Физические свойства пластовых вод, нефти и газа

В порах породы содержатся в основном свободная и связанная вода, или прочносвязанная и рыхлосвязанная.

Свободная вода в породе пред­ставлена капиллярной и гравитационной, удерживаемыми в порах силами капиллярного поднятия. Физически связанная вода пред­ставлена водой, находящейся на поверхности твердого тела и удерживаемой силами молекулярного сцепления.

Плотность прочносвязанной воды нам­ного выше плотности свободной воды и достигает 1,74 г/см³.

Температура замерза­ния ее минус 78 °С, а по некоторым данным, даже минус 180°С.

Прочносвязанная вода харак­теризуется низкими теплоемкостью и диэлектрической проницаемостью.

Воды нефтяных и газовых месторождений (пластовые воды) по химическому составу делятся на два типа: хлор-кальциевые и щелочные. Основная составляющая хлор-кальциевых вод - это хлориды щелочей; доминирует хлористый натрий. Щелочные воды представляют собой растворы хлоридов и карбонатов ще­лочных металлов различных соотношений.

Количество остаточной воды в порах может колебаться от 5 до 65%. Степень заполнения пор водой характеризуется коэффициентом водонасыщенности k_B.

Плотность дистиллированной воды при 4 °С принята за единицу. Выше и ниже этой температуры плотность воды меньше. Поскольку воды в осадочных породах содержат различные соли, то их плотность обычно выше единицы.

Содержание солей колеблется от 1 до 300 г/л и более. Соленость морской воды составляет в среднем 35 г/л.

В зависимости от количества растворенных в воде солей ее плотность изменяется от 1 до 1,26 г/см³. С увеличением давления плотность воды увеличивается, тогда как рост температуры приводит к ее уменьшению.

Удельное электрическое сопротивление пластовых вод опреде­ляется количеством растворенных в ней солей, температурой и дав­лением; оно изменяется от 10^-2до 10³ Ом*м. То есть изменяется в очень широких пределах. Удельное электрическое сопротивление дистиллированной воды равно 2-10⁵ Ом-м,

Диэлектрическая постоянная для воды равна 81.

С увеличением температуры растворов удельное сопротивление уменьшается. При этом понижение сопротивле­ния определяется концентрацией растворенных в воде солей.

Максимальное изменение сопротивления в за­висимости от давления наблюдается для раство­ров солей СаС1₂ и MgS0₄. Поскольку в пластовых водах содержание NaCl составляет более 90 % от общего количества растворенных солей, изменение удельного сопротивления для реальных величин пластового давления не превышает 5—8 %.

Распространение звука в жидкостях представ­ляет собой адиабатический процесс. В дистиллиро­ванной воде при температуре 20 °С скорость звука равна 1480 м/с. С увеличением давления и мине­рализации раствора скорость продольных волн увеличивается. С ростом температуры до 80—100 С° скорость увеличивается, а при более высоких температурах — уменьшается.

В пресной воде скорость звука изменяется от 1404 м/с при Т = 0 °С до 1534 м/с при Т = 35 °С.

Нефть является смесью жидкости (С₅Н₂ → С₁₆Н₃₄), газа (углеводороды СН₄ → С₄Н₃₄) и твердых веществ (С₁₇Н₃₆ → С₁₅Н₇₂ — парафины и церезины).

В основном нефть состоит из 84—86% углерода и 11—14% водорода.

Плот­ность нефти колеблется от 0,76 до 0,96 г/см³ (Т = 20 °С) и зависит от соотношения указанных составных частей. Плотность древних нефтей почти всегда меньше плот­ности нефтей молодых месторождений.

С увеличением вязкости сжимаемость уменьшается. Удельное электрическое со­противление нефтей достигает 10¹⁶ Ом-м.

Диэлектрическая постоянная равна 2. Скорость распространения сейсмических волн в нефтях меньше, чем в воде, и изменяется от 1300 до 1400 м/с.

С увеличением плотности нефти на 0,01 г/см³ скорость ультразвука увеличивается на 7 м/с.

Углеводородные газы, растворимость которых в нефти весьма значительна, являются причиной изменения физических параметров нефти.

Коэффициент поглощения нефти зависит от квадрата частоты ультразвука и вязкости нефтей. Коэффициент поглощения ультразвука в нефтях в пять раз больше, чем в воде. Причем так же, как и для воды, коэффициент воплощения пропорционален квадрату частоты.

Природный газ в нефтегазовых месторождениях в основном состоит из метана, более тяжелых летучих углеводородов и небольшого количества азота.

Сухие газы содержат 90—99 % метана (остальная часть — азот).

Почти все природные газы в нормальных условиях (0,1 МПа, 20 °С) устойчивы и только пентан легко переходит в жидкое состояние.

Относительная плотность метана по воздуху равна 0,554, изобутана 2,006.

Для сухого воздуха плотность равна 0,00128, для метана 0,000677, для этана 0,00127 г/см³.

Максимальная относительная плотность из газообразных компонентов нефти у гептана (3,459).

Критическая температура (при которой газ не переходит в жидкое состояние независимо от давления) изменяется для различных природных газов:

от 126,1 К (минус 147,06°С) для азота и

до 540,2 К (267,04 °С) для гептана.

Скорость распространения ультразвука при нулевой температуре и давлении 0,1 МПа в сухом воздухе составляет 332 м/с, в метане 500 м/с, азоте 338 м/с, в углекислом газе 261 м/с, в кислороде 316 м/с.

Лекция №4