Физика пласта: Курс лекций по одноименной дисциплине, страница 23

Природная вода обладает многими аномальными физическими свойствами:

1) плавление льда сопровождается сжатием вещества (жидкой воды), которое достигает максимума при температуре 4 ⁰С,

2) Вода имеет аномальные более высокие температуры плавления и кипения,

 3) Вода обладает высокой удельной теплоемкостью, теплотой  плавления и испарения,

4) Вода имеет аномальную растворяющую способность  для солей и высокую диэлектрическую проницаемость,

5) Вязкость воды при повышении давления в интервале температур 0 – 30⁰С уменьшается, а при более высоких температурах увеличивается.

 Аномальные свойства воды зависят от  её структуры, которая обусловлена наличием особого типа молекулярной водородной связи. Атом кислорода находится в центре молекулы. Ядра атомов водорода по отношению к ядру атома кислорода составляют между собой угол 105⁰3¹ в жидкой воде и 109⁰30¹ во льду.

Пространственное расположение орбит вращения электронов в молекуле воды создает дипольное распределение электрических зарядов. Молекула воды имеет тетраэдрическое строение с двумя положительными и двумя отрицательными полюсами. Каждая молекула воды взаимодействует с четырьмя другими молекулами, создавая льдоподобную решетку. Такая упорядоченная структура взаимосвязи молекул воды придает ей свойства твердого тела с наличием значительного пространства между молекулами. Молекула воды совершает около 1000 колебаний в секунду.

По одной из моделей структуры воды связь между молекулами воды и других жидкостей с водородными связями осуществляется  через водородные мостики, образующих кольцевые структуры. Создаются агрегаты молекул взаимосвязанных между собой. Аномальные свойства воды учитываются при решении вопросов нефтяной геологии. На этой основе могут быть разработаны различные модели использования воды.

В природных условиях встречаются следующие виды воды: конституционная и кристаллизационная; прочно-связанная; капиллярная; остаточная; свободная (гравитационная). Все указанные виды воды обладают различными свойствами, часто противоположными, и удерживаются в пористой среде различными силами. 

Вода в нефтяной залежи занимает пониженные зоны и находится в большинстве случаев под залежъю и вокруг нее и называется подошвенной или краевой. Вода, находящаяся в пропластках называется промежуточной. Верхние и нижние воды залегают выше и ниже нефтяного пласта. В продуктивных пластах залежи вместе с углеводородами также содержится вода, оставшаяся со времени образования залежи, поэтому её называют остаточной.

Водоносные и продуктивные части пластов являются единой связанной гидродинамической системой.

Остаточная вода в залежи находится со времени образования залежи. В пористой среде остаточная вода существует как капиллярно связанная, адсорбционная, пленочная, свободная. С увеличением проницаемости среды количество остаточной воды в породе уменьшается. Содержание остаточной воды в породах может меняться от нескольких процентов до 70% и более от суммарной емкости пор. Наименьшее количество остаточной воды отмечается в пластах со щелочной водой и наибольшее – в присутствии пресной воды. Минерализация остаточной воды зависит от литологии пород коллекторов и находится в пределах 15 – 22%. Остаточная вода имеет плотность 1,2 – 1,4 г/см³ обладает высокой проводимостью, низкой диэлектрической проницаемостью 2 – 2,5, температурой замерзания минус 20 – 193 ^оС, концентрацией солей 100 – 300 г/л, повышенным содержанием хлора и повышенной радиоактивностью.  

Распределение нефти, остаточной воды и газа в залежи влияет на фазовые проницаемости, а значит и на процессы движения нефти. В пласте остаточная вода может находиться в виде пленки, покрывающей поверхность поровых каналов (гидрофильная поверхность) или в виде отдельных жилок включений в центрах пор (гидрофобная поверхность среды). В последнем случае нефть смачивает поверхность пор. От первоначального распределения жидкостей и газов в пласте зависят характеристики пласта: смачиваемость пород вытесняющими жидкостями, количество остающейся нефти, интенсивность капиллярных процессов.