Пластовые воды (ПВ) являются компонентами нефтяных и газовых месторождений. Их содержание в нефти может доходить до 80%. Это полиингредиетные соединения, обладающие высокой геохимической активностью. Пластовые воды оказывают существенное влияние на нефтеотдачу, различные технологические процессы и оборудование. Их отбирают на устье скважины или на глубине для изучения химического состава. Эта работа является частью гидрохимического контроля разработки месторождений и изучения протекающих процессов.
Цели проведения анализа пластовых вод
В связи с увеличением потребления нефтепродуктов все более актуальным становится повышение нефтеотдачи пластов. Одним из главных условий эффективной разработки месторождений и является исследование состава пластовых вод. Это основная, но не единственная цель. Воды сильно минерализованы и содержат химические соединения. При смешивании в коллекторе могут вызывать коррозию и выход из строя оборудования. Анализ состава позволяет принять меры по нейтрализации их негативного воздействия. При этом ПВ содержат и полезные компоненты, которые могут быть использованы в других отраслях. Таким образом, анализ пластовых вод позволяет решить сразу несколько важнейших задач.
Классификация пластовых вод
Их свойства зависят от нескольких параметров, которые и являются основой классификации.
1) Место залегания. Пластовые напорные воды делятся на несколько типов:
– краевые, располагающиеся по краям пласта;
– подошвенные, находящиеся под залежью нефти;
– промежуточные, залегающие внутри пласта;
– верхние и нижние над и под нефтеносным пластом.
2) Химические элементы. Пластовые воды неоднородны по своему составу. Но самыми распространенными включениями являются хлориды, сульфаты и карбонаты натрия, калия, магния, железа, кальция, хлора и др. Содержат и растворенные газы (азот, углекислый газ).
3) Содержание солей и их концентрация. По степени минерализации воды делятся на две большие группы – хлоридно-натриевые и хлоридно-кальциевые. В свою очередь, распределяются на категории с учетом концентрации этих веществ (100 г/л, 100-50 г/л., 50-10 г/л.).
Химический состав пластовых вод
Именно это определяет их основные характеристики и является базой для лабораторного анализа. К важным параметрам относится и их минерализация. Высокая степень способствует вымыванию вод и упрощает их закачивание обратно в пласт. С другой стороны, может стать причиной образования осадка как в зоне пластов, так и в резервуарах и оборудовании.
Пластовые воды могут содержать следующие компоненты:
• Ионы железа. Чаще всего в их составе обнаруживается двухвалентное железо. Устраняют его аэрацией. При контакте с кислородом происходит окисление и переход в нерастворимое трехвалентное железо. В результате образуется осадок, который проще удалить.
• Сульфаты. Это соли серной кислоты, входящие в состав слабоминерализованных вод. В поверхностных водах обнаруживаются сульфаты кальция, магния, калия, натрия. Для каждого из этих элементов существуют свои предельно допустимые концентрации (ПДД).
• Гидрокарбонаты. Их источник – это растворенный в воде углекислый газ. Образующаяся угольная кислота взаимодействует с известняком. Так появляются гидрокарбонаты. Эти компоненты снижают кислотность и повышают щелочность, корректируя рН воды и смягчая ее.
• Кальций и магний. Эти вещества преобладают в пластовых водах и присутствуют в ней в виде солей. Влияют на жесткость. Попадают в водоносный слой естественным образом. Их концентрация существенно увеличивается при прохождении воды через залежи известняка.
• Хлориды. Имеют природное происхождение и являются результатом взаимодействия соляной кислоты и катионов металла. В водах выявляется наибольшая концентрация кальциевых, магниевых и натриевых хлоридов. Способны вызывать осадок и коррозию оборудования.
Технологии анализа пластовых вод
Для получения образцов отбирают пробы из скважин нефтегазовых месторождений. Эта работа выполняется на разной глубине с использованием специальных пробоотборников. Требования к отбору проб в нефтегазовой промышленности регламентированы Отраслевым стандартом России ОСТ 153-39.2-048-2003 и Отраслевым стандартом ОСТ 39-227-89. При анализе руководствуются также Инструкцией РД 39-23-1055-84 и Стандартом ОСТ 39-234-89.
По общей классификации различают три метода исследований:
1) физико-химический для определения состава – содержания ионов, микроэлементов и органических веществ;
2) кластерный для распределения образцов вод на однородные группы по физико-химическим параметрам;
3) индикаторный с использованием химических трассеров для количественного контроля вводимых реагентов.
Детальный анализ химического состава проводится следующими методами:
1) Гравитационный для определения общей минерализации (суммарной концентрации солей).
2) Фотометрический для расчета массовой концентрации железа в пробах пластовых вод.
2) Титриметрический для анализа содержания гидрокарбонатов, ионов кальция и магния.
3) Спектрофотометрический для определения концентрации сульфатов в пластовой воде.
4) Ионная хромография для выявления неорганических и органических анионов и катионов.
5) Атомно-эмиссионная спектроскопия для обнаружения примесей по линейчатому излучению.
Анализ пластовой воды в лаборатории МГУЛАБ
Испытательный центр МГУЛАБ с собственной аккредитованной лабораторией в Москве проводит анализы воды из разных источников. Штат высококвалифицированных специалистов и новейшее оборудование позволяют выполнять исследования образцов с высокой точностью и в сжатые сроки. За время многолетней активной деятельности лаборатория выполнила множество анализов пластовой воды по базовым и расширенным показателям. Отзывы заказчиков подтверждают, что вся команда работает на высоком профессиональном уровне. Центр проводил исследования для Сколковского института науки и технологий, ООО «ЗН-Научно-технического центра» и других организаций.
Методы и оборудование для анализа пластовой воды
Одними из наиболее эффективных методик применяемых лабораторией МГУЛАБ являются ионная хроматография и оптико-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-ОЭС). Методики позволяют выявлять сходства и различия пластовых вод на элементном уровне. Помимо самых распространенных соединений, позволяет обнаруживать специфические компоненты: йодиды, бромиды, литий, кремний. Метод незаменим для гидрохимического контроля обводнения скважин на нефтяных и газовых месторождениях. Быстрое проведение анализа с небольшим объемом пробы дает возможность оперативно получать результаты и принимать необходимые меры.
Лаборатория использует в своей работе следующие виды оборудования.
– Ионный хроматограф Metrohm 930 Compact IC Flex от от Metrohm. Анализ воды проводится по методу количественного определения содержания анионов минеральных кислот. Обеспечивается более высокая точность, чем при титровании или фотометрии.
– Оптический атомно-эмиссионный спектрометр Agilent 5110 ICP-OES. Основой метода является анализ оптического линейчатого спектра излучения атомов и ионов. Достигается высокая аналитическая точность при количественном определении примесей в пробах.
Что дают результаты анализа пластовых вод?
Полученные данные исследований позволяют определить:
→ Влияние ПВ на месторождение нефти. Знание их химического состава и свойств способствует улучшению контроля и эксплуатации скважин.
→ Пути миграции химических элементов в водах. Это помогает спрогнозировать скопление компонентов и предотвратить образование осадка.
→ Необходимые меры по повышению нефтеотдачи пластов и минимизации влияния пластовых вод на оборудование, трубопроводы и резервуары.
→ Состояние технологического оборудования и предотвращение быстрой коррозии металлов благодаря обнаружению соединений железа в воде.
→ Источники поступления воды для прогнозирования специальных мероприятий, типа гидроизоляции, чтобы предотвратить попадание различных включений и химических продуктов.
