Химическая классификация пластовых вод

В связи с большим разнообразием природных вод многими исследователями предложены различные системы классификации вод на основе тех или иных признаков. Большинство классификаций основано на химическом составе природных вод и количественных соотношениях между отдельными компонентами растворенных в воде веществ.

Классификация вод по О.А. Алекину по химическому составу воды, согласно которой воды подразделяются на три класса в зависимости от преобладающего аниона:

- гидрокарбонатные, преобладают анионы HCO₃^- + CO₃^2-;

- сульфатные, преобладают анионы SO₄^2-;

- хлоридные, преобладают анионы Cl^-.

В каждом классе выделяют три группы по преобладающему катиону:

- кальциевые;

- магниевые;

- натриевые.

Завершается классификация определением типа воды по соотношению между содержанием ионов:

- первый, r(HCO₃^-) > (r(Ca²⁺ + r(Mg²⁺));

- второй, r(HCO₃^-) < (r(Ca²⁺ + r(Mg²⁺)) < (r(HCO₃^-) + r(SO₄^2-));

- третий r(Cl^-) > r(Na⁺) или (r(HCO₃^-) + r(SO₄^2-)) < (r(Ca²⁺ + r(Mg²⁺));

- четвертый отсутствуют HCO₃^-, (кислые воды).

Классификация вод В.А. Сулину. Генетическая классификация вод, которая учитывает химический состав воды и условия ее залегания. Природные воды подразделяются на 4 генетических типа:

I - сульфатнонатриевые;

II - гидрокарбонатнонатриевые;

III - хлормагнивые;

IV - хлоркальциевые;

Принадлежность воды к определенному генетическому типу устанавливают по величине отношения чисел эквивалентов отдельных ионов. Ключевым показателем является отношение:

r(Na⁺ + К⁺) / r(С1^-),

где r – количество миллиграмм-эквивалентов иона в воде.

Если это отношение больше единицы, воду относят к типу гидрокарбонатнонатриевых или сульфатнонатриевых. Величина этого отношения, меньшая единицы, указывает на принадлежность воды к типу хлормагниевых или хлоркальциевых.

При значении отношения

r(Na⁺ + К⁺) / r(С1^-) > 1

определяют величину отношения

r(Na⁺) – r(CI^-) / r(SO₄^2-).

При величине меньше единицы воду относят к типу сульфатнонатриевых, если же величина больше единицы, то вода принадлежит к типу гидрокарбонатнонатриевых.

При отношении

r(Na⁺ + К⁺) / r(Сl^-) < 1

определяют величину отношения

r(Сl^-) – r(Na⁺) / r(Mg²⁺)

и в зависимости от величины этого отношения, меньше или больше единицы, относят воду соответственно к типу хлормагниевых или хлоркальциевых.

Согласно классификации природных вод по В.А. Сулину, каждый тип вод подразделяется на группы:

- гидрокарбонатные,

- сульфатные,

- хлоридные.

Группы подразделяются на классы и подгруппы.

Отнесение вод к определенной группе и подгруппе проводится на основании определения величины отношения количеств эквивалентов отдельных ионов.

Величина отношения r(SO₄²)^- / r(Сl^-) дает критерий для отнесения воды к группе сульфатных или хлоридных;

величина отношения r(Са²⁺) / r(Mg²⁺) – к группе кальциевых или магниевых.

Классификация вод по Ч. Пальмеру. Классификация Ч. Пальмера отражает химические свойства воды: щелочность, жесткость, кислотность, которые получают путем комбинирования отдельных ионов. При комбинации придерживаются правила Фрезениуса: комбинирование ионов в порядке их убывающей химической активности, в таком ряду ионы располагают следующим образом:

- анионы: Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-;

- катионы: Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.

Согласно правилу: ион Сl^- соединяется с ионом Na⁺; при избытке иона Cl^-, его остаток соединяется с ионом Mg²⁺; при избытке иона Na⁺, остаток его соединяется с ионом SO₄^2-.

По Ч. Пальмеру выделяют шесть характеристик воды:

S₁ – первичная соленость: соли щелочных металлов и сильных кислот. В подземных водах представлена в основном хлоридом и сульфатом натрия.

А₁ – первичная щелочность: щелочных металлов и слабых кислот (щелочные свойства). Наиболее распространенной является питьевая сода (гидрокарбонат натрия).

S₂ – вторичная соленость: соли щелочноземельных металлов и сильных кислот (соответствует постоянной жесткости воды), это хлориды и сульфаты кальция и магния.

А₂ – вторичная щелочность: соли щелочноземельных металлов и слабых кислот (соответствует временной жесткости воды), это гидрокарбонаты кальция и магния.

S₃ – третичная соленость: соли сильных кислот и трехвалентных металлов (кислотные свойства), это хлориды и сульфаты железа, алюминия, свободные соляная и серная кислоты.

А₃ – третичная щелочность: соли слабых кислот и трехвалентных металлов, в пластовых водах встречается редко.

S₃ и А₃ встречаются в природе почти всегда в незначительных количествах, будучи обусловленными присутствием неглавных ионов.

Согласно правилу комбинирования ионов, в случае вторичной солености исключается первичная щелочность (S₂ и А₁ не бывают вместе). Если есть S₂ воды относятся к жестким, есть А₁ – к щелочным.

В классификации используются приведенные характеристики и соотношение между ними, выделяют пять классов (таблица 2).

Таблица 2 – Классификация вод по Ч. Пальмеру

Класс	Соотношение ионов	Характеристики по Ч. Пальмеру	Вид воды
	r(Na+) > r(Cl-) + r(SO42-)	A1 > 0; S2 = 0; S3 = 0	Щелочные (мягкие) воды
	r(Na+) = r(Cl-) + r(SO42-)	A1 = 0; S2 = 0; S3 = 0	Практически не встречаются
	r(Na+) < r(Cl-) + r(SO42-)	A1 = 0; S2 > 0; S3 = 0	Жесткие воды
	r(Na+) + r(Ca2+) + r(Mg2+) = r(Cl-) + r(SO42-)	A1 = 0; A2 = 0; S3 = 0	Практически не встречаются
	r(Na+) + r(Ca2+) + r(Mg2+) < r(Cl-) + r(SO42-)	A1 = 0; A2 = 0; S3 > 0	Кислые воды

Классификация вод по Л.И. Толстихину. В классификации выделяют класс воды по преобладающему аниону:

- гидрокарбонатный;

- сульфатный;

- хлоридный.

Подкласс по преобладающему катиону:

- кальциевый;

- магниевый;

- натриевый.

Для сопоставления результатов анализа вод используют графические методы, напрмер, графики Роджерса, Сулина, Толстихина. Например, график Роджерса дает наглядное изображение состава воды в процент-эквивалентной форме, содержит три столбика: крайние – по 50 %-экв. анионов и катионов, средний – 100 %-экв. характеристик Ч. Пальмера.