Қабаттың мұнай бергіштігін арттыру

№ 5 өзіндік жұмыс

Тақырып атауы Су айдауды қолданумен МКОИ

Тапсырмалар

1. Нұсқа ішінен су айдауда үнемделетін уақыт

2.Айдалатын судың көздері

3. Суды дайындаудың тәсілдері

МКОИ - деп кен орнын бұрғылау және мұнай мен газ қорларын өндіру, яғни жер қойнауынан көмірсутектерді және олармен серіктес пайдалы қазбаларды алудың ғылыми негізделген процесінің жүзеге асуын айтамыз.

МКОИ теориясы мұнайкәсіпшілік геологиясы, гидрогеология, геофизика, қабат физикасы, жер асты гидромеханикасы және салалық экономикадан алған білімдерге негізделеді.

МКОИ теориясының даму тарихын  бірнеше  сатыларға бөлуге болады:

Бірінші саты 1894ж. орыс геологы А.Н.Коншин қалдық мұнайды мұнай өндірудің табиғи төмендеу қисығы бойынша анықтауға болады деген ұсынысынан бастау алады.  Жалпы өндірілген мұнайды  оның қорына бөле отырып мұнайбергіштік коэффициентін анықтайды. Бұл әдістің кемшілігі – қабат  қасиеттерінің ескерілмеуінде.

1918-1924 ж.ж. аралығында С.Ч.Черноцскийдің  және В.Котлярдың (АҚШ) еңбектері  жарық көрді, мұнда ұңғы саны  және олардың арасындағы арақашықтықтың  кенішті игеру процесіне әсері  туралы мәселелер қарастырылған.

Осылайша МКОИ теориясының бірінші сатысы негізінен, қабаттың мұнай бергіштігіне  ұңғылар арасындағы қашықтықтың әсері туралы мәселелерді талқылаумен сипатталады.

МКОИ-дің екінші сатысына 1929-1938 ж.ж. аралығы жатады, бұл жылдары мұнай кеніштерінің режимдері туралы білім дамып және жекелеген кен орындарында ұңғылардың орналасу мәселелері зерттелді.

1930 жылдары академик И.М.Губкиннің  жетекшілігімен комиссия құрылып, оның қорытындысы бойынша  қабат  энергиясының негізгі көзі –  бұл өнімді қабатқа қанаттас  жатқан шеткі сулар деген тұжырым  жасады.

Осыған дейін МКОИ-де С.Гарольдтың (АҚШ) теориясы негізгі теория болып есептелді. Бұл теорияда қабат энергиясының негізгі көзі акклюдирленген газ (яғни, мұнай массасындағы газ көбіктері) болып табылады – деген тұжырым айтылады. МКОИ-ның одан әрі дамуында ұңғылар торының тығыздық дәрежесінің мәселелері қарастырылады.

МКОИ-ның үшінші сатысына  1939-1948 ж.ж. аралығы жатады, бұл жылдары кен орнының игеру жағдайын дамыту барысында жерасты гидромеханикасының негізін қолдана бастады. Бұл өз кезегінде  қабаттағы өтіп жатқан көптеген құбылыстардың  заңдылығын  түсініп-білуге, соның нәтижесінде игеру мерзімін қысқартуға, өндіру көлемін және мұнай бергіштік коэффициентін ұлғайтуға, сондай-ақ экономикалық тиімділікті арттыруға мүмкіндік берді.

Төртінші саты МКОИ-дің (1949ж. бастап) жаңа жүйесінің пайда болуымен сипатталады, оның ерекшелігі – нұсқа сыртынан және нұсқа ішінен бір мезгілде су айдау болып табылады. Ірі кен орындарын игерудің басынан бастап қабат қысымын ұстау (ҚҚҰ) жолымен игеру – экономикалық көрсеткіштердің елеулі өзгерісін тудырды.

Бесінші саты 50 жылдардың аяғы және 60 жылдардың басында жаңаша көзқарас пайда болды, яғни тек қана су айдау жолымен, әсіресе тұтқырлығы жоғары және жоғары парафинді мұнайларды игеру кезінде жер қойнауынан максималды мұнай алу мәселесін толық шеше алмайтынымыз белгілі болды.

Қабатты іштен жандыру және қабатқа жылутасығыштарды айдаумен байланысты МКОИ-дің жылулық әдістеріне іргелі зерттеулер жүргізіліп және инженерлік шешімдер алынды. Осы жылдары барлық әлемде жер қойнауынан мұнайды шығарудың  физикалық-химиялық әдістерінің дамуына, әсіресе – мұнайды көмірсутектердің  ерітіндісімен, көміртегінің қос тотығымен (СО2), полимерлі және мицелярлы-полимерлі ерітінділермен, беттік әрекетті заттармен (ПАВ) әсер ету әдістерінің дамуына көп көңіл бөлінді.

Игеру нысаны мен жүйесі

Мұнай және мұнай-газ кен орындары – бұл  жер қыртысындағы бір немесе бірнеше жергілікті геологиялық құрылыстармен, яғни бір географиялық пунктке жақын орналасқан құрылыммен ұштасқан көмірсутектер жиналымы. Кен орынға кіретін  жер астында таралған көмірсутектер жиналымы, әдетте қабатта немесе тау жыныстары массивтерінде кездеседі. Көптеген жағдайларда жеке мұнайлы газды қабаттар су өткізбейтін тау жыныстарымен бөлінген немесе жеке кен орын аймақтарымен орналасқан.

Мұндай қабаттарды әр түрлі ұңғымалар тобымен игереді, кейде әр түрлі технология қолданылады. Кен орынның игеру нысаны  жайында түсінік берейік. Игеру нысаны – бұл кен орын шекарасында ерекшеленген жасанды геологиялық түзілімдер (қабат, массив, құрылым, қабаттар жинағы), өндірістік көмірсулардан құралған, жер қойнауынан ұңғымалар тобы көмегімен алынады. Игерушілер өздерінде қалыптасқан терминдер бойынша әрбір нысан «өзінің ұңғымалар торымен» игеріледі дейді. Игеру нысанын табиғат емес, адам туғызады. Игеру нысанына бір, бірнеше немесе кен орынның барлық қабаттары жатады. 

Игеру нысанының негізгі ерекшеліктері – құрамында өндірістік мұнай қорының болуы және игеру нысанына тән берілген ұңғымалар тобының болуы.

Игеру нысанының, игеру түсінігін жақсарту үшін мысал ретінде бір кен орынды қарастырайық. Бұл кен орынның геологиялық қимасы 1- суретте көрсетілген. Бұл кен орында аймақтары көмірсутектер мен физикалық қасиеттеріне қанықан қалыңдықпен ерекшеленетін үш қабат типі алынған. Кестеде кен орын шегіндегі 1, 2 және 3-ші қабаттардың негізгі қасиеттері келтірілген. Қарастырылып жатқан кен орында 1 және 2 қабаттарды біріктіріп, бір нысан (нысан I)етіп алып, ал 3-ші қабатты жеке нысан (нысан II) ретінде алуға болады.

1 және 2 қабаттарды біріктірудің  себебі, олардың мұнай өткізгіштігі  мен тұтқырлығы мәндері өзара  жақын, сондай-ақ бір-біріне жақын  орналасқан. Сонымен қатар 2 қабаттың  мұнай қоры салыстырмалы түрде  көп емес. 3-ші қабаттың, 1 қабатпен  салыстырғанда мұнай қоры аз  болса да, тұтқырлығы аз мұнайдан  құралған және өткізгіштігі жоғары  болып табылады. Сондықтан бұл  ұңғыманы ашқанда өнімділік жоғары  болады. Демек, бұл кен орын жоғары  мұнайбергіштікке ие болады.

Сонымен қатар, 3-ші қабат тұтқырлығы төмен мұнайдан құралғандықтан оны қарапайым суландыруды қолданып игеруге болады, ал жоғары тұтқырлықты мұнаймен сипатталатын 1 және 2 қабаттарды игеру кезінде алдымен басқа технологияны қолдану қажет болады, мысалы, мұнайды бумен, полиакриламид ерітіндісімен (суды қоюландыру) немесе ұңғы ішілік жану арқылы игеруді айтамыз.

Сонымен бірге, 1, 2 және 3-ші қабаттардың ерекшеліктеріне қарамастан, игеру нысандарын бөлу туралы нақты шешімді, технологиялық және технологиялық-экономикалық көрсеткіштерді анализдеу арқылы ғана, қабылдайды.

Мұнай кен орнының жүйесі деп игеру нысандарының  өзара байланысқан инженерлік шешімдерінің жинағын; оларды бұрғылау және орналастыру темпі мен жалғастырылымдығын, газ бен мұнай шығару мақсатында қабатқа әсер етуді; айдау және өндіру құбырларының орналасуы мен қатынасын; қор ұңғымалары саны, кен орынды игеруді басқаруды, қойнау мен қоршаған ортаны қорғауды айтады. Кен орынның жүйесін құрастыру дегеніміз жоғарыдағы инженерлік шешімдердің жинағын іздеп, орындау.

Мұндай жүйені құрудың негізгі құрамдық бөлігі – игеру нысандарын бөлу. Сондықтан, бұл мәселені толықтай қарастырамыз. Бірнеше қабаттарды бір нысанға біріктіру бір қарағанға тиімді болып көрінетінін алдын ала айтуға болады, себебі, мұндай біріктіруде аз ұңғымалар қажет болуы мүмкін. Бірақ бірнеше қабаттарды бір нысанға біріктіру мұнай бергіштіктің төмендеуіне, соңында техникалық экономикалық көрсеткіштердің төмендеуіне әкеліп соғуы да әбден мүмкін.

Игеру нысандарды бөлу үшін әсер ететін факторлар:

1. Мұнай мен газ коллектор жыныстарының геологиялық физикалық қасиеттері. Су өткізгіштіктерімен, жалпы және тиімді қалыңдықтарымен, сонымен қатар біртексіздігімен ерекшеленетін қабаттарды әдетте бір нысан ретінде игеруге болмайды, себебі олар өнімділігімен, қабат қысымымен айрықшаланады.

Аудандарының біртексіздігі, әртүрлі қабаттар үшін ұңғымалардың әр турлі торлары тиімді болуы мүмкін, сондықтан мұндай нысандарды біріктіру орынды болмайды. Жеке төмен су өткізгішті қабатшалары бар, жоғары суөткізгішті  қабаттармен араласпайтын,  тігінен бойынша біртексіз қабаттарда горизонттың жарамды  қамтылуын қамтамасыз ету

қиын болады. Себебі, белсенді игерілуге тек жоғары өткізгішті қабатшалар қосылады, ал төмен өткізгішті қабықшалар қабатқа айдалып жатқан агент әсеріне ұшырамайды (судың, газдың). Мұндай қабаттардың қамтылуын игеруді жоғарылату мақсатымен оларды бірнеше нысандарға бөлуге тырысады.

2. Мұнай және газдың физикалық-химиялық қасиеттері. Нысандарды бөлу кезінде мұнайдың қасиеттері үлкен мағынаға ие болады. Әртүрлі тұтқырлықты мұнай қабаттарын бір игеру нысанына біріктіру орынсыз, себебі оларды жер қойнауынан әртүрлі орналасқан схема мен ұңғыма торларының тығыздығы арқылы мұнай шығарудың әртүрлі технологиялармен игеру мүмкін болады. Парафиннің, көмірсутектің, көмірсудың қымбат компоненттерінің, т.б. пайдалы қазбалардың өндірістік құрамдардың кездесуі де қабаттарды біріктіріп игерудің мүмкін еместігінің себебі бола алады.
3. Көмірсутектердің фазалық жағдайы және қабат режимдері. Бір-біріне вертикаль  жақын орналасқан және ұқсас геологиялық–физикалық қасиеттері бар әртүрлі қабаттарды қабат көмірсутектерінің әртүрлі фазалық жағдайы мен қабат режимдерінде бір нысанға біріктіру орынсыз болатын жағдайлар кездеседі. Егер бір қабатта айтарлықтай газ шапкасы кездессе, ал басқасы табиғи серпімді суарынды режимінде игеріліп жатса, оларды бір нысанға біріктіруге болмайды, себебі оларды игеруге ұңғымалардың әртүрлі орналасу сұлбасы мен саны, сонымен қатар мұнай мен газды шығарудың әртүрлі технологиялары қажет болады.
4. Мұнай кен орындарын игеру процессін басқарудың шарттары. Бір нысанға қаншалықты көп қабаттар мен қабатшалар қосылса, соншалықты мұнай бөлімдерінің жеке қабаттар мен қабатшаларда орын ауыстыруы мен оны қысатын агенттерді бақылау техникалық және технологиялық қиынға соғады (сулы–мұнайлы және газды–мұнайлы бөлімдер).  Қабатшаларға жеке әсерлер мен олардан мұнай мен газды алу, қабаттар мен қабатшаларды игеру жылдамдығын өзгерту қиынға соғады. Кен орынды басқарудың қасиеттерінің нашарлауы мұнай бергіштіктің төмендеуіне әкеледі.
5. Ұңғымаларды пайдалану  техникасы мен технологиясы. Нысандарды ерекшелеудің жеке нұсқаларының қолданылуының орнықтылығына немесе орнықсыздығына әкелетін техникалық және технологиялық себептер көп болуы мүмкін. Мысалы, игеру нысанына бөлінген қабатты немесе қабаттар тобын пайдаланатын ұңғымалардан  қазіргі пайдаланатын құралдарға шекті болатын сұйықтың айтарлықтай мөлшердегі шығымын алу шамаланып отырса. Сондықтан нысандарды ірілендіру техникалық себептерге байланысты мүмкін болмайды. Соңында, келтірілген факторлардың әрқайсысының игеру нысандарына әсері алдымен техникалық және техникалық-экономикалық анализдерді жасап, содан кейін оларды бөлу туралы шешім қабылдауға болады.

Табиғи жағдайларда арынды режимде игерілетін шоғырлар өте кең тараған. Мұндай шоғырлардан мұнай сыртқы агенттер – шеткі немесе айдалатын сумен, газ қалпақшасндағы еркін газбен немесе қабатқа жер бетінен айдалатын газбен ығыстырылады. Айтарлықтай алшақтықтарға қарамастан процесстің жекелеген бөлшектерінде мұнайды сумен және газбен ығыстырудың жалпы сапалық схемасы көптеген ортақтықты иеленеді.

Мұнай және оны ығыстырушы агент бір мезгілде кеуектік ортада жылжиды. Алайда газ да, су да мұнайға «поршень» ретінде әсер етпейтіндіктен, мұнайды оның орнын басатын агенттермен толық ығыстыру ешқашан болмайды. Орын басу процессіндегі кеуектер өлшемінің біртекті еместігі нәтижесінде төмен тұтқырлықты ығыстырушы сұйық немесе газ мұнайдың алдын орайды. Бұл кезде жыныстың әр түрлі фазамен қанығуы, яғни мұнай мен ығыстырушы агенттер үшін тиімді өткізгіштік үздіксіз өзгеріп отырады. Мысалыға 50-60% дейін суға қанықтылықтың өсуіне қарай, жыныстың су үшін тиімді өткізгіштігінің өсуіне байланысты ағындағы судың шамасы көбейеді. Бұл кезде мұнай ығыстырылмайды, тек судың ағынымен бірге ілеседі. Осылайша, қабаттың ұзындығы бойынша суға әр түрлі қанықтылығы бар бірнеше зона түзіледі. Мұнайды сумен ығыстыру кезінде белгілі бір уақыт мезетіндегі қабат ұзындығы бойынша суға қанықтылық өзгерістері бар ұқсас көрініс 33 суретте келтірілген. Бұл схема капиллярлық және гидродинамикалық күштердің біліну нәтижелерінің қосындысы ретінде беріледі [11].

Қабаттың суға қанықтылығы су айдаудың бастапқы сызығындағы ақырғы мұнай бергіштікке сәйкес келетін Smax максимальді шамадан қабаттағы бұрыннан бар Sn  судың қанықтылығына дейін өзгереді. Бұл кезде қабатта үш зонаны (I, II и III) көрсетуге болады. Олардың суға қанықтылығы Smax-дан Sф-ке дейін өзгеретін біріншіснде ығыстырудың шартты контурында ол қабаттың мұнайға қаныққан бөлігі бағытына қарай жаймен төмендейді. Бұл бөлік мұнай бірте-бірте жаймен жуылатын сумұнай қоспасы зонасын сипаттайды. Үлкен көлбеу қисығы бар екінші бөлік (II-ші зона) мұнай жуылатын I-ші зонадан таза мұнай қозғалысы болатын III-ші зона арасындағы өтпелі зонаны білдіреді. Бұл зонаны тұрақтанған (стабилизированный) деп атау қабылданған. Табиғи жағдайда оның ұзындығы бірнеше метрге жетуі мүмкін.

Қабатта газ бен мұнайдың осы ұқсас таралуы мұнайды газбен ығыстыру кезінде де болады. Негізгі басты ерекшелік газ бен су тұтқырлықтарының әр түрлілігіне байланысты шамасынан тұрады.

Сонымен, газдың азғана тұтқырлығының нәтижесінен олардың мұнайды «поршеньдік» ығыстыруы тек кеуек көлемінің 15%-ынан аспайтын жыныстардың газға қанықтылығы кезінде болуы мүмкін. Газға қанықтылықтың көтерілуі кезінде ағында газ басымдық жасайды және мұнайды ығыстыру механизмі газ ағынының көтерілуі механизміне ауысады. 35% газға қанықтылық кезінде қабатта тек ғана газ қозғалады.

Газ қалпақшасындағы еркін газдан басқа мұнай қабаттан сонымен бірге ерітіндіден бөлінетін газбен де ығыстырылуы мүмкін. Кейде еріген газ шоғырдағы жалғыз энергия көзі болуы мүмкін. Мұнайда еріген газ энергиясы шоғырдағы қысым мұнайдың газбен қанығу қысымынан төмен деңгейге құлаған кезде білінеді.

Еркін газ қысымның төмендеуінен кейін басында қатты бетте, оның сұйықтың бос кеңістігінде көпіршік түзуге қажетті жұмыстан кем жұмыс жасалатын қабырғаға жақын жерде түзіледі. Көпіршік түзілгеннен кейін кеуекті ортада газға қаныққан құрылымдар ұлғаяды.

Бастапқы газ ұяшықтары кеуекті ортаның аз өткізгішті бөлігінде пайда болады, сосын олар жіңішке ұзын газға қаныққан құрылымдарға дейін өседі. Ол жоғары өткізгішті линзаға жеткеннен кейін осы еркін зонадағы газ ұяшықтарының өсуі жалғасады, себебі менисктердің капиллярлық қысымы газдың қимасы кіші капиллярлық каналдар зонасына қарай қозғалуына кедергі жасайды.

Бастапқыда газ көпіршіктері бір бірінен алыста орналасады, бірақ бірте-бірте үлғая отырып газға қаныққан бөліктер бір бірімен қосылады. Газ көпіршіктері түзілгеннен кейін олар мұнайды қабаттан кеуекті кеңістіктегі өздері алып жатқан көлемдегідей шамада ығыстырады. Бұндай тиімді ығыстыру процессі газға қаныққан бөліктер мұнайды толық ауыстырғанға (яғни тұтас газға қаныққан бөліктер түзілгенге дейін) дейін жалғасады. Осы уақыттан бастап газ тұтқырлығының аздығы төмен қысымды зонадағы ұңғымаға қарай оның мұнайға қарағанда тез орын ауыстыруына мүмкіндік беретіндіктен, қабат кеуектеріндегі газға қанықтылықтың өсу шамасына қарай мұнайды газбен ығыстыру тиімділігі төмендейді.

Су көздері. Тоғыту кезіндегі өте маңызды сұрақтардың бірі – жеткілікті көлемдегі суды қайдан табу керек. Форест Грейдің мәліметтері бойынша, коллекторға су берудің бастапқы сатысында (толу периоды) ауданы 0,4 га және қалыңдығы 0,3 м болатын бөлікке оның 150-300 л жоғары шығыны қажет. Бастапқы толу аяқталуға жақындағанда шығын төмендейді және сол бөлікке 150 л-ден кем болады. Нәтижесінде су көлемі қабаттағы кеуек көлемінің шамамен 150 – 170 %-ын құрауы қажет.

Игеруші тоғытудың нақты шарттары мен факторларына байланысты тұзды және тұщы суларды қолданады. Егер бұл экономикалық көзқарастарға қайшы келмесе тұзды су өте қолайлы. Көптеген кен орындарда мұнайлы зоналардың үстінде немесе астында тұзды суға қаныққан қабаттар бар. Сәйкес тереңдікке арнайы ұңғымалар бұрғылап, суды жоғарыға шығарып, содан кейін оны қайтадан айдау ұңғымаларына айдауға болады. Егер жұмыстар теңіз маңында жүргізілсе, онда теңіз суын қолдануға болады. Алайда кейбір жағдайларда оны өңдеу қажет.