API PUBL 4717-2002
Предикторы содержания водорастворимых органических веществ (WS0) в пластовой воде - обзор литературы

Стандартный №

API PUBL 4717-2002

Дата публикации

2002

Разместил

API - American Petroleum Institute

Последняя версия

API PUBL 4717-2002

сфера применения

Сброс очищенной пластовой воды в морские воды США регулируется разрешениями NPDES. Действующие общие разрешения на сброс пластовой воды в федеральные морские воды Мексиканского залива предусматривают общий лимит содержания нефти и жиров в 42 мг/л (ppm) в день максимум и 29 мг/л в среднем в месяц. Агентство по охране окружающей среды требует контролировать концентрацию нефти и жиров в пластовой воде с помощью метода EPA 413.1 или 1664. Оба метода являются гравиметрическими. Эти методы склонны переоценивать концентрацию нефтяных углеводородов в попутной воде из-за влияния растворенных неуглеводородных химикатов. Целью данного отчета является оценка химического состава попутной воды из нефтяных и газовых скважин@ и выявление водорастворимых органических химикатов (ВСО) в попутной воде, которые мешают гравиметрическому определению нефти и жира. Проводится первоначальная оценка физических и химических свойств попутной воды и связанного с ней резервуара ископаемого топлива@ с целью предсказать, какие попутные воды будут содержать высокие концентрации WSO. Пластовая вода может содержать до 1000 мг/л общего органического углерода (ТОС), большая часть которого находится в растворе. Большая часть растворенного органического углерода в пластовой воде приходится на анионы органических кислот C2-C5, такие как ацетат@ пропионат@ и бутират. Уксусная кислота обычно является наиболее распространенной органической кислотой в пластовой воде. Эти органические кислоты идентичны летучим органическим кислотам, вырабатываемым морскими организмами, и не токсичны и не устойчивы в морской среде. Небольшая часть (обычно менее 20%) растворенного органического вещества в пластовой воде состоит из низкомолекулярных алканов и ароматических углеводородов. Наиболее распространенными растворенными углеводородами в большинстве попутных вод являются ароматические углеводороды бензол@ толуол@ этилбензол@ и ксилолы (БТЭК). Концентрации БТЭК обычно находятся в диапазоне от 0,07 до 500 мг/л. Бензол обычно является наиболее распространенным. В пластовой воде также могут присутствовать низкие концентрации алканов с низкой молекулярной массой (от C5 до C20) и следы некоторых полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Концентрация общего количества ПАУ обычно составляет менее примерно 2 мг/л. Нафталин и алкилнафталины обычно встречаются наиболее часто. Фенолы обычно присутствуют в пластовой воде в концентрациях ниже 20 мг/л. Фенол Фенолы C1- @ и C2- обычно встречаются наиболее широко. Другие растворенные углеводородоподобные химические вещества, содержащие кислород, серу или азот, обычно присутствуют в следовых концентрациях. Пластовая вода содержит в растворе большую часть неметаллических, неорганических и ионов металлов, содержащихся в морской воде. Многие пластовые воды@, в том числе большая часть воды из Мексиканского залива@ США, имеют соленость (общая концентрация растворенных твердых веществ) выше, чем у морской воды (≥ 35 г/кг). Однако ионные соотношения в пластовой воде могут отличаться от таковых в морской воде. Некоторые металлы могут присутствовать в пластовой воде из различных источников в концентрациях, существенно превышающих (в 1000 раз и более) их концентрации в чистой природной морской воде. К металлам, наиболее часто присутствующим в пластовой воде в повышенных концентрациях, относятся барий@ кадмий@ хром@ медь@ железо@ свинец@ никель@ и цинк. Обычно только некоторые из этих металлов присутствуют в повышенных концентрациях в конкретной пробе пластовой воды. Пластовая вода@, особенно вода из Мексиканского залива@, содержит изотопы радия (226Ra плюс 228Ra) в концентрациях примерно до 2800 пКи/л. Органические кислоты являются наиболее важными в количественном отношении WSO в пластовой воде, которые мешают гравиметрическим методам определения общего содержания нефти и жира. Хотя они не экстрагируются эффективно органическим растворителем, используемым в гравиметрических методах (фреон или гексан), их концентрации в большинстве добываемых вод достаточно высоки, поэтому они вносят существенный вклад в массу органического вещества, экстрагируемого из пластовых вод. Обработка экстракта силикагелем (вариант метода 1664) снижает количество мешающих неуглеводородных WSO в экстракте. Считается, что органические кислоты в нефти или пластовой воде образуются в результате термического разложения кислородсодержащих органических веществ в нефтематеринских породах или в результате водного пиролиза углеводородов. Анионы органических кислот более растворимы в воде, чем в нефти, и поэтому переходят в пластовую воду из нефти в пласте. Оптимальная температура для этих процессов находится в диапазоне от 80°С до 120°С. При более низких пластовых температурах микробная деградация органических кислот снижает их концентрацию в пластовой воде. При более высоких пластовых температурах органические кислоты нестабильны и подвергаются термическому декарбоксилированию с образованием CO2 и низкомолекулярных углеводородов (природный газ). Из-за этих термических процессов концентрация всех летучих органических кислот в пластовой воде имеет тенденцию увеличиваться с повышением температуры ниже примерно 80°С. достигают самых высоких уровней в водоемах с температурой от 80?? до 120?? и снижение в водоемах с более высокими температурами. Однако на концентрацию органических кислот в любой добываемой воде влияет множество вторичных факторов. Таким образом, связь между температурой и концентрацией органических кислот в пластовой воде является лишь приблизительной. Невозможно использовать только пластовую температуру для прогнозирования концентрации органических кислот в пластовой воде. К основным вторичным факторам, влияющим на концентрацию органических кислот в попутной воде, относятся характер и количество органического вещества в нефтематеринских породах@ возраст пласта@ геология и расстояние миграции между нефтематеринскими породами и пластом@ и источники родственной воды в пласте . Следующие рекомендации основаны на результатах этого обзора: ? Дополнительный этап очистки силикагелем в методе 1664 следует использовать для удаления большинства полярных органических химикатов, которые мешают измерению содержания масел и жиров; и@ ? Необходимы последовательные корреляции между концентрациями органических кислот в попутной воде и физическими/химическими свойствами углеводородсодержащего пласта@, сырой нефти или газа@ и/или самой попутной воды@, хотя необходимые данные о составе и свойствах редко доступны. Если такую информацию можно получить от операторов, возможно, станет возможным смоделировать присутствие органических кислот и общего количества WSO в попутной воде.

API PUBL 4717-2002 История

• 2002 API PUBL 4717-2002 Предикторы содержания водорастворимых органических веществ (WS0) в пластовой воде - обзор литературы