Расчет склонности воды к солеотложению по РД 39-01478070-026ВНИИ-86, по Оддо-Томсону и РД 39-0147103-302-88

Расчет склонности воды к солеотложению по РД 39-0148070-026ВНИИ-86 основан на использовании индекса насыщения (в РД он назван показателем стабильности) Стиффа-Дэвиса который равен разности рабочего рН и расчетного рН_нас, соответствующего насыщению воды карбонатом кальция при заданных условиях. В методике по данному РД на основе измеренного рН определяется рабочий рН.

Для расчета необходимо ввести: обводненность W, температуру рабочей среды во время отбора пробы t°_раб, температуру при которой производятся измерения pH_изм; измеренное значение pH_изм; рабочее давление Р_раб, давление при котором ведутся измерения Р_изм, компонентный состав воды (концентрация компонентов в мг/л) и плотность раствора p.

Результатом расчета является показатель стабильности (ПС), если ПС<=0, то вода является стабильной, т.е. отсутствует выпадение солей, если ПС>0, то вода склонна к солеотложению.

Расчет выпадения сульфатов производится по методике Оддо-Томсона

Метод изложен В.Е. Кащавцевым, на основании зависимостей полученных Оддом и Томсоном.

В нефтепромысловой практике прогнозные оценки солеотложения осуществляют-ся по степени насыщения вод солями, определяемой по формуле

где [Kt⁺]·[An^-] - произведение фактических концентраций солеобразующих катио-нов и анионов;

L_KtAn - термобарически равновесное произведение растворимости.

При S>1 возможно выпадение солей,

При S<1 в растворе содержится соединение в таком количестве, что осадок не выпа-дает.

По методу Дж. Оддо и М Томсона оценку возможного выпадения сульфатных со-лей можно осуществлять по индексу насыщенности, определяемой по формуле

где при SI>0 предполагается выпадение солей, а при SI<0 – дефицит насыщенности раствора солевых соединений и отсутствие осадка.

Относительно индекса насыщенности получена серия уравнений (табл. 1), которые могут использоваться в расчетах солеобразования.

Таблица 1 - Уравнения по прогнозированию сульфат образующих солей

Солевые соединения	Уравнение по индексу насыщенности (SI)
Барит (BaSO₄)
Целестин (SrSO₄)
Ангидрит (CaSO₄)
Бассанит (CaSO₄ x 0,5 H₂O)
Гипс (CaSO₄ x 2 H₂O)
Сульфат магния (MgSO₄)

Примечание: [BaSO²⁺], [Sr²⁺], [Ca²⁺], [Mg²⁺], [HCO₃^-], [SO₄^2-] – моляльные концентрации соответствующих ионов; Т – температура, ^oC; Р – давление, МПа; μ - ионная сила раство-ра определяется по формуле

или

где - сумма концентраций одно-, двух- и трехвалентных ионов, мг-экв/л; m - моляльные концентрации ионов; z - валентность ионов.

Температурные диапазоны образования сульфатно-кальциевых отложений для различных модификаций солей неоднозначны. До температуры 80 ^oС преимущественно выпадает гипс, а после 120 ^oС сульфатно-кальциевый осадок полностью состоит из ангидрита. Диапазон температур 80-120 ^oС является переходным, в нем формируется бассанит, особенно в нетурбулентных системах, может встречаться любая из трех модифи-каций: вначале диапазона – гипс, в конце, после температуры 100 ^oС - главным образом ангидрит. В связи с этим соответствующие уравнения из таблицы 1 должны быть ориентированы на данный диапазон температур.

Метод оценки склонности нефтепромысловых вод к выделению твердых взвесей (осадка) сульфата кальция по РД 39-0147103-302-88

Эта методика предназначена для оценки стабильности исследуемых водных сред в ши-роком интервале минерализации (пластовые, поверхностные воды, их смеси) к выделению твердого осадка сульфата кальция. Оценка производится расчетным путем на основании данных химического анализа ионного состава вод.

Склонность исследуемой воды к выделению твердой взвеси (осадка) сульфата кальция CaSO₄ рассчитывают по коэффициенту пересыщения S_CaSO₄

где ПР - произведение растворимости сульфата кальция (принимается равным 3,05·10^-5);

ПА - произведение активности ионов;

[Ca²⁺], [SO₄^2-] - концентрации тех же ионов, моль/л;

ƒ_Ca²⁺, ƒ_SO₄^2- - коэффициенты активностей соответствующих ионов.

Из условия равенства зарядов ионов кальция и сульфата принимается равенство их коэффициентов активностей и среднего коэффициента активности для CaSO₄. Коэффи-циенты активности находят по модифицированному уравнению Дебая Гюккеля:

где [Cl^-], [Mg²⁺], [Na⁺ + K⁺] - концентрация ионов, моль/л;

J - ионная сила, моль/л.

Ионная сила растворения солей в воде рассчитывается по формуле

При степени насыщения S_CaSO₄ >1 принимается, что такая вода склонна к выделению твердой взвеси сульфата кальция.

При необходимости количество выпадающего сульфата кальция рассчитывают по уравнению

где P - количество выпадающего сульфата кальция, мг/л;

136 – молекулярная масса сульфата кальция, мг;

10³ – переводной коэффициент;

Δ[C] = [C_факт] - [C_равн] - разность фактической и равновесной концентраций того из ионов, который по данным анализа находится в меньшем количестве.

При [Ca²⁺] > [SO₄^2-] - равновесная концентрация [SO₄^2-]:

При [Ca²⁺] < [SO₄^2-] - равновесная концентрация [Ca²⁺]:

Коэффициенты активности при этом ƒ_CaSO₄^± = ƒ_Ca²⁺ = ƒ_SO₄^2-