ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қ.И.СӘТБАЕВ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Мұнай және газ институты

«Мұнай және газ өнеркәсібінің машиналары мен жабдықтары» кафедрасы

Джексенбаев Ержан Копжасарович

Аблакимова Айнур Кайшибаевна

СТУДЕНТТЕРДІҢ ПӘНДІК

ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

«Мұнай және газ өндірудің технологиясы» пәні бойынша

5В072400 - Мұнай және газ өндірісінің технологиялық машиналары мен жабдықтары

Алматы 2010

Лекция сабақтарының конспектілері

Дәріс 1. Қабат энергиясының көздері. Кеніштердің жұмыс істеу режимдері.

Мұнай қабаты параметрлерінің және қанықтандырушы сұйықтардың негізгі түсініктері және аңықтамалары.

Мұнай кен орны бір-бірінің астында жататын және оларды бос немесе суқанықтырылған жыныстармен айыратын бір немесе бірнеше кеніштерден тұрады. Оларды бірге немесе бөлек эксплатациялауға болады. Әрбір кенішті бөлек эксплуатационды объект ретінде қарастыруға болады. Кеніштің құрамында бірнеше тәуелсіз объектілер болу мүмкін.

Мұнай кеніші бұл геомеханика себептерімен түсіндірілетін жер қабатының кейбір аймағында сұйық көмірсутектердің жиналуы. Көп жағдайларда мұнай кеніші су қабатымен байланысқан. Бұл өзара орналасудың екі негізгі типі болуы мүмкін. Егер су мұнай қабатының барлық ауданы бойынша төмен орналасса, онда бұл суды табанды деп атайды. Егер сумен шектесу кеніштің төменгі қабаттарында және оның қанаттарында болса онда бұл кезде – нұсқалы су термині қолданылады. Мұнай және су арасындағы шекара орналасқан деңгей сумұнай түйісудің орнын аңықтайды.

Бірқатар жағдайларда мұнай кенішінен жоғары және төмен орналасқан су және мұнай қабатының ішіндегі кіші қабаттарда орналасқан су (аралық су) кеніштің эксплуатациясына әсер ету мүмкін.

Мұнай кенішінің құралуы кезінде бос газбен толтырылған аймақтар пайда болуы мүмкін, олар газ шапкалары деп аталады. Бұл аймақтың өлшемдері кішкентай болу мүмкін, бірақ кей жағдайларда бұл аймақтар өнідірске пайдалы болу мүмкін. Бұл жағдайда кеніш мұнайгазды деп аталады.

Қабат қысымы түсінігі

Қабаттағы мұнай ұңғыға қабат және ұңғы түбі арасындағы қысымдардың айырмашылығы әсерінен жүреді. Қабат қысымы – кеніштің күнделікті энергетикалық күйін аңықтайтын негізгі фактор. Мұнай кен орындарының және ұңғылардың эксплуатациясына байланысты қысымдарға арналған бірқатар терминдер айырылады.

Қабат қысымы - бұл ұңғының ұзақ уақыттан тоқтағаннан кейін осы ұңғының түбінегі тұрақталған қысым. Ол ұңғы ішіндегі, биіктігі сұйық деңгейінен өлшем жүргізілетін тереңдікке тең сұйық бағанасының гидростатикалық қысымына тең. Әдетте бұл биіктік ретінде қабаттың ашылған қалыңдығы интервалының ортасы алынады. Сонымен бірге бұл қысым ұңғылармен ашылған қабаттың ішіндегі қысымға тең, сондықтан ол қабат қысымы деп аталады.

Ұңғы тоқтатылған соң оның ішінде тұрақталған сұйық бағанасының деңгейі статикадық деңгей деп аталады. Егер де ұңғы сағасы саңылаусыздырылған (герметизацияланған) болса, онда ұңғының жоғары бөлігінде сұйық деңгейіне кейбір қысым әсер ететін газ жиналады болады. Бұл жағдайда сұйық деңгейі ұңғының статикалық жағдайларына сәйкес келгенмен ол статикалық деп аталмайды.

Ұңғы түбіндегі динамикалық қысым ұңғыдан сұйық немесе газ алынған кезде тұрақталады. Түптегі динамикалық қысымды түптік қысым деп атайды, ал статикалық қысым қабат қысымы деп аталады. Сонымен бірге статикалық қысым да динамикалық қысым да түптік қысым болып табылады.

Сұйықтың динамикалық деңгейі бұл атмосфералық қысым әсер ететін жұмыс істейтін ұңғыда тұрақталатын сұйық деңгейі. Саңылаусыздандырылған құбыраралық кеңістік болған жағдайда динамикалық қысым деңгейден түпке дейінгі сұйық бағанасының гидростатикалық қысымының және деңгейге әсер ететін газ қысымының суммасына тең болады. Сұйық бағанасының биіктігі тігінен өлшенеді. Сондықтан көлбеген ұңғыларда гидростатикалық қысымдарды есептеген кезде ұңғылардың қисықтығын ескеру керек.

Орташа қабат қысым қабаттың жалпы күйін және ұңғыларды эксплуатациялау жағдайларын және әдістерін таңдауға негіз болатын энергетикалық сипаттамаларын бағалауға мүмкіндік береді. Аймақтық қабат қысымдарын сипаттайтын және кеніштердің әртүрлі бөліктерінде орналасқан ұңғылардағы статикалық қысымдар әр түрлі болу мүмкін. Бұл қабат аймақтарының әр түрлі өңделу деңгейіне оның әр тетіктілігіне және де басқа себептерге байланысты болады. Сондықтан орташа қабат қысым түсінігі қолданылады. Орташа қабат қысымы р_ср бөлек ұңғылардағы статикалық қысымдардың өлшеулері бойынша есептеледі.

Қабат қысымын ұстау кезінде суды қатарлары бар айдаушы ұңғыларға айдайды. Қабатта айдаушы ұңғылар орналасқан аймақтарда жоғары қысым пайда болады. Айдау процесін сипаттау үшін және оның динамикасын бақылау үшін айдау аймағындағы қабат қысымы түсінігі қолданылады. Осы мақсатпен изобара картасында айдаушы ұңғылардың орналасу аймақтарын белгілі изобарамен қоршау арқылы белгілейді. Бұл изобара бастапқы қабат қысымының мәніне ие болу мүмкін.

Белгілі изобарамен шектелген аудан сыртында, яғни өндіруші ұңғылар аймағында да үш әдістерінің бірімен орташа қабат қысымын аңықтайды. Ол алу аймағындағы қабат қысымы деп аталады. Барлық жағдайда қабат қысымын қабаттың көлемі бойынша орташаланған мәні деп аңықтау дұрыс деп саналады.

Өңдеудің басында барлаушы ұңғылар тобы бойынша аңықталған орташа қабат қысымы бастапқы қабат қысымы деп аталады.

Өңдеу және эксплуатация кезінде қабат қысымы өзгереді. Қабат қысымының динамикасы эксплуатацияланатын объектінің күйі туралы ең маңызды информацияның көзі болып табылады. Сондықтан уақыттың әр түрлі моменттерінде орташа қысымды аңықтайды және осы қысымның уақыттағы өзгеру графиктерін тұрғызады. Бұл қысымды күнделікті қабат қысымы деп атайды.

Түптік қысымдарды дұрыс бағалау және оларды салыстыру үшін келтірілген қысымы түсінігі енгізіледі. Өлшенген немесе есептелінген түптік қысымдар шартты көлденең жазықтыққа келтіріледі, бұл жазықтық ретінде абсолюттік белгісі белгілі кеніштің шектерінде орналасқан кез-келген жазықтық алыну мүмкін. Әдетте келтіру жазықтығы ретінде абсолюттік белгісі кен орның барлау кезінде аңықталатын бастапқы сумұнай түйісу арқылы өтетін жазықтық алынады. Егер ұңғы түптері өткізгіштік қабат арқылы байланысса, онда олардың ішінде бірдей келтірілген статикалық қысымдар тұрақталады.

Ұңғы 1-дегі келтірілген қысым (сурет 1.1)

Ал ұңғы 2-дегі келтірілген қысым

бұл жерде – қабат жағдайларындағы мұнай тығыздығы; g - ауырлық күшінің үдеуі; - келтіру жазықтығының және ұңғы 1,2-нің гипсоместриялық белгілерінің айырмасы.

Егре сумұнай түйісуі -ке көтерілсе, ал келтіру жазықтығы өзгермей қалса, онда ұңғы 1 және 2 үшін келтірілген қысымдар мынаған тең болады

Бұл жерде ∆h₁ және ∆h₂ – ұңғы түптерінің, күнделікті ұңғы түптерінің және сүмұнай түйісудің күнделікті орналасудың белгілерінің айырмасы; ρ_в - қабат жағдайларындағы судың тығыздығы.

Сурет 1.1. Көлбеу қабаттың сүлбесі:

1 – қабаттың су қанықтырылған бөлігі; 2 – бастапқы түйісу; 3 – мұнай қанықтырылған бөлігі; 4 – келтіру жазықтығы

Нег.:1.(11-23)

Бақылау сұрақтары:

1. Қабат қысымы дегеніміз не?

2. Динамикалық қысым дегеніміз не?

3. Сатикалық деңгей деп нені айтамыз?

4. Динамикалық деңгей деп нені айтамыз?

Мұнай қабаттарының жұмыс істеу режимдері.

Сұйықтың қабат бойынша фильтрациясы қабат энергиясы арқылы іске асырылады. Сұйық қабат қысымы әсері астында сығылған күйде болады. Әдетте кен орнын эксплуатациялау процессі кезінде қабат қысымы азаяды.

Қабат қысымының өзгеруін әрдайым бақылап тұрады және ол тез азаяған кезде кенішке жасанды әсер ету әдістері қолданылады, мысалыға қабат қысымын ұстау әдістері. Қабаттың энергетикалық ресурстарын сипаттайтын қабат қысымының төмендеу темпі қабат сұйықтығын алу темпіне тәуелді болады: мұнай, су және газ. Осы сұйықтықты алу темпі кен орнын игеру проектіне және қабат қысымының ұстауы іске асырылатына тәуелді болады. Бұл жасанды факторлар. Сонымен бірге қабат энергиясының қоры, қабат қысымының бастапқы өлшемі және оны азаю темпі табиғи факторларға да тәуелді болады – табғиғи факторлар:

• газды шапка, оның энергиясы кен орнын игеру кезінде қолданылады;

• қабат жүйесінде серпімді энергияның қоры;

• мұнайда еріген газдың құрамы (мөлшер), осы газдың ұлғаюы қабат сұйықтарының және газдардың ұңғылардың түптеріне қозғалуына әкеледі;

• игеру объектісінің қабаттық нұсқа сырты суымен қоректену көзі және осы сумен қабаттағы мұнайды ауыстыру интенсивтілігі;

• гравитациялық фактор, бұл гравитациялық фактор құлау бұрыштары үлкен болатын қабаттарда мұнайдың ысырылып шығарылуына көмектесу мүмкін.

Атап айтылған факторлар табиғи жағдайлармен аңықталады және кен орнының құралу процессіне байланысты, бұл факторлар технологқа тәуелді емес. Осы факторлардың біреуі игеру, өндіру процесі кезінде негізгі рөл атқаруы мүмкін.

Капиллярлы-беттік күштер үлкен меншікті жазықтығы болатын қуыстылық орталарға көп әсер етеді, олар қабат сұйықтығының фильтрациясын баяулатады. Осы себептен атап айтылған факторлармен қоса капиллярлы-беттік күштер ұңғы түптеріне сұйықтың ағып келуінің интенсивтлігін аңықтайды.

Қуыстық қабатта оны эксплуатационды және айдаушы ұңғылар жүйесімен дренаждау кезінде аңықталатын барлық жасанды және табиғи факторлардың қосындысын қабаттың режимі деп атайды. Режимдердің бес түрі болады: суарынды (табиғи және жасанды), серпімді, газарынды (газды шапка режимі), ерітілген газ режимі және гравитациялық режим.

Дренаждау режимінің дұрыс бағалануына ұңғылардан сұйықтың алу нормалары, шекті мүмкін динамикалық түптік қысым, игерудің гидродинамикалық көрсеткіштерін болжау үшін арналған есептегіш-математикалық аппараттарды таңдау, сұйық және газ өндіру мөлшерлерін аңықтауы, ұңғылардың сулану процессін есептеу және максималды мүмкін мұнайбергіш коэффициентке жету үшін арналған тағы да басқа шаралар тәуелді.

Бірақ та кеніштің режимін аңықтау оңай емес, өйткені бірқатар жағдайларда режимді аңықтайтын факторларды біруақытта көріп аңықтауға мүмкін емес. Сондықтан идеал жағдайды қарастырады, яғни бір режим аңық түрде пайда болған кезді қарастырады. Бұл жағдайда кеніштердегі процесстерге тек қана бір режим әсер етеді деп есептелінеді, ал басқа режимдердің әсері мүлдем жоқ немесе өте аз деп алынады.

Суарынды режим

Бұл режим болған кезде мұнайдың фильтрациясы нұсқа сырты немесе шектегі сулар арқылы жүргізіледі. Әдетте бұл сулар жаңбыр суымен немесе айдаушы ұңғылар жүйесі арқылы қоректенеді.

Суарынды режимнің болу жағдайы мына теңсіздікпен аңықталады

р_пл>р_нас ,

бұл жерде р_пл – орташа қабат қысым, р_нас - қанықтыру қысымы.

Серпімді режим

Бұл режимде мұнайдың ығыстырылуы қабат қанқасын және мұнай кенішін қоршайтын мұнайдың серпімді ұлғаю арқылы жүреді. Бұл режим пайда болу үшін қабат қысымы қанықтыру қысымынан жоғары болу керек. Қабат тұйық болу керек, сонымен бірге оның серпімді энергиясы мұнайдың негізгі қорларын шығарып алу үшін жеткілікті болу үшін қабат ауданы үлкен болу керек.

Ортаның көлемдік серпімді коэффициенті осы ортаның бастапқы көлемінің үлесі ретінде аңықталады.

Бұл жерде ∆V – серпімді ұлғаю арқылы көлемнің өсуі; ∆р - қысымның өсуі (қысымның төмендеуі); V - ортаның бастапқы көлемі.

Газды шапка режимі

Бұл режим қабат энергиясының көзі ретінде газды шапкада шоғырланған газ серпімділігі болған жағдайда пайда болады. Бұл үшін кеніш перифирия бойынша саңылаусыз жыныстарамен немесе тектоникалық бұзылулармен қоршалуы керек. Нұсқа сыртындағы су белсенді болмауы керек. Мұнай кеніші газды шапкамен түйісу керек. Бұл жағдайда бастапқы қабат қысымы қанықтыру қысымына тең болады, өйткені кенішті дренаждау газды шапканың үздіксіз ұлғаюы кезінде жүреді және мұнай әрдайым газбен түйіседі. Бұл типті кеншіті игеру кезінде орташа қабат қысымының өзгеру темпі игеру темптеріне және кеніштің мұнайқанықтырушы бөлігінің газды шапка көлемінің қатынасына тәуелді болады.

Газды шапка режимі кезінде кен орындарын игеруі кезінде міндетті түрде қабат қысымның төмендеуімен бірге жүреді, бұл дебиттердің азаюына және фонтандалу периодтың қысқаруына әкеледі. Нақты жағдайларда бұл типті кен орындарының игерілуі аралас режим арқылы жүргізіледі, яғни қабат қысымын суды нұсқа сырты аумаққа немесе газды газды шапкаға айдау арқылы жасанды түрде ұстау. Газды шапка режимі кезіндегі мұнайбергіштік 0,4-0,5-тен аспайды.

Бұл режим кезінде газды фактордың өсуі болады және мұнай қорларының азаюына қарай ұңғының таза газдың өндіруне өтуі да болады. Негізінен газды шапка режимі өте сирек қолданылады. Ұңғылардың өнімі әдетте сусыз болады.

Ерітілген газ режимі

Мұнай кенішін дренаждаған кезде мұнайдан үздіксіз газдың бөлінуі және осы газдың бос күйіне көшуі болса, осы арқылы газмұнайлы қоспа көлемінің өсуі және осы қоспаның ұңғы түптеріне фильтрациясы болған жағдайда бұл ерітілген газ режимі деп аталады. Бұл режим кезінде қабат энергиясының көзі ретінде газмұнайлы қоспаның серпімділігі болып табылады.

Ерітілген газ режимінің болу шарттары:

• қабат қысымы қанықтыру қысымынан төмен болуы;

• нұсқа сырты суының болмауы немесе белсенсіз нұсқа сырты суының болуы;

• газды шапканың болмауы;

• геологиялық кеніш жабық түрде болуы.

Бұл жағдайларда қабат энергиясы қабаттың мұнайқанықтырылған бөлігінің барлық көлемінде біртекті таралған. Бұл режимде ұңғылардың біртекті орналасу принципін қолдану дұрыс.

Ерітілген газ режимі қабат қысымының тез төмендеуімен және газды фактордың өсуімен сипатталады. Осы газды фактор игерудің белгілі бір сатысында өзінің максимумына жетіп, кен орнының толық дегазациясынан және жалпы қордың азаюынан төмендей бастайды. Бұл режимде мұнайбергіштік коэффициентінің ең төмен мәндері байқалады, сирек жағдайларда ол 0,25 дейін жетеді. Кенішке жасанды әсер етусіз бұл режим төмен эффективті деп саналады. Бірақ игерудің бастапқы периодтарында ұңғылар қысқа уақыт аралығында қатты фонтандайды.

Ерітілген газ режимі кезінде дренаждаған кезде жасанды әсер ету болмаса, ұңғы өнімінде су болмайды.

Гравитациялық режим

Мұнай кеніштерін дренаждаудың гравитациялық режимі деп сұйықтың ұңғы түптеріне фильтрациясы бос бет болған кездегі режимді айтады. Бос бет дегеніміз бұл қысым барлық нүктелерде тұрақты болып қалатын фильтрацияның динамикалық жағдайларында тұрақталатын газмұнайлы түйісу немесе фильтрлейтін сұйықтың беті. Бұл режимді арынсыз да деп атайды. Гравитациялық режим кез-келген кеніш игеруінің соңғы сатысында ерітілген газ режимінің табиғи жалғасы ретінде пайда болу мүмкін. Гравитациялық режим кезіндегі дренаждаудың жақсы мысалы ретінде алдын-ала суланған құмның конустық үйірінің периметрі бойынша судың фильтрациясы болып табылады. Гравитациялық режим кезінде мұнайды жинау үшін және сорапты батыру үшін ұңғыларда тереңдетілген түп болады.

Егер бұл типті ұңғының құбыраралық кеңістігінде атмосфералық қысым болса, онда бұл қысым қабаттың мұнайқанықтырушы және газқанықтырушы бөліктерін бөлетін бос беттің барлығында тұрақталады, ал сұйықтың фильтрациясы тек қана ұңғы қабырғасындағы және қабаттың алыс жатқан бөлігіндегі сұйықтардың деңгейлерінің айырымы арқылы жүреді. Ұңғының құбыраралық кеңістігінде артық қысым болған жағдайда да сұйықтың фильтрациясы сұйықтардың деңгейлерінің айырымы арқылы жүреді, өйткені бұл қысым бос беттің барлығында тұрақталады.

Гравитациялық режим мұнайды шахталық әдіспен өңдеген кезде өте пайдалы.

Көлденең қабаттарда оның эффективтілігі өте төмен. Ұңғылар өте төмен бірақ тұрақты дебиттермен сипатталады. Бірақ та тік құлайтын қабаттарда гравитациялық режимнің эффективтілігі өседі. Бұл режимнің мұнай өндіру процесстерінде практикалық мәні жоқ ол тек қана мұнай кеніштерін игерген кезде олардың ішінде болатын процесстерді түсіну үшін арналған.

Нег.: 1. (23-41)

Бақылау сұрақтары:

1. Жасанды факторларға не жатады?

2. Табиғи факторларға не жатады?

3. Ерітілген газ режимінің болу шарттары?

4. Ортаның көлемдік серпімділік коэффициенті қалай аңықталады?

5. Қабат жүйесінің келтірілген көлемдік серпімділік коэффициенті дегеніміз не?

Дәріс 2. Мұнай кенішіне әсер етудің техникасы және технологиясы. Әсер етудің әдістері және мақсаттары (нысаналары).

Мұнай кенішіне әсер етудің мақсаты бұл қабат қысымын жоғарлату және соңғы мұнайбергіштікті жоғарлату. Соңғы мұнайбергіштікті жоғарлату үшін әсер ету әдістерінің түрлері әр түрлі болу мүмкін, және олар қорлары азайған игерудің соңғы сатысындағы кен орындарында жиі қолданылады. Сонымен бірге қабат қысымы бастапқы мөлшерде немесе одан да көп болу мүмкін. Көп жағдайда әсер етудің негізгі екі мақсаты болады, яғни қабат қысымын ұстаужәне соңғы мұнайбергіштік коэффициентін жоғарлату.

Мұнай кеніштеріне әсер ету әдістерін қолдану масштабтары өте үлкен. Мұнайдың 85% қабаттардан әсер ету әдістері арқылы өңделеді. Олардың ішіндегі ең негізгісі қабатқа суды айдау арқылы қабат қысымын ұстау (ҚҚҰ).

Қабатқа әсер етудің келесі негізгі әдістері бар:

1. Қабат қысымын қабатқа суды айдау арқылы ұстау, оған жататындар:

- нұсқа сыртымен (законтурная) су айдау

- нұсқа қасындағы аймақпен (приконтурная) су айдау

- нұсқа ішімен (внутриконтурная) су айдау.

Нұсқаның ішімен су айдау келесі түрлерге бөлінеді:

- кенішті айдаушы ұңғылардың сызықтық немесе шеңберлік қатарларымен айыру;

- су айдаудың блокті жүйесі;

- ошақтық су айдау;

- таңдамалы су айдау;

- аудандық су айдау.