Определение физических свойств пластовых вод

На практике в процессе эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин часто встречаются случаи одновременного притока газа и воды. Приток пластовой воды существенно влияет на достоверность определения термобарических параметров скважин, на результаты исследования при стационарных режимах фильтрации, на продуктивную характеристику скважин, на режим их эксплуатации и др. Поэтому необходимо знать некоторые физико-химические свойства пластовой воды: плотность, минерализацию, вязкость, состав, сжимаемость и др.

Плотность пластовых вод

Плотность воды определяется как отношение массы к единице объема воды и зависит от минерализации (количества растворенных солей), температуры и давления. С ростом минерализации и давления плотность возрастает, а с увеличением температуры – уменьшается.

На рисунке 2.37 показана зависимость плотности пластовых вод от их суммарной соле­ности. Растворенные в пластовой воде газы практически не влияют на плотность, так как вес растворенного газа ничтожно мал.

Установлено, что плотность воды при атмосферном давлении и температуре Т = 273 К равна ρ_в=0,999841 кг/10^{-3 м3}; при Т=277,93 К ρ_в=0,999973 кг/10^{-3 м3} и при Т=293 К ρ_в=0,998203 кг/10^{-3 м3}. Максимальную плотность вода имеет при Т=277,98 К. Выше и ниже этой температуры плотность уменьшается. Это означает, что при затвердевании вода не сжимается, а расширяется. Некоторые физи­ческие параметры воды приведены в таблице 2.14.

Рисунок 2.37 –Зависимость плотности ρ воды от количества растворенных в ней минералов.

Таблица 2.14 – Некоторые физические постоянные воды.

Параметры	Единица Измерения	Значения постоянных параметров
Молекулярная масса	–	18,016
Температура максимальной плотности при Р=0,1 МПа	0С	3,98
Плотность при Т=273 К	кг/м3	999,841
Т=276,98 К	кг/м3	1000,0
Т=293,0 К	кг/м3	998,203
Плотность льда	кг/м3	916,800
Масса насыщенного пара при Т=373 К и Р=0,1 МПа	кг/м3	597,400
Критическая температура воды	К	374,20
Критическое давление воды	МПа	21,85
Критическая плотность воды	кг/м3	0,324
Удельная теплоемкость при Р=0,1 МПа	кДж/кг×град
воды Т=288 К		4,1868
льда Т=273 К		2,03897
Мольная теплоемкость при Р=0,1 МПа	кДж/моль×град
пара Т=373 К		75,3624
пара Т=288 К		75,5624
Скрытая теплота	кДж/кг
плавления льда при Т=273 К		333,688
парообразования при Т=273 К		6,0124
Вязкость воды при Т=273 К	мПа×с	1,789
Т=293 К		1,650
Поверхностное натяжение при Т=293 К	Н/м	72,53
Удельная электропроводность при Т=273 К	1/Ом×10-2м	1,5×10-8
Т=293 К		4,3×10-8
Т=323 К		18,7×10-8

Вязкость пластовых вод

Вязкость пластовых вод определяется в лабораторных условиях по глубинным про­бам воды с указанием температуры, давления, содержания и состава растворенных газов и минералов. Вязкость воды в пластовых условиях зависит в основном от температуры и концентрации растворенных солей. Из приведенных в таблице 2.15 следует, что влияние давления на вязкость воды незначительно, что связано с ограниченным количеством газов, растворенных в воде и солей при различных температурах. Значения вязкости, найденные из этой зависи­мостей, показанных на рисунках 2.38 и 2.39 могут быть использованы при приближенных расчетах движения пластовых вод в пористой среде и по трубам.

Таблица 2.15 – Вязкость воды при различных Р и Т.

Р, МПа	μв, мПа·с при температуре
			384 К
0,1	1,792	1,400	0,871	0,396
49,7	1,680	1,350	0,895	0,411
99,4	1,650	1,330	0,921	0,428
149,1	1,670	1,330	0,950	0,443
198,8	1,710	1,350	0,986	0,461

 

Рисунок 2.38 – Изменение вязкости μ пресной воды:

1 – при давлениях Р=0,1 МПа и пластовой воды с минерализацией 210 кг/м³; 2 – при давлениях Р = 15÷40 МПа от температуры

Рисунок 2.39 – Зависимость вязкости μ минерализованной воды от содержания солей при различных температу­рах. Кривые 1÷7 соответствуют температурам Т=5, 10, 20, 30, 40, 50 и 60 °С.

Сжимаемость пластовых вод

Пластовые воды под воздействием давления изменяют свой объем. Сжимаемость вод характеризуется коэффициентом сжимаемости, который при постоянной темпе­ратуре определяется по формуле.

β=Δυ/υΔР (2.96)

где Δυ– изменение объема воды при изменении давления на ΔР(в Па); υ – объем воды в условиях опыта, м³.

На сжимаемость воды влияет количество газа, растворенного в воде. Сжимаемость воды с учетом количества растворенного газа определяется по формуле

β=β_о(1+0,05S), (2.97)

где β – сжимаемость воды с растворенным в ней газом; β_о – сжимаемость воды, не содержащей газа; S – коэффициент растворимости газа в пластовой воде, м³/м³.

На рисунке 2.40 приведен график сжимаемости чистой воды, рассчитанной по таблицам свойств водяного пара. Для определения коэффициента сжимаемости пресной или соленой воды при давлении выше давления насыщения, т.е. когда раствор не полностью насыщен газом, следует пользоваться поправочным множителем, который является функцией только количества растворенного газа. Следует также ввести поправку, учитывающую влияние растворенного газа, используя данные рисунка 2.41 для чистой воды и умножая эти данные на следующий множитель х=1+Г/20,3, где Г – газовый фактор, м³/м³.

При давлении ниже давления насыщения водогазовой смеси газ выделяется из раствора и в результате этого при низких давлениях насыщения сжимаемость водогазовой смеси значительно увеличивается. Величина этого эффекта для чистой воды, насы­щенной природным газом при различных давлениях, показана на рисунке 2.42. При низких давлениях насыщения этот эффект может быть более чем пятикратным.

Рисунок 2.40 –Зависимость сжимаемости β чистой воды при различных давлениях. Кривые 1÷3 получены для 7, 14 и 42 МПа.

Рисунок 2.41 – Поправочный коэффициент на сжимаемость воды, учитывающий влияние растворенного газа по сравнению сжимаемостью пресной воды.

Рисунок 2.42 –Зависимость пластового объемного коэффициента b пресной воды, насыщенной природным газом при различных давлениях и температурах. Кривые 1÷4 получены при температурах: 311,0; 338,6; 366,4 и 394,2 К соответственно.