ДӘРІС. Ауамен үрлеу арқылы мұзды таужыныстарда ұңғымаларды бұрғылау

Сығылған ауа су және сазды ерітінділерге қарағанда мұзды таужыныстарда ұңғымаларды бұрғылау кезінде қатпайды, сондықтан да жуу ортасының қатуымен байланысты күрделіктер толығымен жойылады.

Ауаның массалық шығыны әдетте жуу сұйықтығының шығынынан 15-25 есе төмен, ал жылу сыйымдылығы 10³ Дж/(кг ° С) 4 есе төмен болып келеді. Бірдей алғашқы температурада ауа жуу сұйықтығына қарағанда 60-100 есе төмен жылу апарады. Бұл мұзды таужыныстардың еруімен байланысты қиындықтардың қауіптілігін біршама төмендетеді. Ауа тұзды ерітіндіге қарағанда біршама тиімді және ол ұңғымада қатпайғанымен, мұзды таужыныстардың табиғи агрегаттық күйін бұзу мүмкін.

Сығылған ауа таужыныстардың еруімен байланысты күрделіктер қауіптілігін төмендете отырып, бұл қиындықтарды толығымен жоймайды. Компрессордан шығу бөлігінде ол жоғары температураға (70-80 °С) ие болады және де мұздықтардың еруі және қиындықтардың пайда болу жағдайлары да кездескен.

Ауадан конденсаттың түсуімен байланысты арнайы қиындықтары бар: шлам бөлшектерінің жабысуы, сальниктердің түзілуі, конденсаттың қосынлған жерлерге жабысу, өткізу саңылаулардың кішіреюі, таужыныстарды бұүзушы құралдың ысуы, тұрып қалу және т.б. Бұл кү.рделіктер де бұрғылау кезінде температуралық факторды ескермеуден туындаған.

Ұңғыманың температуралық режимін болжау және реттеу бойынша тәжірибелік есептеулер үшін негізгі аналитикалық тәуелділіктерге қарағанда қарапайым формулаларды қолданған жөн. Мұзды таужыныстарда ауамен үрлеу арқылы колонкалы бұрғылау кезінде үлкен қателіксіз =0, =0 негізгі тәуелділіктерді қабылдауға болады, бұл температураны тарату үшін қарапайым формулаларды қолдануға мүмкіндік береді:

бұрғылау құбырларында

t₁=(t_1н- Т_п) + Т_п ; (6.1)

және сақиналы арнада

t₂=( Т_п -t_1н) ; (6.2)

мұндағы Т_п– тереңдігі бойынша таужыныстардың орташа тұрақты табиғи температурасы, °С.

Бұл формулаларды қарапайым жылуды шектемейтін бұрғылау құбырларын қолдану кезінде пайдалануға болады.

Есептеу жолдары арқылы екі жағдайда температуралық режимнің ерекшеліктерін қарастырайық: біршама ауа шығына бар жоғары диаметрлі ұңғыманы бұрғылау кезінде (шоғырларды барлау) және шамалы ауа шығыны бар кіші диаметрлі ұңғыманы бұрғылау кезінде (алмазды бұрғылау).

Бірінші жағдайда келесі параметрлер қабылданған: ұңғыманың диаметрі 180 мм, тереңдігі 150 м дейін; бұрғылау құбырлары муфталы-құлыпты қосындылы, диаметрі 63,5 мм; таужыныстар түрі мұзды саздақтар =2070 кг/м³; с_п=1,21 0³ Дж/(кг °С); _п=2,33 Вт/(м °С) орташа температурасы T_п= -3 °С; алғашқы температуралары t₁=+30, -5 және -30 °С кезінде ауаның шығыны 9 м³/мин; забойдағы қуаттылығы 3 кВт.

Екінші жағдайда – ұңғыманың диаметрі 76 мм, тереңдігі 200 м дейін; бұрғылау құбырлары ниппелді қосылған, диаметрі 50 мм; таужыныстар түрі құмтастар _п = 2600 кг/м³, с_п=1,05 10³ Дж/(кг ); _п=1,86 Вт/(м °С) орташа температурасы Т_п= –5 °С; алғашқы температуралары t₁=+30,0 және -20 °С кезінде ауаның шығыны4 м³/мин; забойдағы қуаттылығы 1,5 кВт.

Екі жағдайда да _т=46,5 Вт/(м °С) тең. Есептеулер (4.36) және (4.37) формулалармен =2 сағ тең деп жүргізілген. Агрегаттық күйінің өзгеруі ескерілмеген (k_агр⁼1).

ЭЕМ-де есептеулер нәтижелері графика түрінде 6.1 және 6.2 суреттерде берілген. 6.1 және 6.2 суреттегі қисықтар 100-200 м тереңдікке дейін ұңғымадағы температура кенет өзгеретіндігін көрсетеді және ауаның алғашқы температурасы таужыныстар температурасынан жоғары немесе төмен жағына қарай айырмашылығы жоғары болған сайын температураның мәні де кенет өзгереді. Себебі, ауа жылу немесе суыктың аз қорын тасымалдайды және тереңдеген сайын оның температурасы таужыныстардың температурасына жақын болады. бұл үрдіс ауа шығыны төмен және жылуалмасу жоғары болған сайын жылдам жүреді. Екінші мысалда (алмазды бұрғылау) ауаның шамалы шығынында, оның қозғалуының жоғары жылдамдықтары және жылу беру көрсеткішінің жоғары мәніне байланысты ұңғымадағы температура 50-70 м тереңдікте алғашқы температурасына тәуелсіз таужыныстар температурасына тең болып қалады (6.2 сурет).

Мұзды таужыныстар бойынша ұңғыманы бұрғылаудың қолайсыз жағдайлары ауаның алғашқы жоғары температурасы және оның үлкен шығындары кезінде туындайды. Бұл жағдайда оқпан бойымен оң температура (6.1, а сурет) сақталуы мүмкін, ал бұл қиындықтарға әкеледі. Жоғары шығындарда ауаның алғашқы жоғары температурасы тереңдік жоғарлаған сайын маңыздылығы төмендейді. Алғашқы температураның әсері сақталатын жоғары учаскілерде шегендеу құбырларын орналастыру арқылы қиындықтарды алдын-ала ескеруге болады.

Ауамен үрлеу арқылы барлық бұрғылау жағдайларында ауаның температурасы ұңғыма забойында таужыныстарды бұзушы құралдан шығатын жылу әсерінен кенет жоғарлайды. Суытылған ауада ең жоғары температура жылуы шектелмеген бұрғылау құыбраларында әдетте забойда болады және шамалы тереңдік пен жоғары шығындарда – забойдан біраз жоғары болады (6.1, в сурет). Таужыныстар температурасына жақын ауаның алғашқы температурасы кезінде оның ұңғыма бойымен таралуы забойда алмасатын жылумен анықталады (6.1 б, 6.2, б суреттер).

Забой және сағада сақиналы арнада ауаның температурасы маңызды болып келеді. Оларды h = H және h=0 жағдайлар кезінде (1.15) негізгі мәнінен алынған жақындатылған теңдеулер арқылы анықтауға болады:

t₃=T_п ; (6.3)

t_y=(T_п-t_lн) +T_п; (6.4)

Соңғы теңдеулер ұңғыманың біршама жоғары тереңдікте забойлық және сағалық температура тереңдікке тәуелді болмайтынын, бірақ мұзды таужыныстар температурасымен, жылу алмасу жағдайлары және ұзақтылығымен анықталатының көрсетеді. Забой маңы температурасына забойға берілетін қуаттылық, ал сағалық температураға – ауаның алғашқы температурасы әсер етеді.

6.1 сурет. Диаметрі 180 мм ұңғымада бұрғылау құбырлар (1) және сақиналы арнада (2) температураның таралу графигі (шоғырларда бұрғылау; ауаның шығыны 9 м³/мин; соңғы тереңдіктер –50, 100 және 150 м; циркуляция ұзақтығы 2 сағ).Ауаның алғашқы температурасы, 0 °С: а – (+30); б – (-5); в – (-30)

6.2 сурет. Диаметрі 76 мм ұңғымада бұрғылау құбырлар (1) және сақиналы арнада (2) температураның таралу графигі (алмазбен бұрғылау; ауаның шығыны 4 м³/мин; соңғы тереңдіктер – 200 м; циркуляция ұзақтығы 2 сағ).ауаның алғашқы температурасы, °С: а– (+30); б– (0); в – (–20)

Оқпанның кез келген учаскесінде таужыныстар ерімей болса, онда ұңғыманың температуралық режимі қалыпты деп саналады. Тұрақтылықтың сақталу жағдайына оқпанда температураның жоғары мәнінен аспай ұстау және ол t_max= T_п/( ) формуласымен анықталып, жылулық әрекеттің ұзақтылығына, яғни бұрғылаудың механикалық жылдамдығына тәуелді болады. соңғысы жоғары болған сайын, рейстің ұзақтылығы төмен ( ) және сәйкесінше сақиналы арнада ауаның шекті температурасы жоғары болады.

6.1, в және 6.2, в суреттен суытылған ауамен үрлеу жағдайларында оның температурасы мұзды таужыныстардың табиғи температурасынан тек забой маңы белдемінде ғана жоғары болады және ол бұрғылау үрдесінде үнемі өзгереді. Механикалық жылдамдылық жоғары болған сайын, ауаның ерігіш әрекеті төмен болады. Бұл жағдай дұрыс, себебі механикалық жылдамдылық остік жүктемеге және снарядтың айналу жиілігіне пропорционалды қуаттылықпен N емес, таужыныстардың бұрғылануымен анықталады. Бұрғылау режимін қалыптастыру N және забой маңы белдеміндегі ауа температурасының жоғарлауына әкеледі. Жер бетіне жиналатын суық қоры төмен түсетін және көтерілетін ағыс арасындағы жылу алмасу үрдісінде жоғарғы горизонттағы таужыныстар температурасының қажетсіз төмендеуіне жұмсалып, ұңғыма забойына дейін жетпейді.

Жер бетінде суықтың тиімді қолдануы жылуы шектелген бұрғылау бағанасы көмегімен жетуге болады. 6.3 суретте бірінші қарастырылған мысалда қарапайым және жылуы шектелген бұрғылау құбырлар үшін =0 °C қамтамасыз етуге қажетті ауаның жер бетінде суытылған температураның есептелген теңдеулері берілген. Ұңғыманың 100 м тереңдігінде жер бетіндегі қажетті суытылған ауа қарапайым құбырларды қолдануға қарағанда бірнеше есе төмен. Заманауи жылуды шектейтін материалдар суық ауаның забойына дейін жететін берік шектеулерді қамтамасыз етеді.

Забой маңы белдемінде ауа температурасының кенет жоғарлауын пневматикалық забойлық қозғалтқышты және қарапайым пневмосоққышты қолдану арқылы шектеуге болады. Жер бетінде сығылған ауаны суыту және құрғату конденсаттың шығуымен байланысты күрделіктерді жоюға мүмкіндік береді.

Комперссордан бұрғылау құбырларына берілетін жылы суытылыған ауа ұңғыманың бойымен қозғалған кезінде суытылады, бұл бұрғылау құбырлар және сақиналы кеңістікте конденсаттың түсуіне әкеледі. Алдын ала суытылған және құрғатылған сығылған ауа сұйық немесе қатты фазада ылғалдылығы бар таужыныстармен байланысатын забой маңы белдемінде және сақиналы арнада тек ылғалдылықты жұту мүмкін. Бұл жағдайда конденсаттың түсуі және онымен байланысты барлық қиындықтар жойылады. Ұңғыма бойымен қозғалу кезінде жылынатын суытылған ауа оны құрғатады.

Мұзды таужыныстарда ауамен үрлеу арқылы бұрғылау кезінде ұңғыманың температуралық режимін реттеу және қалыпқа келтіру үшін біріншіден өңдірісте сығылған ауаны мәжбүрлі суыту және құрғатудың тиімді жүйесін енгізу қажет.

6.3 сурет. Бұрғылау үрдісінде ұңғыманың забой маңы белдемінде нөлдік температураны қамтамасыз ету үшін қажетті жер бетінде суытылған сығылған ауаның температурасының ұңғыма тереңдігіне тәуелділігі; 1 – қарапайым бұрғылау құбырларында; 2 – жылуы шектелген бұрғылау құбырларында

Колонкалы барлау бұрғылау жұмыстары кезінде екі сатылы компрессорлар қолданылады және олар ауаны сығу үшін энергия шығының төмендетуге арналған бірінші және екінші сатылар арасында аралық мұздатқышпен жабдықталған. Екінші сатыдан кейін сығылған ауа мәжбүрлі суытусыз ресиверге келеді. Сондықтан да ДК-9 немесе ЗИФ-55 типті компрессорлы станциялар ресиверінен шығу кезінде оның температурасы 70-80°С тең болуы мүмкін.

Мұзды таужыныстарда бұрғылау кезінде күрделіктерді жою үшін бұрғылау құбырларына айдалатын сығылған ауаның температурасын -10 °С дейін суыту жеткілікті болады.

Сығылған ауаны суытудың қолданып жүрген әдістерінен ең қарапайым және арзан әдіс – табиғи суықтығы бар жылу алмасу. Қиыр Солтүстік пен Солтүстік-Шығыста қыс мезгілінде сығылған ауаны теріс температураларға дейін жер бетьі жылу алмастырғыштарда атмосфералық ауамен жылу алмасу есебінен суытуға қолайлы жағдайлар бар. Сонымен қатар басқа да табиғи суытқыштарды – мәңгілік мұзды таужыныстар мен мұздарды қолдану мүмкіндігі бар.

Бұрғылау жұмыстар тәжірибесінде мұзды таужыныстарда бұрғыланған шурфқа түсірілетін жер беті жылу алмастырғыш арқылы, сонымен қатар мұзды таужыныстарда бұрғыланған ұңғымаға түсірілген және қатпайтын сұйықтықпен толытырылған екі жіпті құбыр арқылы сығылған ауаны суыту әдістері бар. Суыту тиімділігін сығылған ауаны мұзды таужыныстардағы герметикалық өнімдер бойымен өткізу арқылы жоғарлатуға болады, бұл қыс, сонымен қатар жаз айларында теріс температуралы ауаны алуға мүмкіндік береді. Бірақ қымбат тау-кең жұмыстарын қолдану қажеттілігі осы суыту әдісін кеңінен қолдану мүмкіндігін шектейді.

Қыс мезгілінде мұзды қолдану дайындау және жұмыс орнына жеткізу қиындықтармен байланысты, ал жаз айларында жасанды жасалған қорлар есебінен ғана қолдану мүмкіндігі бар. Екі нұсқауды да күрделі бұрғылау жұмыстарында қолдану тиімсіз.

Сығылған ауаны атмосфералық ауамен жылу алмасу арқылы суыту ең тиңмдң болып келеді. Тәжірибеде бұл әдіс қыс мезгілінде қолданады. Компрессордан қосымша ресиверлер, ұзын құбырлар немесе құбырлардан дәнекерленген батареялар қолданылады. Бұл қондырғылар ауыр, және жиі тасымалдау жағдайларында қолайсыз және тиімсіз.

Желдеткіш арқылы атмосфералық ауаны мәжбүрлі циркуляциялайтын және суық атмосфералық ауа жағынан жылу алмасатын жинақы құбырлы мұздатқышты қолдану жақсы нәтижелерді береді. Сығылған ауа 0,7-0,8 МПа қысымымен суытылатындықтан су және майлы радиаторлар немесе калориферлерді қолдануға болмайды. Темір жол вагон-рефирижераторларда қолданатын сыртқы жылу алмасу ауданы 25- 30 м² тең және 1,6 МПа жұмыс қысымына есептелген КВ-25, КВ-30 типті құбырлы конденсаторларды қолданутиімді болып келеді. Атмосфералық ауаны циркуляциялау үшін қуаттылығы 0,5-1 кВт тең электрлік немесе механикалық жетегі бар МЦ №4 немесе №5 типті остік желдеткіштерді қолдану ыңғайлы.

Солтүстік және Солтүстік-Шығыс жағдайларында ауа температурасы 25-30 °С дейін жететін жаз мезгілінде сығылған ауаны теріс температураға дейін осы әдістермен суыту мүмкін емес. Бірақ атмосфералық ауамен жылу алмасу есебінен комперссордан шығатын ыстық сығылған ауаны суыту екі сатыдан құралған – алдын-ала және соңғы суытудан құралған суыту жүйесінің тиімділігін жоғарлату үшін өте пайдалы. Сығылған ауаның температурасын +80 °С-тан (компрессор ресиверінен шығу бөлігінде) +25 °С (жылуалмасудан шығу бөлігінде) дейін төмендету екінші суыту сатысысының қажетті суық өнімділігінде екі есе төмендетуге мүмкіндік береді. Қыс мезгілінде суытудың тек бірінші сатысы ғана қолданылуы мүмкін, ол шамамен -10 °С температурасы бар сығылған ауаны алуға мүмкіндік береді, ал жаз мезгілінде екінші суыту сатысымен бірге қолдану қажет.

Жасанды суытудың қолданып жүрген әдістерінің ішінде ең тиімді әдіске: ауаның кеңею кезінде жұмысты шығару арқылы энергияның ішкі балансын өзгерту нәтижесінде суыту; жасанды суытқыш – булы мұздатқыш машинаның көмегімен хладогентпен жылу аламсу есебінен суыту.

Жұмысты шығару арқылы ауаны кеңейту поршенді детандер немесе турбодентандерлерде жүргізіледі. Турбо детандерлер ауаны алдын ала тазалауды және құрғатуды, жоғары сапалы қызмет көрсетуді қажет етеді және өте қымбат.

Мұнай және газға ұңғымаларды ауамен үрлеу арқылы бұрғылау кезінде ауаны суытуға арналған арнайы турбодентандерлер В.И. Метанин басшылығымен Куйбышев авиациялық институтында шығарылған, бірақ қолданысты таба алмады.

Арнайы мақсаттар үшін шығарылатын поршенді детандерлер үрлеу арқылы колонкалы бұрғылау талаптарына сәйкес келмейді.

ЛГИ және ЦНИГРИ жүргізілген зерттеулер колонкалы барлау бұрғылау жағдайларында детандерлер ретінде тау-кең жұмыстарында кеңінен қолданатын поршенді пневматикалық қозғалтқышты қолдану мүмкіндігі туралы шешімге келді.