Загальна характеристика пластових флюїдів

До пластових флюїдів відносяться нафта, природний газ та пластова вода.

Нафта − це суміш різних вуглеводневих та не вуглеводневих (гетероатомних) сполук. У нафті присутні вуглеводні метанового, нафтенового і ароматичного рядів, які вміщують кисневі, сірчисті та інші сполуки. Співвідношення основних вуглеводневих сполук може бути різним.

Метанові або парафінові вуглеводні (СпН_2п+2) представлені газами (СН₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₃Н₁₀) в нормальних умовах, рідинами (С₅Н₁₂ … С₁₅Н₃₂) і твердими тілами (С₁₆Н₃₄, …). Парафінові вуглеводні можуть мати або нормальну − у вигляді нерозгалуженого ланцюжка, або ізотермічну − у вигляді розгалуженого ланцюжка будову.

Нафтенові вуглеводні (поліметиленові, циклопарафіни, циклани) мають циклічну будову. Прості моноциклічні сполуки мають загальну формулу С_пН_2п . У нафті переважно зустрічаються вуглеводні з п’яти- і шестичленною структурою. У фракціях нафти з високою температурою кипіння трапляються також поліциклічні вуглеводні ( С_пН_2п-2 і С_пН_2п-4), які складаються з 2−4 циклів. Більшість нафтенових вуглеводнів − рідини, лише високомолекулярні вуглеводні є твердими тілами.

Ароматичні вуглеводні також поділяють на моноарени (бензол і його гомологи С_пН_2п-6) та поліарени (С_пН_2п-12, С_пН_2п-18 , С_пН_2п-24). Наявність одного чи більше бензольних кілець у ароматичних вуглеводнів дає змогу їм приєднувати (заміщенням атому водню) інші радикали.

Невуглеводневі сполуки нафти − це, в основному, органічні сполуки кисню, сірки і азоту. Кисень в нафті утворює кілька груп сполук: нафтові (нафтенові і жирні)кислоти, феноли і кетони. Найпоширеніші нафтенові кислоти, які є похідними нафтенових вуглеводнів, де атом водню заміщений на карбоксильну групу СООН.

Сірка в нафті може зустрічатися в малих кількостях у вільному стані, у вигляді розчиненого в нафті сірководню і в органічних сполуках. Вміст сірки в сполуках в 10−12 разів перевищує загальний вміст самої сірки. Серед сполук сірки відомі меркаптани, сульфіди, дисульфіди та циклічні сполуки (тіофани і тіофени).

Меркаптани (тіоспирти, тіоли) − це сполуки, у яких до вуглеводневого радикала приєднано групи SH. Сульфіди (тіоефіри, тіоалкани) мають будову типу R−S−R, де R − радикал метанового або ароматичного ряду вуглеводнів. Дисульфіди мають будову R−S−S−R. Тіофани і тіофени є циклічними сульфідами, де в кільці один атом вуглецю заміщений на атом сірки.

Сполуки сірки в нафті вважаються шкідливими домішками, які знижують якість продуктів переробки, викликають корозію і отруюють повітряний басейн.

Серед азотних сполук виділяють нейтральні (аміни, піридини, хіноліни) та основні (індоли і карбазоли, окремі піроли).

Смоли і асфальтени є найскладнішими сполуками нафти, де вуглеводневі радикали пов’язані між собою, а також із сіркою. Киснем і азотом. Вміст смолисто-асфальтенових речовин у нафті коливається в межах від 1−2 % до 60−70 %. Молекулярна маса смол становить 500−1000 г/моль, а асфальтенів 1000−6000 г/моль. Смоли мають напіврідку консистенцію, а асфальтени є порошкоподібними нерозчинними у легких вуглеводнях речовинами. Смол у нафті значно більше, ніж асфальтенів. Під дією різних факторів (при нагріванні, під дією світла тощо) можуть перейти в асфальтени.

Газові конденсати за складом аналогічні нафтам, однак у них відсутні асфальтени і мало смол.

За переважаючим вмістом тих або інших вуглеводнів нафти поділяють на групи: метанові, метано-нафтенові, нафтенові, метано-нафтено- ароматичні і нафтено-ароматичні.Є також інші класифікації нафт: за вмістом твердих парафінів − малопарафінові (до 1,5 %), парафінові (1,5−6 %) і високопарафінові (понад 6 %); за вмістом сірки − малосірчасті (до 0,5 %), сірчасті (0,5−2 %) і високосірчасті (понад 2 %); за вмістом смолистих речовин слабо смолисті (до 8 %), смолисті (8−28 %) і сильно смолисті (понад 28 %) і т. ін.

Природний газ − це суміш різних, головним чином вуглеводневих газів: метан (СН₄), етан (С₂Н₆), пропан (С₃Н₈), бутан (С₄Н₂₀) та ін. Основною складовою частиною природного газу є метан, вміст якого зазвичай перевищує 80−90 % і досягає 97−99 %. Тільки в газах, розчинених у нафті, частка метану може зменшуватися до 60 % і менше. Домішками до вуглеводневих газів можуть бути азот, водень, сірководень, вуглекислий газ та інертні гази (гелій, аргон та ін.).

Гази, які вміщують в 1 м³ понад 100 г важких вуглеводневих газів (етан, пропан та ін.), називають "багатими", а менше 100 г − "сухими".

Хімічний склад газів залежить від типу родовища, з якого його видобувають.

Водав гірських породах може перебувати у зв’язаному та вільному станах. Залежно від природи зв’язуючих сил поділяють на капілярно зв’язану, в якій переважають капілярні сили; адсорбційно зв’язану, яка утримується на поверхні скелета породи; зв’язану плівково, що покриває гідрофільні ділянки поверхні скелета породи. Зв’язана вода суттєво впливає на характер рідин і газів у пластах.

Вільну пластову воду за розміщенням відносно нафтогазоносних горизонтів називають верхньою, якщо вона насичує пласт, розташований вище продуктивного; нижньою, якщо насичує пласт, розташований нижче продуктивного; проміжною, якщо насичує пропласток у продуктивному пласті; підтстилаючою або крайовою, якщо вона наповнює води колектора під нафтовим (газовим) покладом, або довкола нього. У нафтовій (газовій) частині пласта завжди вміщується вода, яка збереглася з часу утворення покладу і називається залишковою або реліктовою.

Характеристика пластових вод визначається загальною мінералізацією води, вмістом основних іонів та деякими іншими показниками.

Загальна мінералізація води визначається сумарним в ній хімічних елементів , їх сполук і газів. У залежності від ступеня мінералізації, який оцінюють за сухим залишком після випаровування води при температурі 105−110 °С, пластові води поділяють на прісні, з вмістом солей менше 1 г/л; слабосолоні з вмістом солей 1 − 5 г/л; солоні 5 −10 г/л; сольові 10 − 50 г/л і розсоли з вмістом солей понад 50 г/л.

Основними іонами в природних водах є аніони Cl⁻, HCO⁻₃, CO²⁻₃, SO^2-₄ і катіони Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺. Інші належать до числа мікрокомпонентів, найважливішими з яких є J⁻, Br⁻, NH⁺₄. Залежно від переважного вмісту тих чи інших іонів пластові води поділяють на сульфатно-натрієві, гідрокарбонатно-натрієві, хлормагнієві і хлоркальцієві. Кожен з цих типів вод підрозділяється на групи: гідрокарбонатні, сульфатні, хлоридні.

Для пластових вод нафтогазових родовищ характерний підвищений вміст іонів йду, брому, амонію і нафтенових кислот. За хімічним складом це хлоркальцієві розсоли із загальною мінералізацією 50 г/л і більше. Води нафтових родовищ бувають кислими і лужними гідрокарбонатно-натрієвого, а інколи хлоридно-сульфатно-натрієвого складу. Пластові води вміщують розчинений газ ( природний газ, азот, вуглекислий газ).