ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ

БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Т. К. АХМЕДЖАНОВ

А. Т. ҚАРТАБАЙ, Т. У. ҚАМБАҚОВ

МҰНАЙ ЖӘНЕ ГАЗ КЕН ОРЫНДАРЫН ИГЕРУ ЖӘНЕ ПАЙДАЛАНУДЫҢ НЕГІЗДЕРІ

оқулық

Қазақстан Республикасының Білім және

ғылым министрлігі бекіткен

Алматы, 2011 ж.

УДК 665.6/.7(075)

ББК 35.514 я7

А 94

Пікір берушілер:

А. Қ. Қасенов – техника ғылымдарының кандидаты, доцент

(Қ. И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ-нің кафедрасы);

А. Н. Нысангалиев – техника ғылымдарының докторы, профессор

(Қазақ мұнай-газ институты).

Д. Ж. Абдели – техника ғылымдарының докторы, профессор

(Қазақ-Британ техникалық университетінің Мұнай инженериясы

кафедрасы).

Т. К. Ахмеджанов, А. Т. Қартабай, Т. У. Қамбақов

Мұнай және газ кен орындарын игеру және пайдаланудың негіздері. Оқулық. Алматы: ЖШС РПБК «Дәуір», 2011.- 267 бет.

ISBN 978-601-217-211-9

Оқулықта кен орындары туралы негізгі геологиялық мәліметтер, мұнай, газ, қабат сулары құрамы және қасиеті туралы негізгі мәліметтер келтірілген. Кен орындарды игерудің нақты шартын ескере отырып, мұнай-газ өндірудің негізгі технологиялық процестер, ұңғымалардың өнімділігін арттыру әдістері, мұнай және газды жинау және дайындауы сипатталған. Ұңғымаларды пайдалану тәсілдері, оны құбырмен тасымалдау, газдарды сепарациялау және қабат суды тазалау сұрақтары қарастырылған. Кәсіптік құрал-жабдықтардың осы саладағы соңғы жетістіктері ескерілген және принципиалды технологиялық схемасы келтірілген, сонымен қатар кен орындардағы құрал-жабдықтарды қолдану мысалдары келтірілген. Керекті формулалар және есептеулер, материалдарды меңгеруді тексеру, бақылау және өзіндік бақылау үшін тестілік сұрақтары, глоссарий берілген.

Оқулық ЖОО мұнай және газ мамандағы студенттеріне және колледж оқушыларына арналған.

7 кесте, 98 ил., 11 әдебиеттер тізімі.

ISBN 978-601-217-211-9

УДК 665.6/.7(075)

ББК 35.514 я7

© Т. К. Ахмеджанов, А. Т. Қартабай,

Т. У. Қамбақов, 2011 ж.

© ҚР Жоғары оқу орындарының

қауымдастығы, 2011 ж.

КІРІСПЕ

Қазақстанда мұнай көп уақыттан бері өндіріледі және пайдаланады, дегенмен мұнай кен орындарын қарқынды игеру XIX– ғасырдың аяғы XX– ғасырдың басынан басталған 1899 жылдың 13 қарашасында Қарашұңғылда 40 м тереңдіктен №7 ұңғымадан жеңіл мұнайдың бірінші фонтаны атқылағаны белгілі. Сол күннен Қазақстан Республикасында мұнай өнеркәсібінің дамуы басталады. 1911 жылы Доссор кен орыны Қазақстанда бірінші болып өңдірістік игеруге еңгізіледі. Республикадағы мұнай өндіру өнеркәсібі соғысқа дейінгі жылдары қарқынды дамыды. Жаңадан өнеркәсіп объектілері және жаңа мұнай кен орындары ашылды (Байшұнас, Ескене, Шұбар Құдық, Сағыз, Жақсымай). Гурьевте мұнай жабдықтарын шығаратын механикалық зауыт салынды, орталық ғылыми – лабораториясы құрылды. Ұзындығы 847 шақырым Каспий–Орск мұнай құбыры мен Қандыағаш–Гурьев темір жолы іске қосылды.

Құлсары кәсіпшілігіне нұсқа сыртынан су айдау және компрессорсыз газ айдау әдістері енгізілді.

XX ғасырдың 60– жылдардың ортасына дейін республикада мұнай өндіру баяу дамыды. Орта жылдық өнім өндіру 1,5 млн тоннадан аспады. Жалғыз мұнай ауданы Ембі бассейні болды.

Манғышлақ түбегінде 50– жылдардың соңында терең барлау ұңғыларын бұрғылау жұмыстары жүргізіле бастады, соның нәтижесінде Өзен және Жетібай ірі кен орындары ашылды.1961 жылы Жетібай кен орнынан бірінші фонтанды ұңғымадан мұнай алынды.

Аз уақыт ішінде жаңа кен орындарды игеру басталды. Манғышлақ–Мақат темір жолы салынды. “Мангышлакнефть” кәсіпшілік бірлестігі құрылды, 1965 жылдан бері осы жердегі ашық кен орындарды игеру басталды.

Өзен кен орнындағы ең негізгі құрлымдар мұнай құбырлары мен қабат қысымын ұстауға арналған су айдау құрлымдары, Өзен–Жетібай–Гурьев – Самара мұнай құбырының бірінші тізбегінің ұзындығы 712 шақырым Өзен– Гурьев бөлігі 1969 жылы іске қосылды. Бұл мұнай құбыры парафинді мұнайды алыс ара-қашықтықтарға тасымалдау мәселесінің бір беткей жаңа шешімі болды. Бозащы түбегіндегі жаңа мұнайлы аймақтарды игеру өнім өндірудің өсуін қамтамасыз етті. Қаражанбас және Қаламқас кен орындары пайдалануға енгізілді. Олардың ерекшелігі өнімді қабаттың терең жатпауы, мұнайының меншікті салмағы және құрамындағы ванадий үлесінің жоғары болуында.

Келесі 10 жылдықтағы Манғышлақ және Каспий маңы ойпатындағы пайдалануға берілген кен орындар: Тенге, Тасболат, Шығыс Жетібай, Қаражанбас, Мартыши, Қамысты және т. б.

1975 жылы республикада мұнай өндіру 23,9 млн тоннаға жетті және 1970 жылымен салыстырғанда 1,8 есеге өсті. 1976 жылы Теңіз құрлымындағы тұзасты шөгінділерінің өнеркәсіптік мұнайлылығы анықталды және 1979 жылы осы кен орны игеруге енгізілді, бұл кен орны мұнай қоры жағынан дүние жүзіндегі ең ірілерінің бірі болып саналады.

Келесі жылдар ішінде Каспий маңы ойпатындағы Жаңажол, Қарашығынақ аймақтарынан тұзасты шөгінділердегі мұнай-газды кен орындар ашылды.

1981–1992 аралығында республикадағы мұнай өндіру жоғары қарқынмен дамыды. 1981 дылғы мұнай өндіру 19,1 млн тоннадан 1992 жылы 25,8 млн тоннаға жетті.Маңызды оқиғалардың бірі Арысқұм майысуындағы Құмкөл ірі мұнайгаз кен орнының ашылуы және Каспий маңы ойпатындағы ірі мұнайгазоконденсатты Жаңажол, Қарашығанақ кен орындарының ашылуы болды. Осы кен орындарының ашылуы Қазақстанның мұнай-газ саласындағы шикізат базасын ұлғайтып, оны ірі өнеркәсіптік орталықтар қатарынан ерекшелердің қатарына ығыстырды.

Қазақстан Республикасының экономикасы үшін мұнай-газ өнеркәсібінің орны бөлек және өте маңызды болып табылады. Дүние жүзінде жылдан жылға көмірсутектерді тұтыну өсіп келеді, өз кезегінде Қазақстанда мұнай өндіру жыл сайын өсуде; жақын арада мұнай өндіру мөлшері 100 млн. тоннаға жеткізу тұр. Мұнай-газ саласында мыңдаған адамдар жұмыс істеп өздерінің үлесін қосуда. Сонымен қатар, салаға ірі жетекші шетелдік компаниялар инвестицияларын тартуда.

Келтірілген маңызды проблеманы шешу салаға заманауи мамандарды дайындауды қажет, оларды технологиялық және техникалық жетістіктермен таңыстыру, өндіріске еңгізуді талап етеді.

Осы оқулықта болашақ мұнай-газ ісінің бакалаврлары қалаған мамандықты меңгеру барысында бастапқы мәліметтерден хабардар болады. Атап айтқанда, мұнай-газ кен орындарының геологиялық негіздірін, мұнай және газдың физика-химиялық қасиеттерін, кен орындарын игеру және пайдаланудың анықтамаларын, жағдайлары мен жабдықтарын, қабаттардың мұнайбергіштігін арттыру тәсілдерін, кәсіпшілікте мұнай және газды жинау мен дайындаудың ерекшеліктерін және т.б., оқып білуге мүмкіндік алады.

Оқулықта тәжірибелік жұмыстардың тізімі, тақырыптар бойынша бақылау сұрақтары, өзіндік бақылау үшін тестілік сұрақтары, терминдерді түсіндіру жазбалары (глоссарий) келтірілген.

Оқулық қазақ тілінде бірінші рет шығарылып отырғандықтан, авторлар мұнайгаз ісі мамандардан келген ұсыныстарды талқылауға және қабылдауға ашық.

1 Мұнай-газ кәсіпшілік геологиясының негіздері

1.1 Жер қабатының геологиясы

Жер құрылысы

Жер топталған сыртқы қаптамадан (геосфера) немесе жер қабығынан, ішкі қабаттан, немесе мантиядан және ядродан тұрады.

Жер қабығы мен мантияны бөлетін шекара болып континентте 30-70 км және мұхит түбінде 5-10 км жататын – Мохоровичич жазықтығы есептеледі, ал мантия мен ядродан 2900 км орналасқан – Вихерт-Гуттенберг жазықтығы. Ядро – радиусы 6371 км болатын Жердің ішкі денесі.

Континенттерде (континент қабығы) Жер қабығы үш қабатпен анықталған: жоғарғы – «шөгінді», орта – «гранитті» және төменгі – «базальтті».

Мұхит түбіндегі Жер қабығы да үш қабаттан тұрады: жоғарғы – «шөгінді», орта – «вулканды» және төменгі – «базальтті», ал «гранитті» қабат ғалымдардың болжамынша, болмайды.

Жазық материкті түптер (өтпелі аудан қабығы) немесе шельфтер Жер қабығының құрылысы, қабат қалыңдығы, жыныс тығыздығы бойынша континентальді және мұхит аралығында орналасады.

Жер қабығының құрамы

Жер қабығы минералдардан тұратын тау жыныстармен түзілген. Жаратылысы бойынша тау жыныстары атқыланған (магмалық), шөгінді және метаморфты деп бөлінеді.

Магмалық тау жыныстары жер қабығының бетінде немесе жер қойнауында магма деп аталатын силикатты ерітіндінің қату нәтижесінде пайда болған. Магмалық жыныстар көбінесе кристал құрылымды болып келеді. Олар тығыз, көп бөлігінде өте қатты, біртекті массив болып келеді. Магмалық жынысқа базальт, гранит тән.

Шөгінді тау жыныстары магмалық жынысқа және су бассейндерінің түбінде және материк бетіндегі жануарлар мен өсімдіктер қалдықтарымен құрамы мен әр түрлі пішін бөлшектерінің жиналымдары мен магмалық жынысқа су мен желдің механикалық және химиялық әсердің нәтижесінде түзілген [1].

Жаратылу тегіне байланысты тау жыныстары келесі төрт топқа бөлінеді.

Ι. Сынықты.

1. Қатаң сынықты: борпылдақ малталанған (ұсақталған) сынықтармен (валунник, ұсақ жұмыр тас, гравий); цементтелген малталанған сынықтармен (конгломерат, гравелит); борпылдақ бұрышты сынықтармен (глыбы, щебень, древеса); цементтелген бұрышты сынықтармен (жентек тастар).

2. Орташа сынықты: борпылдақ (құмдар), цементтелген (құмтастар);

3. Ұсақ сынықты: борпылдақ (алевролиттер, супестер, лёстер); цементтелген (алевролиттер, тасты лёстер);

4. Жіңішке сынықты (саздар, аргиллиттер).

Тау жыныстарының типтік шарттары 1.1-суретте келтірілген.

1.1-сурет. Тау жыныстары

Шөгінді жыныстар: 1 – әктас; 2 – бор; 3 – мергель; 4 – доломиттер; 5 – саз; 6 – саздақ; 7 – сазды тақтатастар; 8 – құм; 9 – қисық жатқан қатпарлы құм; 10 - сазды құм; 11 – құмтас; 12 – ұсақ жұмыр тас; 13 – конгломерат; 14 – жентек тастар; 15 – конкреция; 16 – лёсс; 17 – морена; 18 – әктастылық; 19 – мергелденген; 20 – темірленген; 21 – кремнийленген; 22 – пириттенген; 23 – пириттенген әктас; 24 – битумдалған тақтатас; 25 – көмір; 26 – торф; 27 – мұнайлылық құм; 28 – газды құм; 29 – сулы құм; 30 – фосфорит; 31 – гипс; 32 – тұз.

Магмалық жыныстар: 33 – тереңдіктегі қышқылды жыныстар; 34 – орташа тереңдегі қышқылды жыныстар; 35 – негізгі тереңдегі жыныстар; 36 – негізді тереңдегі ультра жыныстар; 37 – қышқыл эффузивтер; 38 – орташа эффузивтер; 39 – негізгі эффузивтер; 40 – оттысұйық сел мен пемза; 41 – жанартаулы туфтар.

Метаморфты жыныстар: 42 – гнейстер; 43 – кристалды тақтатастар; 44 – метаморфты тақтатастар; 45 – мәрмәр; 46 – кварцит; 47 – роговиктер және яшмалар; 48 – ирек түтіктер.

ΙΙ. Органогенді:

1. Карбонатты (органикалық жаратылысты әктастар, бор).

2. Кремнийлі (диатомит, трепел).

ΙΙΙ. Хемогенді:

1. Карбонатты (химиялық жаратылысты әктастар, әктасты туфтар – травертиндер, доломиттер, сидериттер).

2. Кремнийлі (кремнийлі туфтер).

3. Темірлі (қоңыр темір тас).

4. Галоидты (тасты тұз, сильвинит).

5. Сульфатты (ангидрит, гипс).

6. Аллитті (латерит, боксит).

7. Фосфатты (фосфориттер).

8. Каустобиолеттер (торф, қазбалы көмір, мұнай, асфальт, жанғыш тақтатас, газ).

IV. Аралас жаратылысты (әктасты құмтастар, құмтасты әктастар, мергельдер, опокалар).

Метаморфтық тау жыныстарды байырғы шөгінді, магмалық типті тау жыныстарының тереңде батып өзгеруінен жаралған жыныстарды айтады. Осылайша өскен температура мен қысым әсерінен бұрынғы нығыз, магмалық жыныстар тақталанады, ал шөгінді жыныстар кристалл құрылымды жынысқа көшеді. Метаморфты тау жыныстарының ішінде кварциттер, мәрмәрлар, яшмалар, тақтатастар, гнейстер көп кездеседі.

Геология уақыты

Тау жыныстарының жасын анықтау жер қабаттарының кезектесіп түзілу ретін зерттеу нәтижесінде құралған. Органикалық қалдықтар, қабаттардың құрамы, құрылысы және өзара тік және көлденең бағытта орналасу жайлы негізінде жердің геологиялық тарихын сипаттайтын геохронологиялық саты құрастырылған. Геохронологиялық сатыға сүйену арқылы уақыттың геологиялық бөлшегінде құрастырылған тау жыныстырының жиынтығы көрсетілген стратиграфиялық сатылардан құралған. Төменде негізгі геохронологиялық және стратиграфиялық бөлімдердің қатынасы келтірілген, яғни уақыт интервалына сәйкес құрылған жыныс жиынтығын немесе геологиялық уақыт интервалын анықтайды.

Геологиялық уақыт интервалы .......................................Эра Кезең Дәуір Ғасыр

Интервал кезінде құралған жыныстардың жиынтығы...Топ Жүйе Бөлім Ярус.

Солай эра кезінде топ деп аталатын тау жыныстарының кешені қалыптасты, ал кезең кезінде жүйе деп аталатын тау жыныстары қалыптасты және т.с.

Геохронологиялық кестеде (1.1-кесте) әрқайсысы кезеңге бөлінген эра деп аталатын 5 ірі геологиялық уақыт интервалы көрсетілген, ал әр кезең – дәуірге бөлінген.

Геохронологиялық қатарды сонымен қатар анағұрлым ұсақ хронологиялық интервалдармен құрауға болады: дәуірді ғасырларға бөледі.

Стратиграфиялық кестенің бөлімшелері де сондай атауға ие. Мысалы, кайнозой эрасына кайнозой тау жыныстары сәйкес келеді, ал неогенді кезеңде неоген жүйесінің кешенді жыныстар түзілген және т.б. Алайда дәуір атаулары бөлім атауларымен жиі сәйкес келмейді.

1.1-кесте. Геохронологиялық кесте

Зон	Эра					Кезең		Дәуір		Ұзақтығы (эра бастауынан кейінгі жасы), млн. жыл
Фанеро­зой	Кайнозой KZ					Төрттік Q				1,8
						Неоген N		Плиоцен N2 Миоцен ni		22 (23±1)
						Палеоген Р		Олигоцен Р3 Эоцен Р2 Палеоцен P1		41 (65±3)
	Мезозой MZ					Бор К		Кейінгі К2 Ерте ki		70 (135±5)
						Юра J		Кейінгі J3 Ортаңғы J2 Ерте J1		55—60 (190±5)
						Триас Т		Кейінгі Т3 Ортаңғы Т2 Ерте Т1		40—45 (230±10)
	Палео­зой PZ		Кейінгі PZ2			Перм­ь Р		Кейінгі Р2 Ерте pi		50-60 (285±15)
						Тас көмір С		Кейінгі С3 Ортаңғы С2 Ерте C1		50—60 (350±10)
						Девон D		Кейінгі D3 Ортаңғы D2 Ерте d 1		60 (405±10)
			Ерте PZ,			Силур S		Кейінгі S2 Ерте Sг		25-30 (435±15)
						Ордовик­ О		Кейінгі О3 Ортаңғы О2 Ерте О1		45—50 (480±15)
						Кембрий­ €		Кейінгі €3 Ортаңғы €2 Ерте €1		90—100 (570±20)
							Венд				(~680)
Протеро­зой PR
											(2600±100)
Архей AR											(4600±200)