Мұнай және газ ұңғыларын бұрғылау
КІРІСПЕ
Мұнай мен газ қазіргі заманның ең тиімді энергия көзі ретінде әрі өте бағалы химиялық шикізат ретінде өндірілуі жоғары сұранысқа ие кен көзі. Республиканың өндірістік саласын мұнай газ шикізатымен қамтамасыз ету мемлекеттің экономикалық даму дәрежесін арттырады және осы өндіріске байланысты ғылыми технологиялық прогресті белгілейді.
Пайдалы кен орындарын іздеуде, барлауда және өндіруде ұңғыларды бұрғылау жұмыстарының маңызы өте зор. Сұйық және газ тәріздес пайдалы қазбаларды барлаудың, өндірудің тиімділігі бұрғылау жұмыстарының сапасымен тікелей байланысты.
Бұрғылау техникасы соңғы жылдарда дамудың жаңа белестеріне шықты. Атап айтқанда көтеріп-түсіру операцияларын дамыту жолында колтюбингті технология, жоғарғы күштік жетектерді қолдану, тау жыныстарын бұзушы аспаптардың бірнеше ұңғыны бұрғылауға жарайтын өте берік түрлерін шығару сияқты көзге көрінетін жетістіктер бар.
Бұрғылау техникасын дамытудың тағы бір бағыты жоғары сапалы қымбат металдан жасалатын жабдықтың, механизмдердің, мұнаралық құрылымдардың металсыйымдылығын азайту, монтаждалу, тасымалдану мүмкіншіліктерін арттыру бағыты болып саналады.
Ұсынылып отырған оқу құралының авторы бұрғылау жабдықтарының техникалық сипаттамасын, қолданыс үрдісін, техникалық мүмкіншіліктерін Ресей мемлекетінде шығарылатын бұрғылау жабдықтарының мысалында түсіндіруге тырысқан.
Осы оқу құралында ұсынылған материалды дұрыс игерген үйренуші бұрғылау техникасы туралы үлкен мағлұмат алады деп ойлаймын.
Ы ТУРАЛЫ ТҮСІНІК, БҰРҒЫЛАУ ҚОНДЫРҒЫЛАРЫ
Мұнай және газ ұңғыларын бұрғылау
Ұңғы дегеніміз, арнаулы бұрғылау аспаптарының көмегімен жер қыртысында қазылған, диаметрі тереңдігінен бірнеше есе кіші, цилиндр пішінді тау-кен құрылымы.
Ұңғының басталатын жері сағасы, цилиндрлік беті қабырғасы немесе оқпаны, ең төменгі шеті түбі деп аталады. Сағасынан түбіне дейінгі оқпан өсі бойынша арақашықтық ұңғы ұзындығы, ал ұңғы өсінің тік жазықтыққа проекциясы тереңдігі деп аталады.
Ұңғыларды тік және көлбеу бұрғылайды. Олардың диаметрі аралықтан аралыққа кішірейіп отырады.
Мұнай және газ ұңғыларының бастапқы диаметрі 900 мм-ден аспаса, ал соңғы диаметрі 140 мм-ден кем болмайды.
Ұңғы түбі тау жыныстарын тұтастай (кернсіз) немесе оны көлденең қиындысы сақина тәрізді талқандау (керн алу) арқылы тереңдетеді.
Ұңғының құрлысы 1.1-суретте көрсетілгендей төменгі жағы түп – (6, 8), ол мұнай не газ шығатын қабаттың тұсында болады, ал жоғарғы жағы – саға (1), бүйір қабырғасы оқпан (5) деп аталады. Ұңғының ішіне мұнай мен газ құйылу үшін, қабаттағы (9) қысым – Pқаб. түп жағындағы (6) қысымнан Рт.көп болу керек, яғни Рқаб. > Рт..Ұңғының бүйір қабырғалары (5) пайдалану кезінде құлап қалмауы үшін темір құбырлармен (4) бекітеміз. Оны тізбектелген шеген құбыры дейді. Оның диаметрі жоғарыдан төмен қарай азая береді.
Ең жоғарғы шегендеу құбырын бағыттаушы (2) құбыр дейміз. Оның тереңдігі – 5-10 м, диаметрі – 200-500 мм. Негізгі міндеті жер қыртысының жоғарғы жағындағы қабатты бекіту және жуу сұйығы айналымын қамтамасыз ету. Оның ішінен, жоғарғы су қабаттарының ағымынан сақтау мақсатымен сағалық құбыр кондуктор (3) жібереді. Кондуктордың тереңдігі жоғарғы су қабаттардың орналасуына байланысты 40-800м. дейін болуы мүмкін. Кондуктордың ішінен ұңғының тереңдігіне және қазу (бұрғылау) қабаттарының орналасу ерекшеліктеріне байланысты бір немесе екі қосымша шеген құбырларын жібереді. Кондуктордан кейін қанша шегендеу құбырлары тізбегі жіберілсе, ұңғыны сонша тізбекті деп атаймыз. Ең соңында пайдалану (өндіру) (4) құбырын жібереді. Әлбетте, оның диаметрі –114, 140, 146, 168 мм, тереңдігі ұңғы тереңдігімен бірдей болады. Мұнай мен газ өндіру үшін оның сағасына фонтанды қондырғы арқылы, кіші диаметрлі мұнай мен газ көтергіш құбырлары жіберіледі. Оның диаметрі – 40-70 мм аралығында болады.
Ұңғыны бұрғылау кезінде бұрғылаудың әртүрлі тәсілдерін пайдалана отырып, аспаптардың тау жыныстарына тигізетін әсеріне қарай механикалық, термиялық, физика-химиялық, электр жалындық деп бөлуге болады.
1.1-сурет. Ұңғы үлгісі
Механикалық бұрғылау әдісі соққылау және айналдыру тәсілімен іске асырылады. Соққылы бұрғылау тәсілі 70 жылдан астам уақыттан бері мұнай-газ өнеркәсіп саласында қолданылмайды. Дегенмен бұл тәсіл пайдалы қазбаларды барлау, инженерлік-геологиялық іздеу жұмыстарында қолданыс тауып жүр. Ол тек арқанды-соққылау бұрғылау әдісі түрінде қолданылады.
Мұнайгаз ұңғыларын бұрғылауда айналмалы бұрғылау әдісі қолданылады. Бұл әдіс бойынша ұңғы оқпаны үздіксіз айналатын қашаумен бұрғыланады. Тау жыныстарының ұсақталған бөлшектері жер бетіне жуу сұйығының ағынымен көтеріледі. Айналмалы бұрғылау әдісінің өзі роторлық және түптік қозғалтқыштармен бұрғылау тәсілдері болып екіге бөлінеді.
Роторлық бұрғылау тәсілінде қозғалтқыш жер бетіне орналасады да, қашау бұрғылау тізбегі арқылы айналдырылады.
Түптік қозғалтқыштармен (гидравликалық турбобұрғы, винттік гидробұрғы немесе электробұрғы) бұрғылау тәсілінде қозғалтқыш тікелей қашаудың үстіне орналастырылады.
Енді мұнай және газ ұңғыларын айналмалы бұрғылау тәсіліне тоқталамыз.
Роторлық бұрғылау тәсілінде (1.2-сурет) қозғалтқыштың 9 айналдыру қуаты, шығыр 8 арқылы ұңғының сағасына қондырылған, мұнараның центрінде орналасқан арнайы айналмалы механизм-роторға 16 беріледі. Ол қашау 1 жалғанған бұрғылау тізбегін айналдырады. Бұрғылау тізбегі жетек құбырынан 15 және оған арнайы аударма 6 арқылы бұрандамен жалғанған бұрғылау құбырларынан 5 тұрады. Түптік қозғалтқышпен бұрғылау тәсілінде қашау 1 түптік қозғалтқыштың шпиндель білігіне бұралады, ал бұрғылау тізбегі қозғалтқыштың тұрқына 2 жалғанған. Қозғалтқышты жұмысқа қосқанда оның білігі оған жалғанған қашаумен бірге айналады. Бірақ, бұрғылау тізбегі ротормен бірге айналмайды, қашау тек қана түптік қозғалтқыштың қуатымен айналады.
1.2-сурет. Мұнай және газ ұңғыларын айналмалы тәсілмен бұрғылайтын қондырғының сұлбасы
Роторлы бұрғылау тәсілінде қашаудың қабаттың тау жыныстарын бұзып енуі ұңғының өсі бойымен бұрғылау тізбегінің айналып қозғалуынан болады, ал түптік қозғалтқышпен бұрғыланғанда бұрғылау тізбегі айналмайды. Ротормен немесе турбобұрғымен айналмалы бұрғылау процесі кезінде өзіндік ерекшілігінің бірі, ұңғы сумен немесе арнайы дайындалған сұйықпен түптегі қашау арқылы үзбей жуылумен болады. Қозғалтқыш 21 арқылы жұмысқа қосылатын екі (кейде бір немесе үш) бұрғылау сорабынан 20, құбырмен 19 манифольдке 17 жуу сұйығы айдалады. Манифольд мұнараның аяқ тіреуіне бекітіледі, одан әрі иілмелі шланг 14 арқылы ұршық 10 арқылы бұрғылау тізбегіне жалғанады. Жуу сұйығы қашауға жетіп, ондағы тесіктер арқылы қысыммен ұңғы оқпаны мен бұрғылау тізбегі арасындағы кеңістікпен, қазылған жыныстарды бірге алып сағаға көтеріледі. Мұнда науа жүйесі 18 және тазарту механизмдерінде (суретте көрсетілмеген) жуу сұйығы қазылған тау жыныстары бөлшектерінен тазартылып, одан кейін бұрғылау сораптарының қабылдау ыдыстарына 22 барып, қайтадан ұңғыға айдалады.
Ұңғыны тереңдеткен сайын, бұрғылау тізбегі, кронблоктан, (1.2-суретте көрсетілмеген) тәл блогынан 12, ілмектен 10, және тәл арқанынан 11, тұратын полиспаст жүйесіне ілінген күйінде ұңғыға түсіріледі. Жетек құбыр 15, ротор 16 тесігінен өтіп, шығыр 8 жұмысқа қосылып, бұрғылау тізбегін жетек құбырының 15 ұзына бойына элеватормен көтеріп, ұстауыш сына көмегімен оны роторға отырғызып қояды. Одан кейін жетек құбырын 15 ұршықпен 10 қоса бұрап алып, ротордың жанынан, ұңғының оң жағынан алдын ала көлбей қазып қойған шурфқа (оның тереңдігі жетек құбырдың ұзындығымен бірдей) отырғызады. Бұрғылау құбырлары екеуден немесе үшеуден қосақталып свечаға біріктіріледі (бір бұрғылау құбырының ұзындығы 11,5 м). Свечаның ұзындығы 25 немесе 36 м болады және ол бұрғылау мұнарасының биіктігіне байланысты (мұнара биіктігі 41 м болса свеча ұзындығы 25 м, 53 м болса, свеча – 36 м). Ұңғыны бұрғылаған кезде бұрғылау тізбектерін көтеріп-түсіріп тұру үшін көтерген бұрғылау свечаларын секциялап, бұрғылау қондырғысы еденіне орналасқан қорапқа (подсвечник) текшелеп орналастыру керек. Свечаның төменгі жағын подсвечникке жинасақ, ал жоғарғы басын мұнараның жоғарғы жағына 25 және 36 м жерде орналасқан (жоғарыда айтылғандай, мұнараның биіктігіне байланысты) «верховой» деп аталатын алаңдағы саусақтардың ашаларына енгізіп тірейміз. Ұңғы тереңдігі 3000 м.-ден асқанда 36 м свечаны қолданып бұрғылайды, өйткені 25 м свечаның орнына 36 м свечаны қолдансақ, бұрғылау кезінде түсіру-көтеру жұмыстары уақытын үнемдейміз.
Ұңғыны бұрғылау үшін шурфқа отырғызылған жетек құбырмен 15, ұршықты 10 шығарып алып, сынаға тіреліп тұрған бұрғылау тізбегіне бұрап жалғап, қашауды түпке түсіреміз.
Тозған қашауды ауыстыру үшін, барлық жіберген құбырлар тізбегін сағаға көтеріп, жаңа қашауға ауыстырғаннан кейін қайтадан ұңғыға жібереді. Түсіру-көтеру жұмыстарын полиспаст жүйесі арқылы іске асыруға болады. Шығырдың 8 айналған барабанына тәл арқаны 11 оралып немесе тарқатылып тұрады. Сол арқылы тәл блогы мен ілмектің түсіп-көтерілуі қамтамасыз етіледі. Тәл блогы мен ілмекке сырға (штроп) мен элеватор арқылы көтеріліп-түсіріліп тұратын бұрғылау тізбегін қажет болса іліп қояды.
Бұрғылау тізбегін көтерген кезде оларды свечалар бойынша бөліп, текшелеп ұңғы сағасы жанындағы қоршауға (подсвечник) төменгі ұшымен орналастырады. Түсіру операциясы кезінде бұрғылау аспабы мына ретпен жалғанып жабдықталады: қашау – (қажет болса түптік қозғалтқыш) – ауырлатылған бұрғылау құбырлары – бұрғылау құбырлар тізбегі – жетек құбыры.
Ұңғыны бұрғылау және оны пайдалануға өткізу аралығында бірқатар жұмыстар жүргізіледі. Олар:
1) өнімді қабатты бұрғылау;
2) өнімді қабатты зерттеу;
3) ұңғы түбі бөлігінің құрылымын таңдап алу;
4) ұңғы сағасын жабдықтау;
5) пайдалану тізбегін өнімді қабатпен қатынастыру (перфорация);
6) өнімді қабаттан мұнай немесе газды шақыру және ұңғыны пайдалануға өткізу.
Бұл аталған жұмыстардың дұрыс орындалуы ұңғы шығымымен, оның тиімділігімен, сонымен қатар пайдалану барысындағы жөндеу аралық кезеңмен тікелей байланысты.