Воды нефтяных и газовых месторождений

Нефть находится в недрах и извлекается на поверхность Земли вместе с другими компонентами геологической среды — сопутствующими водами и природными газами. В добываемом пластовом флюиде практически всегда находятся соли — источники техногенного засоления почв.

Все нефтегазоносные бассейны представляют собой крупные природные резервуары подземных вод, заполняющих свободное порово- трещинное пространство в горных породах. Лишь относительно небольшие объемы этого пространства занимают нефтегазовые растворы, которые вытесняют воду при заполнении ловушек.

Химический состав и свойства подземных вод

В природных водах найдено более 50 химических элементов в виде ионов, недиссоции- рованных молекул (в том числе газов) и коллоидов. Но лишь немногие элементы встречаются постоянно в составе природных вод.

Главные компоненты природных вод — это три аниона: хлор С1“, сульфат SO4^-и гидрокарбонат НСО^ и три катиона: натрий Na⁺, кальций Са²⁺ и магний Mg²⁺. Помимо шести главных ионов довольно широко распространены карбонат-ион СО^2-, ион калия К⁺, ионы железа Fe²⁺ и Fe³⁺. Остальные элементы встречаются в малых количествах. Они называются микрокомпонентами состава вод. Из них наиболее известны ионы брома Вг^_, йода I^-, аммония NH³⁺, лития Li⁺, стронция Sr²⁺ и др.

Суммарное содержание в воде растворенных ионов, солей и коллоидов называется минерализацией воды (в минерализацию не входят растворенные газы и взвешенные вещества). Минерализация обычно выражается в граммах на 100 г раствора или в граммах на 1 л раствора. Минерализация в г/100 гчисленно соответствует массовой процентной форме выражения минерализации.

Минерализация природных вод изменяется в очень широких пределах.

Ниже представлены типы природных вод в зависимости от минерализации (г/л) (цит. по: Воды нефтяных..., 1989):

• • пресная — меньше 1;
• • солоноватая—1—25;
• • соленая — 25—50;
• • рассолы:
• - слабые —50-100;
• - крепкие— 100-270;
• — очень крепкие — 270—350;
• — сверхкрепкие — выше 350.

Известны подземные рассолы с минерализацией более 550 г/л. Их даже трудно называть водами, так как в них больше солей, чем воды.

Формирование солевого состава подземных вод. Солевой состав подземных вод формируется из разных источников, соотношение которых связано с гидродинамической и гидрохимической зональностью подземных вод.

В пределах водонапорных систем нефтегазоносных бассейнов выделяются три зоны с различными гидродинамическими режимами и газогидрохимическими характеристиками:

• 1) свободного (активного) водообмена;
• 2) затрудненного водообмена;
• 3) застойного режима.

Зона (активного) свободного водообмена занимает верхние части бассейна до глубин около 500 м. Она охватывает всю зону аэрации, грунтовые воды и часть пластовых напорных вод. Зона характеризуется интенсивным движением вод, активным газообменом с атмосферой, температурой, не превышающей 20 °С, окислительной обстановкой. Воды в основном пресные или маломинерализованные. Питание вод инфильтрационное.

Зона затрудненного водообмена находится на глубинах 500— 1500 м и захватывает пластовые напорные воды. В пределах зоны воды движутся с очень малой скоростью от областей инфильтрации к погруженным частям бассейна. Воды в основном хлоридно-кальциевые, иногда хлоридно-магниевые и гидрокарбонатно-натриевые с минерализацией 5—10 г/л. В водах обычно растворены газы смешанного азотно-углеводородного и углеводородно-азотного состава. Обстановка окислительно-восстановительная. Связь с атмосферой затруднена или отсутствует.

Зона застойного режима находится на глубинах 1500—4000 м, в нижней части осадочного чехла. Напор подземных вод определяется экс- фильтрационным (без пополнения запасов из внешних областей) питанием и геостатическим давлением. Постоянное движение подземных вод отсутствует. Температуры вод — от 40 до 100 °С. Воды обычно высокоминерализованные (до крепких рассолов), хлоридно-каль- циевого типа, главным образом седиментационного и глубинного генезиса. Газы, растворенные в водах, преимущественно углеводородного состава, в них наряду с метаном отмечается повышенное содержание его тяжелых гомологов. Обстановка в пределах зоны восстановительная.

Предложено и применяется на практике много классификаций вод нефтяных и газовых месторождений по химическому составу. Наиболее широко распространена классификация вод В.А. Сулина (табл. 3.7).

Таблица 3.7

Классификация природных вод В.А. Супина

(Воды нефтяных.... 1989)

Тип воды	Обстановка	Диагностические коэффициенты
Сульфатнонатриевый	Воды земной поверхности и зоны свободного водообмена
Гидрокарбонатнонатриевый	Воды земной поверхности, зон свободного и затрудненного водообмена
Хлормагниевый	Воды морей и океанов, зон затрудненного водообмена
Хлоркальциевый	Воды зон отсутствия или затрудненного водообмена

Источники растворенных газов. Среди растворенных газов в водах нефтегазоносных бассейнов преобладают азот, двуокись углерода и метан. Для некоторых бассейнов характерны сероводород H₂S, гелий Не, аргон Аг, тяжелые углеводороды и др. В неглубоких водах встречается кислород.

Растворимость газов в воде зависит от давления, температуры, химического состава воды и газа.

Водорастворенные углеродистые вещества. Помимо углеводородных газов пластовые воды содержат много органических веществ. Тесная связь грунтовых вод с поверхностью определяет присутствие в их составе углеводов, аминокислот, фенолов, гуминовых и других кислот. В пластовых водах органические вещества имеют более восстановленный характер, в них меньше азотистых соединений и гуминовых веществ. По мере погружения водоносных толщ затрудняется связь водоносных горизонтов с поверхностью, и в воде увеличивается доля углеводородов и смол. Общее содержание нефти в воде не превышает 20 мг/л. Большую ее часть составляют ароматические углеводороды (бензол и др.), отличающиеся большей растворимостью, чем другие группы углеводородов.