13.2 Мұнайды бумен ығыстыру

МБЫ- қаб. мұн. бергіш. арттырудың едәуір кең таралған әдісі болып саналады, яғни тұтқыр-ы жоғары мұнай-ды ығыс-у кезінде ол басқа әдістермен салыстыр-да белгілі бір артықшылықтарға ие. Бұл процесте бу тұтқырлығы жоғары және температурасы төмен мұнайлы жер бетінде орналасқан бу айдау скв-ы арқылы айдалады. Бұл скв-р мұнайлылықтың ішкі нұсқасына орн. Үлкен жылусыйымдылыққа ие (5000 кДж/кг астам) бу, 230⁰С –де ыстық судан 3-3.5 есе жылуы көп болады. Сондықтан бу қабатқа едәуір мөлшерде жылу энергиясын қабатты жылытууға және салыстырмалы тұтқырлықты азайту және судың, мұнайдың және газдың ұлғаюына жұмсалады. Бұл процесс қабатта үш аймақ пайда болады. Айдау скв-ы төңірегіндегі бу аймағы оның тем-сы бу t-нан кондесац-ң басталу t-на дейін өзгереді(400-250⁰C). Бұл кезде мұнайдан жеңіл фракциялардың бөлінуі байқалады(дистиляциясы) және оларды бумен қабат бойымен тасымалдау, яғни бу мен мұнайдың жеңіл фракцияларын біріккен фильтрациясы жүреді. Ыстық кондесат аймағы оынң t-cы конден-я t-нан(200⁰C) қабат t-на дейін өзгереді, изотермиялық емес мағ-ы конденсат жеңіл фракциямен мұнайды ығыстарды.Жәлу әсері қамтымаса бастапқы қабат t-сы аймағында, бұл аймақта мұнай қабат суымен ығыстырады. Мұнай бумен ығыс-у нег-і біртекті үлгі ұзындығы тем-ң(T) және қанығушының(S)таралуы.

Бұл әдістер тұтқырлығы жоғары мұнайларды және қасиеттері ньютондық емес мұнайларды өндіру үшін тиімді болып табылады. Бірақ жылулық әсет ету әдістері өндірістік игеруде жалғыз әдіс болуы мүмкін кен орындарда болады.

Мұнай тұтқырлығы – температураға тәуелді болады. Температура табиғи жағдайда қабатта қажетті жоғары болмайды. Тұтқырлығы 25-50 Мпа c жоғары мұнайды қабаттан эффективті өндіру үшін сол қабаттағы мұнайдың тұтқырлығын төмендету мақсатында жылу беру қажет.

Мұнайды 200-250 °С-ге дейін қыздырған кезде оның тұтқырлығы 500-1000-нан 5-20 Мпа с –ке дейін төмендеуі мүмкін. Практикада қабат құрамына жоғары тұтқырлықты мұнай қабат ішінде жанатын (құрғақ және сулы), мұнайды бумен шығару,ұңғыларды ыстық сумен және буциклдік бумен өңдеу әр түрлі жасанды жылумен әсер ету тәсілдерін қолданады.

Мұнайды қабаттан ыстық су және бумен шығару тәсілі

Температураның жоғарылауына байланысты мұнайдың тұтқырлығы және су төмендейді. Егер мұнайдың тұтқырлығы кәдімгі қабат жағдайында судың тұтқырлығынан бірсараң жоғары болса, мұнай тұтқырлығы лезде түседі.

Мұнаймен судың жылжу қатынасы жақсы жаққа өзгереді. Осы эксперименталды орнатылған фактісі – құрамында мұнай тұтқырлығы жоғары қабаттардың мұнай беруін көбейту үшін қабатқа жоғары температуралы суды немесе сулы буды айдауды қолданылудың басты себебі болуы.

Бұдан басқа ыстық сумен немесе сулы буды айдау кезінде кей жағдайларда мұнайдың құрамындағы көмірсутектердің жеңіл фракциялары буланады. Буланған көмірсутектердің жеңіл фракциялары өңдеп жатқан ұңғының түбіне бу немесе су ағындарымен бірге орын ауыстырады, осының нәтижесінде мұнайды жер астынан өңдеп алуы үлкейеді.

Ыстық суды немесе буды жоғары қысымды бугенераторларынан алады және оларды қабатқа жоғары температуралы қысымды жағдайларда жұмыс істеуге арналған арнайы жабдықтармен арнайы конструкциялы айдау ұңғылары арқылы қабатқа айдайды.

Ыстық суды немесе буды қабатқа айдау кезінде немесе жобалау кезінде судың термодинамикалық жағдайын білу қажет: сұйық, бу күйінде, судың және будың аралас күйінде немесе критикалық жағдайлы, осының бәрін суға арналған рТ диаграммасы арқылы білуге болады. Диаграммада қанығу сызығы, судың сұйық және бу фазалы облысын бөлетін сызық болып табылады. Осыдан критикалық нүктемен сипатталады. Су үшін

Егер судың қысымы және температурасы осындай болса, осы мәндерге сәйкес нүктесі диаграммада қанығу сызығында орналасқан. Осыдан су булы және сұйық жағдайда болып тұрғанын көруге болады. Су салмағынынң бірлігінде қанша мөлшерде судың сұйық немесе булы жағдайда болуы су салмағының бірлігінің жылу құрамына байланысты болады.

Егер будың қысымы және температурасы қанығу сызығындағы қысым мен температураға сәйкес келсе, ондай буды қаныққан бу деп атаймыз.

Қанығу сызығының үстінде судың жағдайы сұйық болады, ал қанығу сызығының астында болса, ыстық бу күйінде болады. Кейбір судың көлемін қанығу сызығына сәйкес болсын делік, онда будың массасы бұл көлемде М_{П –} ге тең болады, ал судың сұйық массасы М_{в -} ге тең. Осыдан

(1)

Мұндағы будың құрғақтығы

Мұнайды қабаттан ыстық сумен шығару процесінің есептеуін шешуінің, жылу фронты мұнайды шығару фронтынан қатты қалуына осы жағдай жеңілдетеді, осыдан қыздырылған облыстағы мұнай қабаттың бөлігін алатын қыздырылған облыстағы мұнай қабат температураның өзгеруіне қарағанда, шығару жолымен тезірек орнын ауыстырады. Осыны есептеуге алғанда мынадай шешімге келуге болады. Әрбір қыздырылған облыстағы қалған мұнай қанығуы шектеп қалған мұнайқанығуына қа тең болады. сол температураға немесе сол температураның ауытқуына сәйкес келеді.

Мұнай қатынастың бар екені эксперименталды дәлелденген. Бірнеше рет ыстық сумен жуылған кездегі соңғы мұнай беру коэффициенті, оның температурасына тәуелді болады. Ыстық сумен шығаратын мұнайдың температурасын үлкейте берсек, қабаттан мұнайды шығару мөлшерін көбейтуге мүмкіндік береді. (9) теңдігіндегі мәнін анықтайтын (8) формулаға қойсақ, қыздырылған облыстағы қалдық мұнай қанығу тарауын аламыз

Көмірсутектердің ауамен экзотермиялық реакцияға түсу қабілеті бар. Осының арқасында біз мұнай қабатында жылу алып, қолдануға болады.

Қабат ішінде жану тәсілінің негізіне кеуекті ортадағы жанбай қалған мұнай фракцияларының жылжуын үлкейтуге арналған, мұнай бөлігінің жану процесі енгізілген. Жану процесін арнайы жабдықтар көмегімен істейді. Ұңғы түбінің зонасында белгілі бір температура деңгейін тудырады да, ары қарай бұл процесс автономды режимде, бір немесе бірнеше ұңғымаға ауа жіберу арқылы жүреді. Ереже бойынша жану фронтының температурасы сулы бу қанығу температурасынан үлкен болады. 400-600°С деңгейінде болады.

Е гер қабат температурасы қабат жағдайларда парафиннің кристалдана бастағандағы температурасына тең немесе жақын болса, онда мұнайды салқын сумен ығыстыру қабаттың салқындауына парафин түсуіне және кеуектің тығындалуына әкеледі, бұл қабаттың біртексіздігі кезінде ұлғая түседі. Айдалатын салқын су өткізгіш қабат бойымен тез қозғалып, оның әсерінен өткізгіштігі төмен жоғары немесе төмен жатқан қабатшалардың салқындауының себебі болады. Салқындау мұнайдың қоюлануына одан да тиімсізі – еріген парафиндердің қатты фазаға түсуіне және қабатшалардағы мұнай қорының концервациясына әкеледі. Айтылған мұнай қасиеттерінің ерекшеліктері және қабаттың қатты қабаттың біртексіздігі мұндай қабатқа жылутасығышты айдау кезінде айтарлықтай эффектіні алуға әкелуі мүмкін. Бұл жағдайларда ыстық су (немесе бу) өткізгізгіштігі жақсы қабатқа өтіп, қабаттың жоғары не төмен жатқан қабатшаларын қыздырады, бұл мұнай тұтқырлығын төмендетеді және қордың толық алынуына ықпал жасайды.

Қабатқа жылулық әсер етудің әдістері қабаттың мұнай бергіштігін жоғарылату әдісі ретінде және тұтқырлығы жоғары мұнайды және таушайырларды өндірудің негізгі тәсілі ретінде тиімді. Жылулық әдістер негізгі түрлерге бөлінеді:

1. Қабатқа ыстық жылу тасығыштарды (су немесе бу) айдау.

2.Қабат ішінде жылжымалы жағу ошағын жасау.

3.Қабаттың түп аймағын айналымдық жылулық өңдеу.

Егер техникалық үрдістің алғашқы екеуі қабатқа әсер ету әдістеріне жатқызылса, онда соңғысы қабаттың түп аймағына әсер етуге қатысты. Техникалық жылу тасығыштардың арасындағы ең күштісі – су және бу. Бұл олардың жоғары энтальпиясымен (бірлік массасына келетін жылу құралы) түсіндіріледі. Негізінен будың жылу құрамы суға қарағанда жоғары, бірақ қысым өсе келе, олар бір-біріне жақындайды (13.1-сурет).

13.1-сурет. Қанығу күйінде будың қысымынан меншікті көлемді С05 және массалық жылу құрамының Сt тәуелділігіАйдау қысымы жоғарылауымен будың суға қарағанда артықшылығы, егер оларды қабатқа енгізілетін жылу мөлшері позициясынан бағалайтын болсақ, азаяды. Бұл сонымен қатар төмен қысымдар қажет болғанда тиімділік буды терең емес ұңғыларға айдау кезінде болатынын көрсетеді. Будың бірлік көлемінің жылу құрамы суға қарағанда әсіресе қысымдарда төмен екенін есте сақтаған жөн. Бірақ айдау ұңғыларының қабылдағыштығы бу айдау кезінде су айдауға қарағанда, будың тұтқырлығының әсерінен жоғары болады.

Ыстық судың құбырлар және қабат бойымен қозғалу кезінде оның салқындауы жүреді. Будың қозғалысы кезінде температураның мұндай төмендеуі бу түзілімнің жасырын жылуы және оның құрғақтылығының өзгерісі арқасында байқалмайды. Жылулық әсер ету үрдістері құбырларда, ұңғыларда және қабатта жабынды және табанды қыздыруға кеткен жылудың шығынымен байланысты. Пайдаланылатын бу генераторларының ПӘК-і шамамен 80%. Беттік бу өткізгіштердегі жылу шығындар шамамен 0,35 тен 3,5 млн кДж/тәу әрбір 100м-де дейін бағаланады. Бұл салыстырмалы аз үлес, өйткені қазіргі кездегі бу генераторларының өндірісі 250-650 млн. кДж/тәу.

1 3.2- сурет. Жылу пайдалану коэффициентінің өлшеусіз уақытқа τ=4λt/h2 тәуелділігі (Рубенштейн бойынша): χ-қоршаған жыныстардың температура өткізгіштік коэффициенті, м²/сағ; t- жылу тасығышты айдау уақыты, сағ; h-қабат қалыңдығы

Ұңғыдағы жылу шығыны СКҚ ұзындығының әрбір 100м шамамен 1,7 млн кДж/тәу құрайды. Жылу шығынын азайту үшін сақиналы кеңістікті газбен толтырады (газдың жылу өткізгіштігі сұйықтық жылу өткізгіштігінен аз). Есептеу көрсеткендей, ұңғыда жылу шығынын төмендету бойынша шараларды жүргізу кезінде ыстық су айдау кезінде ұңғыға енгізілетін жылудың жалпы мөлшерінен 2-3% дейін, және бу айдау кезінде оқпан қзындығының әрбір 100м –не 35% дейін жеткізуге болады. Ұңғы оқпанындағы шығындар жылулық әсер ету ушін қабаттың тиімді тереңдікте жатуын айтарлықтай шектейді: су үшін 1000-1200м және жылу тасығыш айдаудың максималды мүмкін қарқыны кезінде 700-1000м. Айдау жылдамдығының өсуі жылу шығындардың абсолюттік шамасына әсер етпейді. Сондықтан айдау қарқынының көбеюі жылу шығыны үлесінің қабатқа енгізілген жылудың жалпы мөлшерінен азаюына әкеледі.

13.3- сурет. – артта қалу коэффициентінің жылу тасығыштар айдау ұзақтығына:1-h =м; 2-h =20м; 3-h =10м; тәуелділігі.

Қабатқа әсер етудің жылулық тиімділігі қабат көлемінде жиналған Qп жылуының енгізілген жылудың Qв жалпы мөлшеріне қатынасымен бағаланады. Бұл қатынасты жылу пайдалану коэффициенті деп атаймыз. Қабаттың жабынына және табанына жылу шығындар жылу тасығыштармен қамтылған айдау фронтының және көлемінің ұлғаю шамасы бойынша көбейеді.

Қабат қалыңдығы азайған кезде жабынға және табанға кеткен шығындар үлесі көбейеді – жылу пайдалану коэффициенті азаяды. Жылу шығындар бағалауы көрсеткендей белгілі бір уақыт өткенде шығындар енгізілетін жылу мөлшеріне тең болады және жылу пайдалану коэффициенті 0-ге айналады. (13.2-сурет).

Жылудың нақты (реалды) шығындарын бағалау (13.2-сурет қара) χ=0,003 м³/сағ кезінде қалыңдығы һ = 5 м қабатқа 86,8 тәулікке айдаудан кейін жылу шығыны 42% жетті. Бұл итегралды шығындар жылу тасығыштың қабат бойынша ағынының радиалды немесе сызықты геометриясына тәуелді емес. Бұл бағалаулар сонымен қатар жылу тасығышты қабатқа енгізу қарқыны максималды мүмкін болу керек екенін көрсетеді, өйткені бұл кезде жылу пайдалану коэффициенті өседі.

Қабатта жылу беру конвектипті (ыстық су немесе бу ағынымен және диффузиялық) кеуекті ортаның жылу өткізгіштік есебімен тәсілімен жүргізіледі. Нәтижесінде қабатта жылу тасығыш фильтрациясы бағытында орын өзгертетін температуралық фронт түзіледі. Бірақ жылуауысу, яғни жылулық фронтының қозғалысы және масса ауысу яғни қабатта жылутасығыштың қозғалысы жылутасығыштар фильтрациясы жүретін қабатты ғана емес, қоршаған жыныстарды қыздыруға кеткен. Жылудың шығыны әсерінен болатын әр түрлі жылдық жылдамдықтарымен жүреді.

Ыстық су айдау кезінде қабатта екі аймақ түзіледі: температурасы төмендеген аймақ және бастапқы қабаттық температурасы бар жылулық әсермен қамтылмаған аймақ.

Бу айдау кезінде аймақ түзіледі. Бірінші аймақта бумен қаныққан шамамен бірдей температурасы бар аймақ оның температурасы осы аймақтағы қысымға тәуелді. Екінші аймақ – ыстық конденсат (су) аймағы, онда температура бумен қанығу температурасынан бастапқы қабат температурасына дейін төменделді.Үшінші аймақ – қабат температурасы бар, жылулық әсермен қамтылмаған және жылу тасығыш құрамындағы жылудың шығыны әсерінен қабатты және қоршаған жыныстарды қыздыруға жылулық фронт ығыстыру фронтына (жылутасығышфронтынан) қалып отырады, сонымен қатар қабат қалыңдығы аз болған сайын басқа жағдайлар кезінде артта қалу үлкен болады. Бұл қабат қалыңдығы аз болған кезде қабаттың жабыны және табанына кеткен жылу шығындарының үлесі көп болуымен және жылу тасығыштардың салқындауы тез жүретіндігімен түсіндіріледі.

Бірақ жылулық фронтының мұндай артта қалуы қабаттың және жылутасығыштың жылу физикалық және коллекторлық қасиеттеріне сонымен қатар, мұндайды сумен ығыстыру тиімділігіне (13.3-сурет) тәуелді. Суретте көрсетілгендей қабаттың қалыңдығы 10м болған кезде (3-сызық) 1 жылдан кейін температуралық фронт ығыстыру фронтынан 13,3 есе (α = 0,075), ал қабат қалыңдығы 30 м болға нкезде (1-сызық) 9,1 есе артта қалады.

Бу айдау кезінде, сол сияқты температуралық фронт ығыстыру фронтынан артта қалуы жүреді. Бірақ,бу түзілімдердің жасырын жылуы есебінен, бу конденсациясы кезінде қабаттың қыздырылған аймағы ыстық су айдаумен салыстырғанда 3-5 есе үлкейеді (айдалатын судың және қысымның құрғақтылығына байланысты).

Мұнда жылутасығыш ретінде ыстық сумен салыстырғанда буды пайдаланудың артықшылығы құралады.

Ыстық су айдау кезінде, жылулық әсермен қамтылмаған аймақта изотермиялық жағдайларда мұнайдың сумен ығыстырылуы жүреді, ал температура қабаттықтан ұңғы түбіндегі су температурасына дейін өзгеретін қыздырылатын аймақта изотермиялық емес жағдайда жүреді. Бұл кезде мұнайдың тұтқырлығы төмендейді. Мұнай және судың жылжымалық қатынасы жақсарады. Мұнай көлемінің жылулық ұлғаюы және молекулалық –беттік күштердің әлсіреуі жүреді. Мұның бәрі мұнай бергіштіктің ұлғаюына әкеледі.

Конденсация аймағында бу айдау кезінде ығыстыру механизмі ыстық су айдау кезіндегі ығыстыру механизміне ұқсас. Бірінші аймақта жоғары температураның арқасында мұнайдың жеңіл компоненттерінің бөлшектеп таралуы және олардың бу аймағынан конденсация аймағына өтуі жүред, бұл да мұнай бергіштіктің одан да ұлғаюына да әкеледі.

Аталған факторлардың әрқайсысының ролі қабаттағы температуралық жағдайларда сол сияқты қабат мұнайының физика – химиялық қасиеттеріне тығызыдығы, тұтқырлығы, жеңіл компонентердің және т.б. болуы тәуелді.

Сонымен қатар тәжірибеде ыстық сумен айдау кезінде айдау ұңғыларының қабылдағыштығының ұлғаюы және тұрақтануы байқалды. Бірақ, бу айдау кезінде саздардың ісуіне әкелетін тұщы конденсаттың кеуекті ортаның сазды компоненттеріне әсер ету нәтижесінде қабылдағыштықтың төмендеуі байқалуы мүмкін.

Қабатты іштен жандырудың қолданылу критериі. Қабатты іштен ылғалды жағу. Қабатты іштен тура жандыру.