46

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі

Қ.Жұбанов атындағы Ақтөбе мемлекеттік университеті

Мұнай және газ ұңғымаларын бұрғылау пәнінің дәрістер жинағы

т.ғ.к., доцент

Алдамжаров Н.Н.

Актөбе

МАЗМҰНЫ

Мазмұны......................................................................................................................

Дәріс №1 Кіріспе...................................................................................................

Дәріс №2 Мұнайгаз ұңғымаларын бұрғылаудың тау-геологиялық жағдайлары.................................................................................................... нет

Дәріс №3-5 Тау жыныстарын талқандау аспаптары........................................

Дәріс №6 Түптік қозғалтқыштар.......................................................................нет

Дәріс №7 Бұрғылау тізбегі...............................................................................нет

Дәріс №8-9 Тау жыныстарын талқандау.............................................................

Дәріс №10-13 Ұңғымаларды жуу және жуу сұйықтары....................................

Дәріс №14-17 Ұңғыманың бұрғылау бағытын реттеу.......................................

Дәріс №18-19 Өнімді қабаттарды алғашқы рет ашу және сынау......................

Дәріс №20-21 Ұңғымаларды бекіту....................................................................

Дәріс №22-25 Ұңғымаларды цементтеу..............................................................

Дәріс №26-28 Ұңғымаларды игеру және сынау.............................................нет

Дәріс №29-30 Ұңғымалар құрлысының негізгі құжаттары. Ұңғыма құрлысының техника-экономикалық көрсеткіштері.............................................................. нет

Әдебиеттер тізімі...........................................................................................

Тест сұрақтары............................................................................................

Дәріс №1 Тақырыбы: Кіріспе

Бұрғылау жұмыстарының мұнай – газ өндірісінің дамуындағы ролі

Кез келген мемлекеттің материалдық-техникалық қоры, даму дәрежесі мұнай өнімдері мен оны жұмсау мүмкіндіктеріне байланысты бағаланады. Сондықтанда мұнай-газ өндірісі саласына ерекше көңіл бөлінеді. Мысалы: КСРО-да 1920ж – 3,8млн.т, 1927ж – 21,7млн.т, 1946ж – 100млн.т, 1968ж – 300млн.т, 1980ж – 600млн.т-дай мұнай өндірілген.

Қазақстанда мұнай өндіру көлемі 1911ж – 16,7мың т, 1917ж – 254 мың т, 1930ж – 325 мың т, 1939ж – 697мың т, 1956ж – 1млн 59мың т, 1970ж – 13млн 200мың т, 1980ж – 25млн 820мың т, 2000ж – 25млн 900мың т, 2005ж – 51млн т.

Қазақстанда 200-ден астам кен орны бар, соның 50-ден астамы ғана игерілген. Дүниежүзі мемлекеттері арасында Қазақстан мұнай қоры бойынша алғашқы ондыққа кіреді.

Қазан төңкерісіне дейін Қазақстанда Орал – Ембі аймағында 8 мұнай кәсіпорны құрылып, жұмыс жасаған. Бұл өңірде сол кездің өзінде 166 барлау, 117 пайдалану ұңғымалары бұрғыланған. Олардың көбі Доссорда шоғырланған. Бұрғылау жұмыстары өндірістің көптеген саласында қолданылады: тау-кен, көмір өндіру, химия, құрылыс саласы.

Ұңғыманы бұрғылау және даму тарихы

Ең бірінші бұрғылау жұмыстары қай елде бірінші болып басталғандығы туралы мәліметтер жоқ. Кейбір мәліметтер бойынша б.э.д. 2000жж Қытайда ең бірінші ұңғымалар тұз ерітіндісін алу үшін қолданылған-мыс. Ресейде XVI ғасырда тұз ерітіндісін өндірудегі қол жазбалар сақталған.

1126ж Францияда ең бірінші су құдығы (ұңғыма) қазылған, ал Ресейде – 1370ж.

Ең бірінші мұнай ұңғымасы 1847ж Әзербайжанда бұрғыланған (Биби-Эйбат). Осыдан 22жылдан кейін 1869ж Балкан аймағында (Әзербайжан) Мирзоев деген инженер ұңғыма бұрғылауға рұқсат алған. 1871ж осы жерде тереңдігі 45м-лік екі ұңғыма бұрғыланып мұнай алынған. Осыдан бастап Әзербайжанда мұнай ұңғымаларының саны жылдам өсе бастаған. Мысалы: 1873ж – 9, 1875ж – 55, 1878ж – 301, 1900ж – 3000-дай ұңғыма бұрғыланған.

Ресейде мұнай өндірісінің құрылған жылы 1864ж деп есептеледі. Осы жылы Таман шатқалында механикалық-соққылама бұрғылау тәсілімен мұнай ұңғымасы бұрғыланып, 1866ж 55м тереңдіктен мұнай табылған.

Қазақстанда мұнай ұңғымаларын бұрғылау 1892ж басталған.

Ұңғыманы бұрғылау. Бұрғылау үрдісінде қолданылатын жабдықтар. Ұңғыма және оның классификациясы

Ұңғыма дегеніміз жер қыртысында арнайы бұрғылау аспаптарымен қазылатын диаметрі тереңдігінен бірнеше есе кіші цилиндр формалы тау-кен құрылысы. Ұңғыманың басталатын жері - сағасы, цилиндр беті – қабырғасы немесе оқпаны, ең төменгі шеті – түбі деп аталады. Сағасынан түбіне дейінгі ұңғыма осі бойынша арақашықтық – ұзындығы L, ал ұңғыма осі проекциясының тіке аралығы – тереңдігі һ деп аталады.

Ұңғыма тіке және көлбете-бағытталып, түбі тұтастай және керн алынып, диаметрі жоғарыдан төмен қарай кішірейіп бұрғыланады. Ол кен орнының геологиялық жағдайына және ұңғыма конструкциясына байланысты.

Ұңғыма оқпанының осі іс жүзінде кеңістіктік қисық болып келеді. Осі тіке бағытынан 2⁰-3⁰ – қа дейін ауытқыған ұңғыма тіке ұңғыма деп аталады. Белгілі бір бағытта және белгілі бір бұрышпен қисайтылып бұрғыланған ұңғыма көлбете-бағытталған ұңғыма деп аталады. Тіке бағыттан 90⁰ – қа ауытқығын ұңғыма көлбеу (горизонталь) ұңғыма деп аталады.

Сағалары бір-біріне жақын орналасқан (3м жақын емес) көлбете-бағытталған ұңғымалар шоғыр құрайды. Кен орындарын мұндай тәсілмен қазу шоғырлама бұрғылау деп аталады.

Өнімді қабаттарды құрғату немесе олардың өнімділігін арттыру мақсатымен негізгі оқпаннан бірнеше қосымша оқпан бұрғыланған ұңғыма көп оқпанды ұңғыма деп аталады.

Ұңғыма диаметрі 59...1000мм аралығында болады. Ұңғыма диаметріне байланысты үлкен (ротор диаметрінен 760мм- ден жоғары), қалыпты (558...190мм аралығында) және кішірейтілген (190мм-ден кіші) болып бөлінеді.

Шартты түрде тереңдігі 1000м-ге дейінгісі – таяз, 5000м-ге дейінгісі – терең, 5000м-ден жоғарысы - өте терең ұңғыма деп аталады.

Ұңғымалардың мақсаты, тағайындалуы әр түрлі болуы мумкiн. Барлық ұңғымалар келесідей топтарға бөлiнедi:

1. Тіректік ұңғыма – ірі кен орындарының геологиялық құрамы мен гидрогеологиялық жағдайын зерттеу, мұнай мен газ жиналатын шөгінді тау жыныстарының таралу заңдылықтарын анықтау үшін бұрғыланады.

2. Параметрлік ұңғыма – төмен тереңдіктердегі тау жыныстарының геологиялық құрылымын зерттеу және перспективалы кен орындарын анықтап, оларда геологиялық барлау жұмыстарын жүргізу мақсатымен бұрғыланады.

3. Құрылымдық ұңғыма – тіректік және парапметрлік ұңғымаларды бұрғылау барысында алынған құрылымдарды мұқият зерттеу, осы құрылымдарда іздеу-барлау жобаларын дайындау мақсатында бұрғыланады.

4. Іздеу ұңғымасы – геологиялық іздеу жұмыстары мәліметтері бойынша дайындалған кен орындарының мұнай-газдылығын анықтау немесе жаңа мұнай-газ қорларын ашу мақсатымен бұрғыланады. Іздеу ұңғымаларын бұрғылау барысында тау жынысының үлгілерін, су, газ, мұнай сынамаларын алу арқылы кен орнының геологиялық қимасы анықталады.

5. Барлау ұңғымасы - өндірістік мұнай-газдылығы анықталған кен орындарында мұнай мен газ өнімдерінің қорын есептеу кен орнын пайдалануға дайындау мақсатымен бұрғыланады.

6. Пайдалану ұңғымасы – толық барланған және пайдалануға дайындалған кен орындарында мұнай мен газ өндіру мақсатымен бұрғыланады. Бұл ұңғымалар қатарына кен орнын тиімді пайдалануға тікелей қолданылатын бағалау, бақылау және айдау ұңғымалары да жатады.

а) бағалау ұңғымасы - өнімді қабаттардың жұмыс режимін, пайдалану көрсеткіштерін, сұлбасын анықтау үшін пайдаланылады.

ә) бақылау ұңғымасы - кен орнының игерілу режимін үзбеу қадағалап отыру үшін пайдаланылады.

б) айдау ұңғымасы - өнімді қабаттардың қабат қысымын түсірмей ұстап тұру мақсатымен пайдаланылады.

7. Арнайы ұңғыма – өндірістік су қалдықтарын жинау, жерасты мұнай-газ қоймаларын дайындау, ашық фонтанды тоқтату, техникалық су қорларын барлау және пайдалану үшін қолданылады.

Ұңғымаларды бұрғылау тек мұнай және газ өнеркәсібінде қолданылмайды, сондай-ак басқа да пайдалы қазбаларды барлап – алуға, тұрғын жерлерді сумен қамтамасыз етуге, жер асты орталығын өшіруге, шахталарды вентиляциялауға және т.б. мақсаттарда бұрғыланады.

Ұңғыманы айналмалы тәсілмен бұрғылаудың технологиялық сұлбасы

Бұрғылау тәсілдерін тау жыныстарына әсері бойынша келесі түрлерге бөлуге болады: механикалық, термиялық, физика–химиялық, электржалындық және т.б.

Механикалық бұрғылау соққылама, айналмалы және соққылап –айналмалы тәсілдерімен жүзеге асырылады. Соққылама бұрғылау тәсілі – 50ж астам уақыттан бері мұнай-газ өнеркәсібі саласында қолданылмайды. Дегенмен пайдалы қазбаларды барлау, инженерлік-геологиялық іздеу жұмыстарында қолдау таып жүр. Ол тек қана арқанды соққылама бұрғылау. Мұнай-газ ұңғымаларын бұрғылауда тек айналмалы бұрғылау тәсілі қолданылады. Бұл тәсіл бойынша ұңғыма оқпаны үздіксіз айналатын қашаумен бұрғыланады. Тау жынысының ұсақталған бөлшектері жер бетіне жуу сұйықтығының ағынымен көтеріледі. Айналмалы бұрғыла тәсілінің екі түрі бар: роторлық және түптік қозғалтқыштармен бұрғылау.

Бұрғылау үрдісі келесі шаралардан тұрады: көтеріп-түсіру жұмыстары және ұңғыма түбіндегі қашау жұмысы. Ұңғыма қабырғасы опырылмау және мұнайлы, газды, сулы қабаттарды біріктіру үшін ұңғымаға шегендеу тізбегін түсірген кезде бұрғылау жұмыстары тоқтатылады. Ұңғыма бұрғылау үрдісімен қатар қосымша бірнеше жұмыстар атқарылады: керн алу, жуу сұйықтығын дайындау, каротаж, оқпанның қисаюын өлшеу, мұнай, газ ағынын шақыру үшін ұңғыманы игеру және т.б. қиыншылық немесе апаттық жағдайлар туындағанда қосымша жұмыстарды (апаттық) атқару қажеттілігі туындайды. Ұңғыма бұрғылау үрдісінде аталған шараларды жүзеге асыру үшін бұрғылау мұнарасы қолданылады.

Бұрғылау құбырлары тізбегінің ең жоғарғысы дөңгелек емес, квадрат (алты қырлы болуы да мүмкін). Ол жетекші бұрғылау құбыры деп аталады. Жетекші құбыр ротор арқылы өтіп, ұңғыма тереңдеген сайын төмен қарай түседі.

Ротор бұрғы мұнарасының ортасына орналасады. Бұрғылау құбырлары мен жетекші құбыр іші қуыс болып келеді. Жетекші құбырдың жоғарғы шеті вертлюгпен байланыстырылады. Вертлюг бұрғылау тізбегімен бірге айналады, ал жоғарғы бөлігі әрдайым қозғалыссыз болады.

Қозғалмайтын бөлігіндегі саңылауға майысқыш шланга жалғанады, ол арқылы ұңғыма бұрғылау үрдісінде бұрғылау сораптары көмегімен жуу сұйықтығы айдалады. Жуу сұйықтығы бұрғылау тізбегінен өтіп және қашау саңылаулары арқылы шығып, ұңғыма түбіне беріледі. Қашаудан шыққан сұйықтық ұңғыма түбін жуып, талқандалған тау жынысы бөлшектерін ұңғыма қабырғасы мен бұрғылау тізбегі арасындағы сақиналы кеңістік арқылы жоғарыға алып шығарады да жыныс бөлшектерінен тазаланып, қайтадан сораптар арқылы ұңғымаға беріледі.

Жоғарғы қозғалмайтын бөлігіне бекітілген штроп арқылы вертлюг тәл блогымен жалғанған көтергіш ілмекке ілінеді. Бұрғы мұнарасының ең шыңында бірнеше роликтен тұратын кронблок орналасқан.

Бұрғылау барысында құбырлар тізбегі ілмекке ілініп тұрады және тереңдеген сайын төмендейді. Қашау тозғаннан кейін бұрғылау құбырлары тізбегі жоғары көтеріліп, қашау алмастырылады.

Ұңғыма жер бетінен 30...600м тереңдікке бұрғыланған соң, борпылдақ жыныстарды және қабат суларын бекіту үшін ұңғымаға кондуктор түсіріледі. Кондуктор түсірілгеннен кейін шегендеу тізбегі мен ұңғыма қабырғасы арасындағы кеңістікті цементтеу жүргізіледі. Цемент ерітіндісі қатқаннан кейін бұрғылау жұмыстары қалпына келтіріледі

Ұңғымаға диаметрі алдыңғы шегендеу тізбегінің диаметрінен кіші қашау түсіріледі. Жобалық тереңдікке дейін бұрғыланған ұңғымаға шегендеу тізбегі (пайдалану тізбегі) түсіріліп, цементтеледі. Цементтеу сулы және мұнайлы қабаттарды бір-бірінен оқшаулау үшін жүргізіледі. Егер пайдалану тізбегін бұрғылау барысында айтарлықтай қиындықтар туындаса, онда кондуктордан кейін бір немесе екі аралық (техникалық) тізбек түсіріледі.

Ұңғыма құрылыс циклы. Календарлық уақыт балансы және бұрғылау жылдамдығы туралы түсінік

Бұрғылау қондырғысының орнын дайындаудан бастап, ұңғыма құрылысын аяқтаған соң бұрғылау қондырғысын демонтаждау және оны басқа орынға тасымалдау, ұңғыманы пайдалануға өткізуге дейінгі атқарылатын жұмыстар жинағы ұңғыма құрылыс циклы деп аталады.

Ұңғыма құрылысының толық циклы келесідей кезеңдерден тұрады:

1. бұрғылау қондырғысые монтаждауға дайындық жұмыстары (қондырғы орнын жоспарлау, қатынас жолдарын салу, су, байланыс және электр желілерін орнату);

2. бұрғылау қондырғысын монтаждау (қондырғы іргетастарын орнату, оларға қондырғы блоктарын отырғызу, қондырғы блоктарын бір-бірімен байланыстыру, жуу сұйықтығы мен жанармай сақтау ыдыстарын және тұрмыстық блоктарды орнату);

3. ұңғыманы бұрғылауға дайындық (бағыттау құбырларын орнату, жұмыс процесін жеңілдететін механизмдерді орнату, тексеру, бұрғы шлангасын вертлюгпен жалғау, машина кілттерін ілу, аспаптарды тексеру, мұнараны центрлеу, ротордың горизонтальдығын тексеру);

4. ұңғыманы бұрғылау және оны шегендеу құбырларымен бекіту;

5. өнімді қабаттарды сынау, игеру және ұңғыманы пайдалануға өткізу;

6. бұрғылау қондырғысын демонтаждау және оны жаңа орынға тасымалдау.

Бұл аталған жұмыстар арнайы құжаттар ережелеріне сай жүргізіледі. Олар - «Мұнай және газ ұңғымалары құрылысын жүргізу барысындағы бірыңғай техникалық ережелер» және «Мұнай-газ кәсіпорындарындағы қауіпсіздік ережелері».

(1), (2), (6) – кезең жұмыстарын мұнара монтаждау бригадалары, (3), (4) – кезеңді бұрғылау және (5) – кезеңді ұңғыманы сынау және игеру бригадалары жүргізеді.

Ұңғыма бұрғылануының басы – бірінші бұрғылау құбырын түсіру, ал соңы – ұңғыманы жуып болғаннан кейін, құбырларды көпіршеге жинап, тізбекті саңылаусыздыққа сынау болып саналады.

Ұңғыманың бұрғылану ұзақтығын анықтау үшін календарлық уақыт балансы құрылады. Календарлық уақыт балансы келесідей мәліметтерден тұрады:

1. бұрғыланудың өнімді уақыты - t_өн, соның ішінде:

• өтімділікке қажет уақыт – t_м – механикалық бұрғылау, t_к-т – көтеріп-түсіру жұмыстары ;

• қосымша-дайындық жұмыстарына қажет уақыт – t_қ-дж

• ұңғыманы бекітуге қажет уақыт – t_б

2. жөндеу жұмыстарына қажет уақыт – t_ж

3. қиындықтарды жоюға қажет уақыт – t_қж

4. өнімді емес уақыт – t_өе , оған кіретіндер:

• апатты жоюға кететін уақыт – t_а

• дайындық-техникалық себептерге байланысты тұру уақыты – t_т

Бұрғылау мен бекітудің календарлық уақыт балансын төмендегідей сипаттауға болады:

Т_к.б = t_м + t_к-т + t_қ-дж + t_б + t_ж + t_қж + t_а + t_т

Календарлық уақыт балансы мен ондағы мәліметтер әртүрлі бұрғылау жылдамдықтары мен ұңғыма құрылысының қарқынын анықтауға мүмкіндік береді.

1.Механикалық бұрғылау жылдамдығы:

V_м= һ/ t_м

мұндағы һ – қашау өтімділігі, м

2.Рейстік бұрғылау жылдамдығы:

V_м= һ/ t_м + t_к-т + t_қ-дж

3.Техникалық бұрғылау жылдамдығы бұрғылау қондырғысының өнімді жұмысының 1 айдағы өтімділігімен сипатталады.

V_т= 720H_ө/ t_ө

мұндағы H_ө - ұңғыма тереңдігі, м;

t_ө - өнімді уақыт - t_м + t_к-т + t_қ-дж + t_б

720 – 1 айдағы календарлық уақыт, сағ

4.Коммерциялық бұрғылау жылдамдығы бұрғылау қондырғысы жұмысының 1 айдағы өтімділігімен анықталады.

Vк= 720H_ө/ Т_к.б

5.Циклдық жылдамдық ұңғыма құрылысы циклындағы өтімділікпен анықталады.

Vк= 720H_ө/ Т_ц

мұндағы Т_ц – ұңғыма құрылысы циклының уақыты, сағ.

Бақылау сұрақтары

1. Ұңғыма дегеніміз не?

2. Ұңғыма қандай топтарға бөлінеді?

3. Ұңғыманы бұрғылаудың қандай тәсілдері бар?

4. Айналмалы бұрғылау сұлбасын түсіндіріңіз

5. Қандай бұрғылау жылдамдықтарын білесіз?

Дәріс №2 Тақырыбы: Мұнайгаз ұңғымаларын бұрғылаудың тау-геологиялық жағдайлары

Дәріс №3-5 Тақырыбы: Тау жынысын талқандау аспаптары