Прогнозирование выпадения сульфатов бария, стронция кальция.

Теоретическое обоснование

Одной из важнейших проблем нефтегазопромысловой гидрогеологии является осадкообразование в буровом и эксплуатационном оборудовании, нефтегазопроводах, призабойной зоне, вызванное сдвигом ряда физико-химического равновесия под влияние техногенного фактора. Осадки накапливаются чаще всего в стволах добывающих скважин и в эксплуатационном оборудовании. Вследствие этого значительно осложняется процесс разработки. В меньшей степени изучен процесс осадкообразования в призабойной зоне продуктивного горизонта, где образование осадков происходит вблизи как добывающих, так и нагнетательных скважин, а иногда на всем пути движущейся по пласту закачиваемой воды. Это приводит к постепенному закупориванию пор, сначала частичному, а потом и полному, к резкому снижению фильтрационных свойств коллектора. В связи с этим не вызывает сомнений необходимость гидрогеохимических исследований по прогнозированию степени возможного осадконакопления.

Природные растворы представляют собой единую равновесную систему, характеризующуюся наличием множества равновесных концентраций составляющих её компонентов, а также определенными температурами и давлением. При разработке нефтяных, газовых, газоконденсатных месторождений возможно нарушение ряда условий, обеспечивающих равновесное состояние природной системы. При разработке месторождения протекают два основных процесса: откачка из пласта флюида и закачка воды с целью поддержания пластового давления; которые являются основным и причинами сдвига физико-химического равновесия в пластовых водах.

Падение пластового давления снижает растворимость присутствующих в растворе соединений, обуславливает выделение газов из раствора, способствует испарению жидкости. Увеличение температуры снижает растворимость минералов – кальцита, ангидрита, гипса и повышает растворимость хлоридов натрия и калия, сульфата бария.

Важным фактором осадкообразования является процесс испарения растворителя. Так интенсивное испарение может в несколько раз повысить концентрацию раствора и вызвать осаждение не только трудно растворимых, но и легко растворимых соединений.

Большинство природных вод представляют собой сложные смеси по минеральному составу, температуре, плотности и другим характеристикам. А. Н. Огильви (1909 г) показал, что для таких смесей содержание отдельных компонентов С и общей минерализации М существует отдельная зависимость

где а – угловой коэффициент, постоянный параметр;

b – отрезок на оси ординат, постоянный параметр.

Если под минерализацией понимать сумму отдельных компонентов, определяющих состав вод (М=∑С), то очевидно, что при М=0 величина С также равна 0. В тоже время в воде определенной минерализации какой-то компонент может отсутствовать. В этом случае а*М+b=0.

Процесс смешения природных вод представляет собой сложные физико-химические явление. Прямолинейная зависимость смешения растворов позволяет методически анализировать результаты, показывая отклонение естественного процесса от идеального.

В общем случае смешение приводит к нарушению физико-химического равновесия между подземными водами и вмещающими породами, при этом наиболее вероятными процессами являются либо переход растворенных компонентов в твердую фазу, либо переход компонентов твердой фазы в раствор, либо обменные реакции.

При закачке стоков вероятна опасность выпадения сульфатов бария, стронция, кальция, карбонатов кальция, хлоридов натрия.

Главная причина осаждения гипса и других сульфатных осадков – это смешивание несовместимых вод, из которых в одной содержится повышенное количество сульфат-иона, а в другой – кальция (стронция или бария).

Методика и порядок выполнения работы.

Прогнозирование выпадения сульфатов бария, стронция кальция.

1.1. Построить диаграмму смешения закачиваемой и пластовой воды. Номограмма представляет собой прямоугольник с двумя вертикальными осями ординат, по которым откладывается содержание ионов сульфатов, бария, стронция и кальция в молярной форме. Причем справа откладывается содержание ионов в пластовой воде, а слева – в закачиваемой в молярной форме. Точки, соответствующие содержанию ионов в пластовой и закачиваемой воде соединяются отрезками. Отрезки показывают теоретическое содержание компонентов во всем диапазоне смесей этих вод. По оси абсцисс процентное соотношение этих вод.

Перерасчет концентраций из ионной в грамм-ионную (молярную) форму выполняется по формуле

(2)

где m – молярная (грамм-ионная) концентрация, г*ион/дм³;

b – массовая концентрация, г/дм³;

М – молекулярная (ионная) масса.

1.2. По номограмме для смесей "пластовая – закачиваемая вода" в соотношениях 10:90 %, 50:50 %, 90:10% найти соответствующие концентрации ионов, восстановив перпендикуляры из этих соотношений до пересечения с отрезками, которые показывают изменения содержания иона от пластовых до закачиваемых вод. Результаты представить в виде таблицы:

Таблица 1 -- Концентрация основных солеобразующих компонентов в смеси "пластовая – закачиваемая вода"

1.3. Определить произведение фактических концентраций (ПРа) наименее растворимого сульфата бария, стронция и кальция

где концентрации иона бария, стронция, кальция и сульфат-иона определяются по номограмме смешения, г-ион/дм³.

1.4. Определить произведение растворимости L _BaSO4.

Таблица 2 – Произведение растворимости (L) сульфатов кальция и стронция (по данным А.И. Читовского и М.С. Галицына)

Таблица 3 – Произведение растворимости (L) сульфата бария в растворах (по данным Ч. Темплтона)

1.5. По соотношению произведения фактических концентраций и произведения растворимости определить возможность выпадения осадка.

Возможность осадкообразования сульфатов кальция, стронция, бария определяют сравнением произведения фактических концентраций солеоборазующий ионов (ПРа) и произведения их растворимости (L):

· в перенасыщенном растворе ПРа › L;

· в насыщенном растворе ПРа= L;

· в недонасыщенном растворе ПРа‹ L.