О некоторых уникальных свойствах воды и водных растворов, используемых в рудопоисковой геологии и в технологиях нефтедобычи

Размещено на http://www.allbest.ru/

О некоторых уникальных свойствах воды и водных растворов, используемых в рудопоисковой геологии и в технологиях нефтедобычи

Р.М. Курмангалиев

Показаны уникальные свойства полмерных превращений воды, когда в особых температурных точках происходит выделение из гидротермальных растворов определенных групп рудных минералов. В практике подготовки нефтяных скважин к эксплуатации широко применим метод гидроструйной перфорации с добавками к воде небольших порций полимера, а при операции первичного вскрытия пласта - способ магнитной обработки промывочной жидкости для предотвращения набухания глин и увеличения репрессии.

Unique characteristics of water polymeric change, when isolation from hydrothermal solutions particular groups of ore mineral takes place in particular temperature points are shown. In practice of oil wells' preparation to exploitation, there is widely used method of hydro-spray perforation with small portion of polymer addition to water and during the operation of the first opening of layer - the method of magnetic processing of washer fluid for prevention of clay swelling and repression increase.

Окружающая нас вода - это вещество с уникальными свойствами, которые не только еще полностью не раскрыты, но наверняка далеко не все изучены. Она обладает аномальными свойствами, способностью перевоплощаться, принимать различные формы, растворять в себе различные вещества в одних случаях и «отдавать» их в других. Как выяснилось, вода не отвечает физическим законам, которым подчиняются все другие подобные соединения- аналоги соединений кислорода с водородом, например гидраты.

Большая часть современного знания о воде получена лишь во второй половине ХХ в. В результате продолжающегося развития исследований на воду количество накопленных научных фактов непрерывно возрастает. По этому поводу В.И. Вернадский отмечал: «По-видимому, даже многократные открытия одной и той же истины, приближения к ней с разных сторон, в разных местах, в разные времена, прежде чем она будет осознана, понята и войдет в науку, является обычным явлением в истории науки» [1].

К настоящему времени стали широко известными аномальные свойства омагниченной воды [2], явление диа-и парамагнетизма водных растворов [3,4], которые испоьзуются в промышленности, сельском хозяйстве, биологии и лечебной медицине [5]. Значительно раньше начали использовать лечебно-питьевые и бальнеологические свойства минеральных источников, содержащих специфические лечебно-активные макрокомпоненты и газы. Издревне известны лечебно-бальнеологические свойства соляных озер и грязей. Получило использование в сельском хозяйстве (замачивание семян и пр.) применение дегазированной воды, получаемой путем нагревания до кипения и быстрого охлаждения [6], или активированной воды, подвергнутой интенсивной термобарической обработке [7]. вода нефтяной скважина гидроструйная перфорация

Тем не менее продолжают оставаться малоизвестными чрезвычайно важные физические свойства воды и водных растворов, успешно применяемые в рудопоисковой геологии и нефтепромысловой практике.

Как известно, процесс гидротермального рудоотложения во многом зависит от свойств единого растворителя - воды. Как показали исследования ее структуры, вода обладает уникальными свйствами полиморфных превращений в особых температурных точках: 4, 40, 85, 165, 225, 270, 340, 4100С, в которых происходит импульсное изменение кислотности растворителя, что определяет основные условия осаждения металлов из гидротермальных растворов [8,9].

Учитывая, что ведущим фактором гидротермального рудоотложения является структурная перестройка воды, в целях выделения особых точек ее полиформизма А.В.Кокиным [10] были изучены декриптометрические свойства минералов из 14 гидротермальных месторождений Якутии. Результаты статистической обработки анализов 3594 мономинеральных проб кварца, сульфидов и золота позволили выделить 7 температурных максимумов ваккуумной декриптизации и гомогенизации включений вблизи температурных точек полиформизма воды: 49 11, 85 7, 160 5, 2228, 2657, 3409, 430170 С.

Физическая сущность совпадения выделенных температурных максимумов при декриптизации включений в минералах различных по возрасту и генезису гидротермальных месторождений с точками полиморфизма воды состоит в том, что на границе этих структурных превращений происходит выпадение широкого круга рудных минералов, в том числе и кварца вне зависимости от существования внешних физико- химических барьеров. В точках полиморфизма воды и, по-видимому, кварца сапороизвольно создаются такие «импульсные» изменения кислотности растворителя, которые определяют направленность реакции в гидротермальном рудообразующем растворе и оказывают влияние на состав растворенной твердой фазы [9]. При переходе этих температурных границ выпадение металлов из растворов подчиняется закону действующих масс, но не в каждом температурном интервале структурных превращений воды, а только в определенных температурных точках в зависимости от геологических условий рудообразования. Анализ частоты встречаемости групп включений в минералах позволяет выделить определенную закономерность, которая сводится к тому, что в 55-80 % всех случаев в рудных минералах гидротермальных месторождений формируются три основные температурные группы включений в диапазоне 85- 2650С [10].

Именно в этом интервале температурных максимумов и соответствующих им точках полиморфизма воды проявляются границы выпадения избыточных элементов из гидротермальных растворов, образующих скопления полиметаллических и редкометальных оруденений и отражающих зональность циклично-периодической деятельности флюидного режима земной коры на этапах прогрессивного и регрессивного литогенеза.

В практике подготовки нефтяных скважин к эксплуатации первоначальным звеном служит вскрытие пласта - комплекс операций для сообщения продуктивного пласта со скважиной. В этом комплексе операций важное место отводится вторичному вскрытию- созданию перфорационных отверстий и каналов после спуска и цементирования обсадной (эксплуатационной) колонны.

Вторичное вскрытие продуктивного пласта производят перфораторами различных конструкций. В числе нескольких типов перфораторов в настоящее время наиболее употребительным является гидроструйный метод перфорации.

При гидроструйной перфорации образование перфорационных отверстий и каналов происходит за счет ударного действия движущейся с большой скоростью струи жидкости. Для повышения абразивного воздействия в жидкость добавляют песок.

Неожиданный на первый взгляд эффект получается при добавлении к воде небольших добавок полимера- абразивное действие струи усиливается - полимерный раствор пробивает металл лучше, чем смесь воды с песком и даже воды со стальными частицами. Обьясняется это следующим. Полимер представляет собой вязкоупругую систему, для которой характерна немгновенная связь между нагрузкой и деформацией, т.е. деформация запаздывает по отношению к нагрузке. Это запаздывание оопределяется реологическим параметром- временем релаксации. Если при ударе полимерной частицы о преграду время контакта меньше времени релаксации, то частица не успевает деформироваться и ведет себя как абсолютно твердое тело. При ударе песчинки или стальной частички, которые являются упругими телами, происходит их мгновенная деформация, на которую тратится часть кинетической энергии частицы. Поэтому пробивная способность водопесчаной или водометаллической смеси меньше, чем водополимерной [11].

Другие примеры использования физических свойств воды при подготовке нефтяных скважин к эксплуатации связаны с ее магнитной обработкой.

В процессе первичного вскрытия продуктивного пласта основными факторами, определяющими эффективность данной операции, являются состав и свойствами используемой промывочной жидкости (плотность, реологические характеристики, водоотдача). При этом для предотвращения набухания глин и увеличения начального градиента давления между скважиной и пластом (репрессии) используют различные способы обработки промывочного раствора (внесение специальных добавок и пр.) К более дешевым и надежным относится магнитная обработка воды.

При контакте обработанной в постоянном магнитном поле воды с глинами монтмориллонитовой группы последние практически не набухают. Более того, обработка уже набухшей глины омагниченной водой приводит к восстановлению начальной проницаемости и снятию начального градиента давления.

Следующий пример использования омагниченной воды связан с технологией освоения нефтяных скважин. В числе технологических схем разобщения пластов в многопластовых залежах известен метод разобщения пластов изолирующими магнитными пробками. В основе этого способа лежит магнитно-реологический эффект - изменение реологических параметров магнитной жидкости под действием магнитного поля. В качестве магнитной жидкости применяют жидкость с большой вязкостью и добавкой магнитного вещества.

При наложении внешнего магнитного поля жидкость «твердеет» и образовавшаяся пробка оказывается в состоянии выдерживать требуемые перепады давления.

Приведенные методы и технологии далеко не исчерпывают широкий спектр физических свойств и особенностей такого уникального природного тела, как вода, стоящего особняком в истории нашей планеты.

Литература

1. Аксенов, Г. Вернадский ЖЗЛ / Г. Аксенов . - М.: Молодая гвардия, 2001.- 165 с.

2. Классен, В.И. Омагничивание водных систем / В.И. Классен. -М.: Химия, 1978.- 238с.

3. Курмангалиев, Р.М. Явление диа- парамагнитного эффекта водных растворов / Р.М. Курмангалиев.-Уральск. Западно-Казахстанский ЦНТИ, 1995. №85-С. 95.-5.

4. Курмангалиев, Р.М. Биологическая роль диа-и парамагнетизма водных растворов / Р.М. Курмангалиев // Вода в биосферных процессах. -Уральск, 2001. - С. 80-91.

5. Курмангалиев, Р.М. Основы гидрогеомагнитной экологии / Р.М. Курмангалиев, Уральск.- 2004.- 52 с.

6. Зелепухин, В.Д. Ключ к «живой» воде / В.Д. Зелепухин, И.Д. Зелепухин, Алматы: Кайнар, 1987. - 176 с.

7. Летников, Ф.А. Активированная вода / Ф.А. Летников, Т.В. Кащеева, А.Ш. Минцис, Новосибирск: Наука, 1976. -135 с.

8. Масалович, А.М. Геология рудных месторождений / А.М. Масалович.- М., 1975.-Т.51.- № 2. - С. 59-69.

9. Овчинников, Л.Н. Основные параметры природных процессов эндогенного рудообразования / Л.Н. Овчинников, А.М. Масалович, Новосибирск: Наука, 1979.- Т.1.- С. 66-76.

10. Кокин, А.В. Соответствие ступеней минералообразования температурным точкам полиморфизма воды и кварца в гидротермальных месторождениях Якутии / А.В. Кокин // Докл. АН СССР, 1982.- Т. 262.- № 1. - С.198-201.

11. Мирзаджанзаде, А.Х. Технология и техника добычи нефти / А.Х. Мирзаджанзаде, И.М. Ахметов [и др.]. - М.. Недра, 1986.-С. 25-38.

Размещено на Allbest.ru