Образование и выпадение неорганических кристаллических осадков из пластовых вод.

Основной причиной выпадения солей из пластовых вод является пересыщение вод неорганическими солями. Соли, содержащиеся в пластовых водах, могут быть как растворимые (NaCl, CaCl₂), так и водонерастворимые: карбонат кальция, карбонат магния, сульфат бария, сульфат кальция. При нарушении карбонатного равновесия из водного раствора солей выделяется CO₂ , раствор становится пересыщенным и происходит образование кристаллов и отложение их на поверхности труб.

2H₂CO₃^-↔CO₃^2-+CO₂+H₂O;

Ca(HCO₃)₂↔CaCO₃↓+CO₂↑+H2O

При закачке для ППД вода насыщается сульфатами и карбонатами под влиянием гидрогеохимических условий продуктивных горизонтов. С одной стороны она химически несовместима с пластовой водой и при смешении дает осадок, с другой - пересыщается и способствует осадконакоплению. Падение давления в потоке интенсифицирует образование осадков солей, а снижение температуры, наоборот, притормаживает этот процесс. Но падение давления происходит более интенсивно, чем падение температуры.

С целью предотвращения солеотложения используют соответствующие ингибиторы (гексаметафасфат натрия (NaPO₃)₆), закачиваемые призабойную зону скважины. При этом реагент адсорбируется, а затем в процессе эксплуатации скважины десорбируются, смешивается с продукцией. Для борьбы с уже отложившимися солями производят промывки кислотными растворами (HCl), при этом отложения солей растворяются, а продукты реакции удаляются из скважины. При обработке воды магнитным полем создаются условия для более быстрого выращивания кристаллов в потоке воды, которые выпадают виде аморфного шлама и легко удаляются потоком. Для борьбы с отложениями водорастворимых солей широко применяют подлив пресной воды на забой скважины или в затрубное пространство. Отложение солей в основном наблюдается в обводненных скважинах.

24. Поверхностно-молекулярные свойства системы «порода-вода-нефть-газ».

Нефтяной и газовый пласт представляет собой огромное скопление капиллярных каналов и трещин, поверхность которых очень велика: в 1 м³ породы поверхность поровых каналов достигает нескольких гектаров. Поэтому закономерности движения нефти в пласте и ее вытеснения из пористой среды зависят также и от свойств пограничных слоев соприкасающихся фаз и процессов, происходящих на поверхности контакта нефти, газа и воды. На формирование залежей УВ оказывает влияние кол-во остаточной воды в залежи (остаточная водонасыщенность), которая в свою очередь зависит от свойств воды и УВ и природы поверхности горной породы. Под природой поверхности понимают гидрофильность – способность вещества смачиваться водой и гидрофобность – способность вещества не смачиваться водой. Физико-химические свойства поверхностей раздела фаз и закономерности их взаимодействия характеризуются рядом показателей - поверхностным натяжением на границе раздела фаз, явлениями смачиваемости и растекания, работой адгезии и когезии, теплотой смачивания.

Поверхностное натяжение σ – избыток свободной энергии сосредоточенной на 1 см² площади поверхностного слоя на границе раздела двух фаз. По поверхностному натяжению пластовых жидкостей на различных поверхностях раздела можно судить о свойствах соприкасающихся фаз, закономерностях взаимодействия жидких и твердых тел, процессах адсорбции, о качественном и количественном составе полярных компонентов в жидкости, интенсивности проявления капиллярных сил и тд.

Поверхностное натяжение связано с такими понятиями как свободная энергия поверхностного слоя жидкости и сила поверхностного натяжения.

Свободная энергия поверхности: Е= σ·s, где σ- поверхностное натяжение; s- суммарная поверхность двух фаз.

Сила поверхностного натяжения - сила, действующая на единицу длины периметра взаимодействия двух фаз (линию смачивания): F= σ·L, где L- линия смачиваемости.

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от давления, температуры, газового фактора, свойств флюидов. Если поверхностное натяжение между двумя жидкостями, газом и жидкостью можно измерить, то на поверхности раздела порода-жидкость и порода-газ измерить трудно. Поэтому для изучения поверхностных явлений на границе порода-жидкость пользуются косвенными методами изучения поверхностных явлений: измерением работы адгезии и когезии, исследование явлений смачиваемости и растекаемости, изучением теплоты смачивания.

Смачиванием называется совокупность явлений на границе соприкосновения трех фаз (тв. тело-жидкость-газ или тв. тело-жидкость-жидкость). Если поверхность хорошо смачивается, то капля жидкости будет растекаться по поверхности. Интенсивность смачивания характеризуется величиной краевого угла смачивания Θ, образованного поверхностью твердого тела с касательной, проведенной к поверхности жидкости из точки ее соприкосновения с поверхностью.

Принято обозначать 1-водная фаза; 2- УВ жидкость или газ; 3-тв. тело.

Уравнение термодинамического равновесия Юнга:

σ_2,3= σ_3,1+ σ_1,2·cosΘ;

cosΘ=(σ_2,3- σ_3,1)/ σ_1,2;

Если угол Θ-острый, то поверхность-гидрофильная, если тупой, то гидрофобная. К гидрофильным относятся силикаты, карбонаты, окислы железа, К гидрофобным-парафины, жиры, воск, чистые металлы. Краевой угол смачивания зависит от строения поверхности, адсорбции жидкостей и газов, наличия ПАВ, температуры, давления, электрического заряда.

Адгезия -прилипание (сцепление поверхностей) разнородных тел. Работа адгезии оценивается уравнением Дюпре: Wа= σ_2,3+σ_3,1+ σ_1,2= σ_1,2·(1+cosΘ);

При смачивании свободная энергия единицы поверхности тв. тела уменьшается на величину σ_1,2·cosΘ, которую принято называть натяжением смачивания.

Когезия - явление сцепления поверхностей разнородных тел, обусловленной межмолекулярным или химическим взаимодействием. Работа когезии характеризует энергетические изменения поверхностей раздела при взаимодействии частиц одной фазы. На отрыв жидкости от поверхности тв. тела при полном смачивании (cosΘ=0) затрачивается работа, необходимая для образования двух жидких поверхностей Wк=2· σ_1,2;

cosΘ = (2Wа- Wк)/ Wк;

Т.е. смачиваемость жидкостью тв. тела тем лучше, чем меньше работа когезии(и поверх. натяжение жидкости на границе с газом).

Установлено, что при смачивании тв. тела жидкостью наблюдается выделение тепла, так как разность полярностей на границе тв. тело-жидкость меньше, чем на границе с воздухом. Теплота смачивания характеризует степень дисперсности тв. тела и природу его поверхности. Большее кол-во теплоты выделяется при смачивании жидкостью, которая лучше смачивает твердую поверхность.