение обсадных колонн и цементного камня в заколонном пространстве;

• некачественное цементирование и неподъем тампонажного раствора за обсадными колоннами;

• попадание жидких отходов бурения в водоносные горизонты из-за плохого качества крепления кондуктора;

• инфильтрация отходов с поверхности земли из амбаров- накопителей через почву, грунты и через устье скважины.

При строительстве площадных объектов (кустов скважин, пло­щадок ДНС и др.) основным воздействием на окружающую сре­ду является изъятие части территории месторождения из общего пользования и преобразование существующего рельефа в результа­те проведения вертикальной планировки. Последняя предусматри­вает сплошную систему организации рельефа, что в случае размеще­ния объектов без учета функции экосистем и невыполнения приро­доохранных мероприятий может нарушить компонентную структу­ру ландшафтов: нарушаются микрорельеф и поверхностный сток, возможно ухудшение гидрологического режима и, в первую очередь, происходит деформация почвенно-растительного покрова.

Основным источником атмосферного загрязнения на месторож­дениях являются скважины, установки подготовки нефти и факелы сжигания нефтяного газа.

Наибольшее количество выбросов загрязняющих веществ при­ходится на долю факелов, особенно при аварийных ситуациях. Ана-

- 146 -

лю результатов расчетов показал, что в среднем 75% общего коли­чества валовых выбросов составляет оксид углерода. При неполном сгорании нефтяного газа он поступает в верхние слои атмосферы, где окисляется до углекислого газа, участвующего в создании «пар­никового эффекта» в глобальном масштабе.

Несгоревшие углеводороды образуют газовую фазу (от метана и этана до конденсированных углеводородов) до 16% и сажу — 9%. Концентрированный выброс большого количества вредных загряз­няющих веществ от объектов добычи нефти создают на месторожде­нии зоны, где приземные концентрации превышают предельно до­пустимые. Проведенные расчеты показали, что оксиды азота и угле­водорода рассеиваются до предельно допустимых концентраций в пределах 1...2 км от источника загрязнения, а размер зоны рассеи­вания оксидов углерода в приземном слое атмосферы может дости­гать 5...8 км.

4.2. Условия залегания нефти

и газа в недрах земли

4.2.1. Понятие о породах-коллекторах

Коллектором называется горная порода, обладающая емкостны­ми свойствами, которые обеспечивают физическую подвижность флюидов в ее пустотном пространстве при малейшем перепаде дав­лений. Флюидами, насыщающими породу-коллектор, могут быть нефть, газ или вода.

Горные породы, препятствующие продвижению через них угле­водородов и воды, называются неколлекторами.

Внутреннее строение залежи, изучаемое нефтегазопромысловой геологией, определяется различным размещением неколлекторов и коллекторов, а также коллекторов с разными геолого-физическими свойствами как в разрезе, так и по площади залежи.

Соответственно емкостные свойства породы определяются ее пустотностью, которая слагается из объема пор, трешин и каверн.

V_пуст.= V_пор. + V_трещ.+ V_{каверн.}

По времени образования выделяются первичные пустоты и вто­ричные. Первичные пустоты формируются в процессе седиментогенеза и диагенеза, то есть одновременно с образованием самой осадочной по­роды, а вторичные образуются в уже сформировавшихся породах.

Первичная пустотность присуща всем без исключения осадоч­ным породам, в которых встречаются скопления нефти и газа — это прежде всего межзерновые поры, пространства между крупными остатками раковин и т.п. К вторичным пустотам относятся поры ка­верны и трещины, образовавшиеся в процессе доломитизации из­вестняков и выщелачивания породы циркулирующими водами, а также трещины, возникшие в результате тектонических движений.

- 147 -

Отмечается заметное изменение пористости в зонах водонефтяных контактов.

На рис. 48 показаны некоторые типы пустот, встречающиеся в породах.

Пористость и строение порового пространства

Выделяют полную, которую часто называют обшей иди абсолют­ной, открытую, эффективную и динамическую пористость.

Полная пористость включает в себя все поры горной породы, как изолированные (замкнутые), так и открытые, сообщающиеся друг с другом. Коэффициентом полной пористости называется отноше­ние суммарного объема пор в образце породы к видимому его объ­ему:

Открытая пористость образуется сообщающимися порами. Ко­эффициентом открытой пористости называется отношение объема открытых, сообщающихся пор к видимому объему образца: