Мұнай және газ кен орындары

Қабат энергияларының түрлері. Мұнай және газ кеніштерін игеру  режимдері.

Қабаттағы және ұңғы түбіндегі қысымдардың айырмашылығына қатынасты, сұйықтың және газдың ұңғы түбіне ағынының пайда болуы негізделеді. Бұл қысым айырмашылығы (депрессия), қабаттағы энергияның түрінен, қабаттағы жыныстың және сұйықтың физикалық қасиеттерінен, ұңғыдағы сұйықты (газды) алу көлемінен туады. Мұнайы немесе газы бар қабат, бұрғыланған ұңғылары мен қоса-бірікен гидравликалық байланысты жүйе екені анық (егерде қабат тектоникалық бұзылысқа ұшырамаса немесе блоктарға бөлінбесе). Пайдалану ұңғылардың тек қана мұнай-газды облысына емес, қоршаған су қысымды облысына және қабаттың созылған шекарасына дейін әсері тиеді. Сондықтан ұңғы түбіне мұнай мен газ ағынын қамтамасыз етіп жатқан кеніштегі күштердің және энергиялардың түрлерін, кеніштің құрылымын, қоршаған облысын және жыныстар мен сұйықтар қаситтерін және барлық мұнай қабатының бір-бірімен байланысты жүйеде деп есептеп қарастыруымыз қажет.

Ұңғы түбіне сұйықтың, мұнай мен газдың ағысын шақыратын қабаттағы энергияның түрінен, қабаттағы жыныстың және сұйықтың физикалық қасиеттерінен, ұңғыдағы сұйықты (газды) алу көлемінен туады. Мұнайы немесе газы бар қабат, бұрғыланған ұңғылары мен қоса-бірікен гидравликалық байланысты жүйе екені анық (егерде қабат тектоникалық бұзылысқа ұшырамаса немесе блоктарға бөлінбесе). Пайдалану ұңғылардың тек қана мұнай-газды облысына емес, қоршаған су қысымды облысына және қабаттың созылған шекарасына дейін әсері тиеді. Сондықтан ұңғы түбіне мұнай мен газ ағынын қамтамасыз етіп жатқан кеніштегі күштердің және энергиялардың түрлерін, кеніштің құрылымын, қоршаған облысын және жыныстар мен сұйықтар қасттерін және барлық мұнай қабатының бір-бірімен байланысты жұйеде деп есептеп қарастыруымыз кажет.

Ұңғы түбіне сұйықтың, мұнай мен газдың ағысын шақыратын қабаттағы энергияның көзі деп келесі энергия тобын белгілейміз: қабаттағы суарынды энергиясы; сығылған бос жене мұнайда ерітілген газ энергиясы; сығылған жыныстардың және сұйықтардың серпімділігінен пайда болатын энергия; сұйықтар мен мұнайдың салмағынан пайда болатын энергия. Әр түрлі қабат энергиясының бірікенінен немесе бір ғана энергияның әсерінен мұнай мен ғаздың және сұйықтың қабат ішінде қозғалуы айқын болды. Әрмен қарай кен орындардың игеру мінездемелері кеніштіктегі энергиялық ерекшеліктерге байланысты екенін көрсетеміз.

Қабаттағы суарынды (қысым) энергиясы. Шектелген су қысымы бар кеніштер схемасы 1 суретте көрсетілген. Бұл кеніштегі қысым нұсқасының сыртындағы облыстағы судың бағанасы Н арқылы табылады. Егерде осындай кеніштерде ұңғыны бұрғыласақ, мұнай ұңғы түбіне ағып түсіп және үстіге көтерілуі, осы шеттелген суарыны арқасында болады. Шеттелген суарынының әсер етуінің тиімділігі тек қана қабаттың бетке шығу биіктігінен (ұңғы сағасының биіктігінен) емес, ол жыныстардың өткізгіштігінен және сұйықтардың тұтқырлығынан т. б. ерекшеліктерден байланысты.

Егерде жыныстардың  өткігіштігі жеткілікті және сұйықтардың  тұтқырлықтары жеткілікті болса, ал өнім алу осы қабат жүйесінің қабылетіне сәйкес болса, ал өнім алу осы қабат жүйесінің сыз ететін негізгі энергия болып шеттегі суарынының энергиясы болып табылады.

 

    

 

1 сурет. Шеттелген  суарыны    2 сурет. Жабық (экрандалған) газ

бар кеніштер құрылымының     бүркембесі бар кен орнының

схемасы.      құрылым схемасы.

 

 

Сығылған бос газ энергиясы. Кеніштерде газ көпіршік түрінде және газ бүркембесі (орналасуы) мүмкін. Газ көпіршіктері мұнай ішінде таратылып, қабат қысымы газға қанығу қысымынан төмен болған жағдайда босап бөлініп шығады. Шеткі сусыз, жабық (экрандалған) кен орнының схемасы 2 суретте көрсетілген. Мұндай кеніштерде жоғарыда айтылған энергия негізгі болып саналады.

Егерде ұңғы түбінің қысымын азайтсақ, мұнайдың ұңғыға қарай ағыуы газ бүркембесіндегі газдың ұлғайуынан және мұнайдан газдың босап шығыуынан болады. Мұны, газ бүркембесі болғандықтан, мұнай газға қанығады және қысымның түсуі қоспадан газдың босап ажырауын тудырады сонымен түсінуімізге болады. Кеніштерде сығылған газ энергиясы шектелген, ол газ бүркембесіндегі (төмпешігіндегі) газдың көлемінен, мұнайдың қорынан, қабаттың қысымынан, мұнайда газдың еруінен, қатынаста болады.

Қабаттағы суарынды жүйенің серпімді энергиясы қабатта мұнай мен газдың қозғалу үрдісінде ең керекті роль атқарады. Тау жыныстары және қабаттағы сұйықтар серпімді болады, сондықтан қабаттағы жағдайда  оларда «серпімді» энергия қоры болады, ол энергия қоры қысым төмендеген сайын азаяды.

Қабаттағы қысым  түсу (құлау) аймағы, кен орның игеру  мерзімі көбейген сайын кеніш  облысынан асып арғарай суарынды облысында тарайды; көлемі ұлғайған сұйықтар және жыныстағы қуыстар арасындағы су, мұнайы бар қабаттқа қарай жылжып ұңғыға қарай келісті мұнай көлемін ығыстырыды. Әдетте қабаттағы суарынды бөлімнің көлемі мұнай бар бөлімнің көлемінен бірнеше рет үлкен болады. Сондықтан мұнай бар бөлімнің көлемінен бірнеше рет үлкен болады. Сондықтан қысым мәні азайған сайын, ұлғайған судың және жыныстардың қосынды көлемі, кейбір жағдайларда, бастапқы кеніштегі мұнай қорының көлемінен де көп болуы мүмкін. Мұндай жағдайда мұнайдың өндірістік қор мөлшерінің барлығы қабаттан ығыстырылып алынуы мүмкін, неге десеңіз жыныстардың және қабаттағы сұйықтардың серпімділік энергия қорының жеткілікті болғандығынан.

Қабаттағы сұйықтар салмағының энергия арыны, мұнайы бар қабаттың жазық бойында жатпағандығынан пайда болады. Қабаттың құлау бұрышы бұл энергия арынына әсер етеді. Кейбір жағдайларда қабаттың құлау бұрышы аса көп болмаса да, өнімді қабаттың қалындығы бір шама үлкен болған жағдайда қабаттағы мұнай қозғагалысының өз салмағынан болуы мүмкін. Сұйықтың деңгейі, қабаттың бетті бетінен де төмен түседі (бос аймақты (бетті) сұйық қозғалысы). Сұйықтардың салмақ кұшінен пайда болатын қозғалыс кеніштерде мұнайды ұңғылар түбіне ығыстыратын энергия арыны ретінде жұмыс істейтін жаңғыз энергия болуы мүмкін. Бұл жағдай, жабық түрлі (экрандалған) кеніштерін, игеру мерзімі ұзақ болғанда, және газ энергиясы жеткілікті төмендегенде пайда болады. Қабаттағы мұнай мен газ және басқада қоспалардың қозғалыс үрдісін тудыратын бірнеше энергия түрлері бір мерзімде бірдей жұмыс істейді. Барлық игеріліп жатқан кеніштерде сұйықтар мен жыныстар серпімді энергиясы және сұйықтар салмағының энергиясы бірігіп жұмыс істейді.

Кен орындарының  геологиялық шарттарына және кен  орнын игеру шартына байланысты, бір энергия түрі басым болады.

Мұнай және газ кеніштерін игеру режимдері (тәртіптері)

Пайдалану ұңғыларға қарай сұйықты ығыстыратын басым энергия түріне байланысты келесі негізгі мұнай кен орындарын игеру режимдерін (тәртіптерін) ажыратып қарастыруымызға болады:

1) қатты суарынды  және серпімді суарынды;

2) Газарынды  (газды);

3) Ерітілген  газ;

4) сұйықтардың  салмағы (гравитациялық).

Бір неше режимнің әсері сезілсе аралас режим туралы айтуымызға болады. Мұнайды нұсқаның қозғалатын және қозғалмайтын режимдер туралы түсініктердің бар екенін ұмытпағанымыз жөн.

Кен орынындағы тәбиғи шарттардан, игергендегі жасанды  шарттардан және ұңғыларды пайдаланудан, қабаттың жұмыс істеу режимін (тәртібін) анықтауымызға болады. Керекті немесе басқа режимді тағайындауымызға, ұстауымызға, тексеруімізге немесе басқа режимге алмастыруымызға болады. Кен орындарындағы, игеру жүйесінде жүргізілетін жасанды әрекеттерден (қабаттқа агентерді айдау т. с. с.) және мұнай мен газ өнімдерін пайдалану ұңғылардан алу үрдістерінен қабаттың жұмыс істеу режимін анықтауымызға болады.

Кен орнын игеру  режимін тағайындау үшін, кеніштің энергетикалық ерекшіліктері және геологиялық шарттары әсер, етеді, бірақ  олар игерудіге режимді анықтамайды.

Айтарлықтай мықты суарынды режим кезінде, қабаттқа келетін су мұнай немесе газ орнын толтырып отырады. Кен орнын суарынды режимде игергенде – алғашқыда қабат қысымының төмендегенінен, қалыптасқан қысым айырмашылығын (градиент) байқаймыз. Мұндай жағдайды, судың өнімді аймаққа келіп мұнайды ығыстыра бастаған кезде байқалады. Егерде қабаттан бір қалыпта сұйықты өндірген (алған) кездегі жағдайда, игеру уақыты ұзарған сайын, қабаттағы қысым қалыптасса – қабаттан алынған мұнайды су толық алмастырғанын білдіреді. Бұл, қабаттың мықты суарынды режимінде игеріліп жатқанын, тағыда анықтайды. Егерде қабаттан алынатын мұнай өнімінің мөлшерін ұлғайтып отырсақ арынды қабаттан алынған мұнай мен газ көлемін су толық алмастырып үлгермейді, сондықтан, суарынды жүйенің өткізгіштік қабілеті өзгеріп, қабат қысымының төмендеуі байқалады. Бұл жағдай мықты суарынды режимінің ерітілген газ режиміне немесе басқа режимге ауысуының басы болғанын түсіндіреді. Кеніштер мықты суарынды режимде игерілген кезде – қабат қысымы баяу төмендейді, ұңғы түбіндегі қысым мұнайдың газға қаныққан қысымынан төмендегенінше.

Мұнай бергіштік коэффициенті – алынған (игерілген) мұнай мөлшерінің бастапқы кеніште есептелген мұнай мөлшеріне қатынасы болып табылады. Оның мәнін көп факторларға байланысты: қабаттағы сұйық пен жыныстардың физикалық қасиеттерінен, кенішті игеру режимінен, кен орнын игеру көрсеткіштерінен (ұңғылардың орналасу торынан, оларды пайдалануға беру ретінен және кен орнынан өнім алу қарқынынан) мұнайды ығыстыру агентінің кеніште орын алып жаулауынан т. б.

Ең жоғары мұнай бергіштік  коэффициент мықты суарынды режимде болады, неге десеңіз мұнай сумен ығыстырылады кейде оның тұтқырлығы қабаттағы жағдайда мұнайдың тұтқырлығынан үлкен болады, ал газдың тұтқырлығынан бірнеше рет көп болады. Мұнайды ығыстыратын агенттің тұтқырлығы, неғұрлым мұнайдын тұтқырғынан үлкен болған сайын мұнай бергіштік коэффициент мәне үлкен болатыны анықталған.

Газарынды режимнің мұнай  бергіштік коэффициенті быраз аз болады, неге десеңіз мұнай қабаттан газбен ығыстырылады оның тұтқырлығы мұнайдың тұтқырлығынан айтарлықтай  кем болғандықтаң және газбен жыныстар ылғалданбайды. Қабат қысымы сәл ғана түскен жағдайда мұнайдан газ айырылып шығып, жыныстардың мұнайға деген фазалық өткізгіштігін азайтады.

Ең аз мұнай бергіштік  коэффициент – кеніш ерітілген  газ режимінде жұмыс істеген  жағдайда болады. Газдың ұлғайған энергиясының көбі ұңғылар түбіне қарай ағып өтіп мұнайды ығыстыруға пайдалы жұмыс істемейді.

Эксперементалдық және өндірістердегі статистика мәліметтер бойынша –  мұнай бергіштік коэффициент (МБК), қабаттардың жұмыс істеу режимдеріне байланысты келесі мәндерде болалады:

 

Суарынды режим  ...............................................  0,5-0,8

Газарынды режим .............................................. 0,4-0,7

Ерітілген газ режимі .......................................... 0,13-0,3

 

Мұнай бергіштіктің ең жоғарғы  мәні 0,8 мықты суарынды режим кезінде, мұнайды кеніштен ығыстыруға жақсы  тиімді жағдайда болады (жыныстың бір  қалыпты болғаны және өткізгіштігінің  мол болғаны, мұнайдың тұтқырлық  мәнінің аз болғаны және мұнай  мен қабат суының арасындағы шекарадағы бетті керу күшінің кем болғандығы қажет).

Мұнай кен орындарын  игеру.

Игеру объектісі – жер қойнауынан кен көлеміндегі белгілі топ ұңғылармен, өндірістік көмірсутектер қоры бар, геологиялық құрылымды (қабат, массив, жиынтық қабаттар) бөліп қарастыру. Егер, кен шегіндегі барлық қабаттарды объектіге біріктірсе; объект және кен орны деген түсініктеме бір мағыналы болады.

Көп қабаттарды, бір объектіге жатқызсақ, метал, құбыр және басқа материалды үнемдеуге  мүмкіншілік береді. Бірақта, басқа жағынан қабаттардың саны көбейген сайын технологиялық жағдайды қиыстырғанда, әрбір жеке қабаттан мұнай өндіру үрдісі қиындай бастайды және көп жағдайда мұнай объектісінің бергіштігі өте жылдам төмендейді.

Объектілерді айырып қарастырғанда  келесі мәліметтерді ескеру керек:

1. Жыныс – коллекторлардың  геологиялық, физикалық қасиеттері. Қабаттардың қасиеттерінің орташа  параметрлері бірдей және төселген  көлемі, бір жерде орналасқан  бір игеру объектісіне кірістіруге  болады. Өнімділігі мен қабат  қысымының өзгеруі, қабатты игеру әдісі, мұнай қорының игеру жылдамдығы және ұңғылар өнімдерінің сулануы объект қабатшаларында әртүрлі болады. Бұның бәрі объект бойынша жалпы мұнай бергіштікті азайтады.

2. Мұнай, су және газдардың  физикалық, химиялық қасиеттері. Мұнайлар қасиеттері бірдей емес қабаттарды бір объектіге біріктіру орынды болмайды, өйткені өнім алу үшін өндіру технологиясында, ұңғы орналастыру сызба нұсқасы және олардың сандары әртүрлі болу керек. Мұнайдың компоненттік құрамдары, жеке қабаттарды игергенде бөлек объект деп өзін жеке қарастыруға себеп болуы мүмкін. Осы мәселені шешуге қабат суларының физикалық, химиялық қасиеттерінің елеулі мәні бар. Мысалы, қасиеті белгілі қабат суын, қабат ішіне су ендіргенде, химиялық реакциялар болуы мүмкін, олардың нәтижесінен сұйықтықтардың сүзгілік шарттары кемиді.

3. Көмірсутектердің фазалық  жағдайлары және қабаттар режимі (тәртібі). Геология-физикалық қасиеттері  ұқсас екі қабатты алсақ, оның  біреуінің көлемі үлкен, газ  бұркімбесі болса, екіншісінде серпімді суарынды режим болады. Мұндай жағдайда, оларды, бір объектісіне бірік-тіру нәтижелі емес, өйткені оларды игеруде ұңғыны орналастыру схемасы және мұнай мен газ өндіру технологиясы әртүрлі болуы қажет.

4. Ұңғылардың техникасы мен технологиясы. Бірнеше қабатты бір игеру объектісіне біріктіру, ұңғыдағы сұйықтарды жоғары көтеруіне қолданатын қазіргі ұңғы, құралдары және пайдалану технологиясы қамтамасыз ете алмайды (тіпті пайдалануға болмайды).

Игеру объектілер өзінше бөлек  және қайтару объектілер болып бөлінеді. Қайтару объектілердің өзінше бөлек объектілерінен айырмашылығы алдын ала ұңғылар мен басқа бір объектіні игеруді деп үйғарылып сосын керек кезде қажетті объектіге көшу.

Игеру жүйесі – инженерлік шешімдердің өз ара байланысының жиыны: объектілерді сайлау және оларды игеру ретін белгілеу; негізгі және резерв фондыларынан пайдалану және айдайтын ұңғылардың санының, ара қатынасы мен орналасуын анықту; жерқойнауынан мұнай мен газдарды шығару мақсатымен, қабатқа ықпал жасау әдісін дәлелдеу; игеру үрдісін басқару (меңгеру), және бақылау әдістерін анықтау; жер қойнауын және айналадағы ортаны қорғау.

Жер қойнауынан мұнайды шығару технологиясы, қабат ішіндегі мұнай  мен газдарды қозғалтатын механизмімен анықталады. Табиғи жағдайларда, бұл  газ бүркембесіндегі немесе мұнайдан бөлінген газбен су мұнайды ығыстырады. Игеру технологиясының тиімділігі, мұнай қорының өндіру толықтығымен сипатталады. Қабаттың мұнай бергіштігін көбейту мақсатымен, оларға әртүрлі ықпал жасау әдістерін қолданады: су, газ, әртүрлі химияалық реагенттер, жылу тасушылар айдау, қозғалмалы жану фронтын тудыру ж. т. б.

Кен орнын игеру үрдісін  пайдалану және айдайтын ұңғылардың жалпы санын және ара қатынастарын, олардың алаңдағы өз ара орналасуын өзгертіп және пайдалану үрдісі мен ұңғылар жұмыстарының әртүрлі режимін белгілеп реттейді.