Определение физических свойств пластовых вод
На практике в процессе эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин часто встречаются случаи одновременного притока газа и воды. Приток пластовой воды существенно влияет на достоверность определения термобарических параметров скважин, на результаты исследования при стационарных режимах фильтрации, на продуктивную характеристику скважин, на режим их эксплуатации и др. Поэтому необходимо знать некоторые физико-химические свойства пластовой воды: плотность, минерализацию, вязкость, состав, сжимаемость и др.
Плотность пластовых вод
Плотность воды определяется как отношение массы к единице объема воды и зависит от минерализации (количества растворенных солей), температуры и давления. С ростом минерализации и давления плотность возрастает, а с увеличением температуры – уменьшается.
На рисунке 2.37 показана зависимость плотности пластовых вод от их суммарной солености. Растворенные в пластовой воде газы практически не влияют на плотность, так как вес растворенного газа ничтожно мал.
Установлено, что плотность воды при атмосферном давлении и температуре Т=273 К равна ρв=0,999841 кг/10-3 м3; при Т=277,93 К ρв=0,999973 кг/10-3 м3 и при Т=293 К ρв=0,998203 кг/10-3 м3. Максимальную плотность вода имеет при Т=277,98 К. Выше и ниже этой температуры плотность уменьшается. Это означает, что при затвердевании вода не сжимается, а расширяется. Некоторые физические параметры воды приведены в таблице 2.14.
Рисунок 2.37 –Зависимость плотности ρ воды от количества растворенных в ней минералов.
Таблица 2.14 – Некоторые физические постоянные воды.
| Параметры | Единица Измерения | Значения постоянных параметров |
| Молекулярная масса | – | 18,016 |
| Температура максимальной плотности при Р=0,1 МПа | 0С | 3,98 |
| Плотность при Т=273 К | кг/м3 | 999,841 |
| Т=276,98 К | кг/м3 | 1000,0 |
| Т=293,0 К | кг/м3 | 998,203 |
| Плотность льда | кг/м3 | 916,800 |
| Масса насыщенного пара при Т=373 К и Р=0,1 МПа | кг/м3 | 597,400 |
| Критическая температура воды | К | 374,20 |
| Критическое давление воды | МПа | 21,85 |
| Критическая плотность воды | кг/м3 | 0,324 |
| Удельная теплоемкость при Р=0,1 МПа | кДж/кг×град | |
| воды Т=288 К | 4,1868 | |
| льда Т=273 К | 2,03897 | |
| Мольная теплоемкость при Р=0,1 МПа | кДж/моль×град | |
| пара Т=373 К | 75,3624 | |
| пара Т=288 К | 75,5624 | |
| Скрытая теплота | кДж/кг | |
| плавления льда при Т=273 К | 333,688 | |
| парообразования при Т=273 К | 6,0124 | |
| Вязкость воды при Т=273 К | мПа×с | 1,789 |
| Т=293 К | 1,650 | |
| Поверхностное натяжение при Т=293 К | Н/м | 72,53 |
| Удельная электропроводность при Т=273 К | 1/Ом×10-2м | 1,5×10-8 |
| Т=293 К | 4,3×10-8 | |
| Т=323 К | 18,7×10-8 |
Вязкость пластовых вод
Вязкость пластовых вод определяется в лабораторных условиях по глубинным пробам воды с указанием температуры, давления, содержания и состава растворенных газов и минералов. Вязкость воды в пластовых условиях зависит в основном от температуры и концентрации растворенных солей. Из приведенных в таблице 2.15 следует, что влияние давления на вязкость воды незначительно, что связано с ограниченным количеством газов, растворенных в воде и солей при различных температурах. Значения вязкости, найденные из этой зависимостей, показанных на рисунках 2.38 и 2.39 могут быть использованы при приближенных расчетах движения пластовых вод в пористой среде и по трубам.
Таблица 2.15 – Вязкость воды при различных Р и Т.
| Р, МПа | μв, мПа·с при температуре | |||
| 384 К | ||||
| 0,1 | 1,792 | 1,400 | 0,871 | 0,396 |
| 49,7 | 1,680 | 1,350 | 0,895 | 0,411 |
| 99,4 | 1,650 | 1,330 | 0,921 | 0,428 |
| 149,1 | 1,670 | 1,330 | 0,950 | 0,443 |
| 198,8 | 1,710 | 1,350 | 0,986 | 0,461 |
Рисунок 2.38 – Изменение вязкости μ пресной воды:
1 – при давлениях Р=0,1 МПа и пластовой воды с минерализацией 210 кг/м3; 2 – при давлениях Р=15÷40 МПа от температуры
Рисунок 2.39 – Зависимость вязкости μ минерализованной воды от содержания солей при различных температурах. Кривые 1÷7 соответствуют температурам Т=5, 10, 20, 30, 40, 50 и 60 °С.
Сжимаемость пластовых вод
Пластовые воды под воздействием давления изменяют свой объем. Сжимаемость вод характеризуется коэффициентом сжимаемости, который при постоянной температуре определяется по формуле.
β=Δυ/υΔР (2.96)
где Δυ– изменение объема воды при изменении давления на ΔР(в Па); υ – объем воды в условиях опыта, м3.
На сжимаемость воды влияет количество газа, растворенного в воде. Сжимаемость воды с учетом количества растворенного газа определяется по формуле
β=βо(1+0,05S), (2.97)
где β – сжимаемость воды с растворенным в ней газом; βо – сжимаемость воды, не содержащей газа; S – коэффициент растворимости газа в пластовой воде, м3/м3.
На рисунке 2.40приведен график сжимаемости чистой воды, рассчитанной по таблицам свойств водяного пара. Для определения коэффициента сжимаемости пресной или соленой воды при давлении выше давления насыщения, т.е. когда раствор не полностью насыщен газом, следует пользоваться поправочным множителем, который является функцией только количества растворенного газа. Следует также ввести поправку, учитывающую влияние растворенного газа, используя данные рисунка 2.41для чистой воды и умножая эти данные на следующий множитель х=1+Г/20,3, где Г – газовый фактор, м3/м3.
При давлении ниже давления насыщения водогазовой смеси газ выделяется из раствора и в результате этого при низких давлениях насыщения сжимаемость водогазовой смеси значительно увеличивается. Величина этого эффекта для чистой воды, насыщенной природным газом при различных давлениях, показана на рисунке 2.42. При низких давлениях насыщения этот эффект может быть более чем пятикратным.
Рисунок 2.40 –Зависимость сжимаемости β чистой воды при различных давлениях. Кривые 1÷3 получены для 7, 14 и 42 МПа.
Рисунок 2.41 – Поправочный коэффициент 
на сжимаемость воды, учитывающий влияние растворенного газа по сравнению сжимаемостью пресной воды.
Рисунок 2.42 –Зависимость пластового объемного коэффициента b пресной воды, насыщенной природным газом при различных давлениях и температурах. Кривые 1÷4 получены при температурах: 311,0; 338,6; 366,4 и 394,2 К соответственно.