Свойства пластовых жидкостей

Чем больше смолисто-асфальтеновых соединений, тем темнее нефть.

Ньютоновские нефти  характеризуются относительно небольшим  содержанием смол, в основном не превышающим 15 - 20 %, а при фильтрации таких нефтей в залежах не проявляется начальный градиент давления. Ньютоновская жидкость (вязкая жидкость) обладает только вязкостью, поэтому чаще употребляется термин вязкая жидкость.

К ньютоновским жидкостям относят те масла, вязкость которых не зависит от приложенного напряжения. Неньютоновскими жидкостями считают такие масла, вязкость которых зависит от приложенного напряжения. Как правило, с увеличением приложенного напряжения вязкость масел снижается, а после его снятия восстанавливается практически до начального значения (эффект временной потери вязкости).

Темная нефть содержит относительно высокий процент длинных, тяжелых, нелетучих молекул. Обычно она имеет черный цвет, но может  быть зеленоватой или коричневой. Летучая нефть содержит по сравнению с темной нефтью, относительно небольшие молекулы. Цвет ее может быть коричневым, зеленым или оранжевым.

 

Газ. Свойства газа

Природный газ — смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ. Различие между сырой нефтью и природным газом – в размерах молекул углеводородов. В нормальных условиях любой углеводород, молекула которого содержит от одного до четырех атомов углерода, существует в виде газа. Природный газ представляет собой смесь четырех «коротких»  углеводородов. Газ с одним атомом углерода в молекуле называется метаном (СН₄), с двумя – этаном (С₂Н₆), с тремя – пропаном  (С₃Н₈), с четырьмя – бутаном (С₄Н₁₀). Все они относятся к классу алканов.

Углеводородный состав обычного природного газа

Углеводород	Состав, %
Метан	70-98
Этан	1-10
Пропан	до 5
Бутан	до 2

Часто в состав природных  газов входят азот N₂ (до 40 % по объему), углекислота СО₂, сероводород H₂S (чрезвычайно ядовит и может быть смертоносным даже при очень низких концентрациях, запах тухлых яиц) и редкие газы. Природный газ бесцветен, а при отсутствии в нем сероводорода - не имеет запаха. Включения в природном газе, не являющиеся углеводородами и негорящие, называются инертными компонентами. Одним из них может быть водяной пар, другим диоксид углерода СО₂ – газ не имеющий цвета и запаха. Углекислый газ не горит, поэтому, чем больше его в природном газе, тем ниже стоимость последнего. Гелий  - это легкий газ, его применяют в электронной промышленности и как наполнитель для дирижаблей.

Вследствие высокого давления в подземном коллекторе  газ присутствует в виде раствора в сырой нефти. Приведенный к  нормальным условиям объем природного газа, растворенного в одном кубометре  пластовой нефти,  называется газовым фактором пласта. Природные газы делятся на три группы:

- газы, добываемые из  чисто газовых месторождений;

- газы, добываемые из  газоконденсатных месторождений;

- газы, добываемые вместе  с нефтью из нефтяных месторождений.

Все газы представляют собой смеси парафиновых углеводородов с азотом, сероводородом, углекислым газом и другими компонентами, но в разных пропорциях. Газы чисто газовых месторождений наиболее легкие, они на 90 % и более состоят из метана. Газы нефтяных месторождений (их также называют попутным нефтяным газом) наиболее тяжелые, метана в них от 30 до 70 %. Газы газоконденсатных месторождений несколько более тяжелы, чем газы чисто газовых месторождений, но легче, чем нефтяной газ; метана в них от 80 до 90 %.

Природный газ газового месторождения не соприкасается с нефтью и почти целиком состоит из метана. Попутный газ находится в контакте с нефтью, пребывая в виде газовой шапки и в виде раствора в нефти.

В зависимости от преобладания в нефтяных газах легких или тяжелых (от пропана и выше) углеводородов газы разделяются на две группы — сухие и жирные.

Сухой газ — это чистый метан. Он не образует газоконденсат ни внутри толщи пород, ни на поверхности (УВ (С₃, С₄) составляют не более 75 г/м³).

Жирный газ — находится в коллекторе в газообразном состоянии, но на поверхности образует конденсат (при содержании более тяжелых УВ (свыше 150 г/м³))

Ретроградный  газ существует в коллекторе при исходном давлении в виде газа, но при понижении давления уже в коллекторе превращается в конденсат.

На практике сухим считается такой газ, в 1 м³ которого содержится меньше 60 г газового бензина; и жирным, если в 1 м³ содержится 60—70 г газового бензина.  Более жирные газы сопутствуют обычно легким нефтям. С тяжелыми нефтями, наоборот, добывают по преимуществу сухой газ, состоящий главным образом из метана. Нефтяные газы содержат кроме углеводородов в незначительных количествах углекислый газ, азот, сероводород, гелий и т. п. Физические свойства природного газа зависят от его состава, но в целом близки к свойствам метана как основного компонента смеси.

Одним из основных физических параметров нефтяного газа является его плотность – масса 1 м³ газа при температуре 0⁰С и давлении 0,1 МПа, которая колеблется от 0,72 у метана до 3,2 кг/м³ у пентана. Единица измерения в СИ – кг/м³. На практике часто пользуются относительной плотность газа (по отношению к воздуху) по воздуху, равной отношению плотности газа к плотности воздуха, взятой при тех же температурах и давлении. Относительная плотность газа изменяется от 0,50 до 1,0. Плотность индивидуальных компонентов углеводородных газов (и сероводорода), за исключением метана, больше единицы. При всех расчетах, связанных с движением газа, используется вязкость.

Физические свойства природного газа зависят от его состава, но в целом близки к свойствам метана как основного компонента смеси.

Вязкость природных газов зависит от их состава, температуры и давления. Вязкость газа очень мала и не превышает 1*10^-5 Па*с. При высоком давлении вязкость растет с увеличением плотности газа, при низком — уменьшается. С повышением давления вязкость увеличивается. Температура влияет на вязкость по-разному: при низких давлениях с повышением температуры она увеличивается, а при высоких (5—10 МПа) — снижается. Такие свойства объясняются степенью близости газа к жидкому состоянию. Вязкость природных газов обычно составляет (1,1 — 1,6)-10~⁵ Па*с.

Объемный коэффициент пластового газа b_г, представляющий собой отношение объема газа в пластовых условиях V_пл.г к объему того же количества газа V_ст, который он занимает в стандартных условиях, можно найти с помощью уравнения Клайперона — Менделеева:

b_r = V_пл.r/V_ст = Z(Р_стТ_пл)/(Р_плТ_ст),

где р_пл, Г_пл, р_ст, Т_ст — давление и температура соответственно в пластовых и стандартных условиях. Значение величины b_г имеет большое значение, так как объем газа в пластовых условиях на два порядка (примерно в 100 раз) меньше, чем в стандартных условиях.

Конденсатом называют жидкую углеводородную фазу, выделяющуюся из газа при снижении давления. В пластовых условиях конденсат обычно весь растворен в газе. Различают конденсат сырой и стабильный. Важной характеристикой газоконденсатных залежей является конденсатно-газовый фактор, показывающий содержание сырого конденсата (см³) в 1 м³ отсепарированного газа. Газы газоконденсатных месторождений делятся на газы с низким содержанием конденсата (до 150 см³/м³), средним (150 — 300 см³/м³), высоким (300 — 600 см³/м³) и очень высоким (более 600 см³/м³).

Давление насыщения это давление при котором начинает выделяться газ. Давлением насыщения нефти газом называется давление газа, находящегося в термодинамическом равновесии с пластовой нефтью. Если давление, оказываемое на пластовую нефть, становится ниже давления насыщения, то из нефти начинает выделяться растворенный газ. Нефть, находящаяся в пласте при давлении выше давления насыщения, называется недонасыщенной. Если давление насыщения равно пластовому давлению, то пластовая нефть называется насыщенной.

Взрываемость. Природный газ при соединении с кислородом отличается повышенной взрывоопасностью. Пределы взрываемости метана в воздухе составляет при его объемной доле 5,350-14,9%. Сероводород заметно расширяет пределы взрываемости природного газа.

В некоторых подземных  коллекторах при высоких температурах УВ с относительно короткими цепями (в основном от 5 до 7 углерода) существуют в виде газа. При добыче газа температура снижается и жидкие углеводороды конденсируются. Такая жидкость называется газоконденсатом (белый газ), представляет собой практически чистый бензин, его цвет изменяется от желтоватого до голубого, а плотность от 45 до 62⁰ Api. Природный газ, содержащий  конденсат, называется жирным, не содержащий сухим. Газоконденсат вместе с другими компонентами, которые можно выделить из природного газа  (бутан, пропан, этан) называют широкой фракцией легких УВ.   

Растворимость газов  при небольших давлениях (приблизительно до 5 МПа) подчиняется закону Генри, согласно которому количество растворенного  газа прямо пропорционально давлению и коэффициенту растворимости. Коэффициенты растворимости газа в воде зависит от температуры и минерализации воды. Растворимость углеводородных газов в нефти примерно в 10 раз больше чем в воде. Жирный газ лучше растворяется в нефти, чем сухой; более легкая нефть растворяет больше газа, чем тяжелая. Газ, растворяясь в нефти, увеличивает ее объем и уменьшает плотность, вязкость и поверхностное натяжение.

 

Пластовые воды и их свойства

Пластовые воды – подземные воды, циркулирующие в пластах горных пород. В нефтегазопромысловой геологии под пластовыми водами понимают воды, находящиеся в продуктивном пласте. Они подразделяются на воды законтурные, подошвенные, промежуточные пластовые.

Плотность и  минерализация. Плотность пластовой воды зависит главным образом от ее минерализации, пластовых давления и температуры. В большинстве случаев она меньше плотности в поверхностных условиях (не более чем на 20 %), поскольку пластовая температура выше стандартной. Однако в условиях пониженных пластовых температур, например, в зоне развития многолетнемерзлых пород, плотность воды может быть равной плотности воды в поверхностных условиях или даже больше ее. Плотность дистиллированной воды при 4 °С принята за единицу. Воды нефтяных месторождений содержат в растворе различные соли, поэтому их плотность больше единицы, причем плотность пластовых вод возрастает с увеличением концентрации солей. Минерализацией воды называется суммарное содержание в воде растворенных солей, ионов и коллоидов, выражаемое в г/100 или в г/л раствора. Минерализация вод нефтяных и газовых месторождений меняется в очень широких пределах — от менее 1 г/л (пресные воды) до 400 г/л и более (крепкие рассолы). Она определяется наличием шести главных ионов (Cl^-, SO4^-, HCO_3-, Na+, Ca²+, Mo²+).

Вязкость пластовой  воды. На вязкость пластовой воды большое влияние оказывает температура. С ее увеличением вязкость снижается. Рост давления, минерализация и содержание в ней растворенных газов существенного влияния на вязкость воды не оказывают. Вязкость пластовой воды зависит в первую очередь, от температуры, а также от минерализации и химического состава. Газосодержание и давление оказывают меньшее влияние. В большинстве случаев вязкость пластовых вод нефтяных и газовых месторождений составляет 0,2-1,5 мПа-с.

Электропроводность  пластовых вод зависит от степени их минерализации — увеличивается с увеличением минерализации и температуры вод. Пресные воды плохо проводят или почти не проводят электрический ток. Минерализованные воды относятся к хорошим проводникам.

Поверхностное натяжение  воды. Имеет очень важное значение с точки зрения ее вымывающей способности. Чем меньше поверхностное натяжение воды, тем лучше она вытесняет нефть из пласта. Наименьшее поверхностное натяжение имеют щелочные воды, так как они содержат поверхностно-активные вещества (ПАВ) — органические кислоты и основания. Поверхностное натяжение пластовой воды, т.е. свойство ее противодействовать нормальным силам, приложенным к ее поверхности и стремящимся изменить ее форму, в значительной степени зависит от химического состава и при соответствующей химической обработке воды может быть значительно снижено.

Газосодержания пластовой воды не превышает 1,5 — 2,0 м³/м³, обычно оно равно 0,2-0,5 м³/м³. В составе водорастворенного газа преобладает метан, затем следует азот, углекислый газ, гомологи метана, гелий и аргон.

Растворимость газов в воде значительно ниже их растворимости в нефти. При увеличении минерализации воды их растворимость уменьшается.

Сжимаемость воды - обратимое изменение объема воды, находящейся в пластовых условиях, при изменении давления. Значение коэффициента сжимаемости колеблется в пределах (3/5)10^-4 МПа^-1. Сжимаемость воды, содержащей растворенный газ, увеличивается; сжимаемость минерализованной воды уменьшается с увеличением концентрации солей. Это свойство играет существенную роль при формировании режимов залежей.

Объемный коэффициент пластовой воды нефтяных и газовых месторождений В_в зависит от минерализации, химического состава, газосодержания, пластовых давления и температуры и колеблется от 0,8 до 1,2. Наиболее влияют на его величину пластовая температура и минерализация.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

1. Хайн Норман Дж. «Геология, разведка, бурение и добыча нефти» (пер. с англ. З.Свитанько), Москва, 2008 г.
2. Э.А.Бакиров, В.И. Ермолкин «Геология нефти и газа», Москва 1990 г.
3. Иванова М.М., Чоловский И.П., Брагин Ю.И. «Нефтегазопромысловая геология», Москва 2000 г.
4. А. А. Коршак, А. М. Шаммазов «Основы нефтегазового дела»