Дәріс №3. Қабат режимдері технологиясы және игеру көрсеткіштері

Қабатқа әсер ету әдістері дамымастан бұрын, кен орынды игеру кезінде одан мұнайды игеру мақсатында мұнай қабаттарына табиғи энергияны көп шығындау арқылы жүргізілген. Сол кезде, мұнай қабат режимдері туралы маңызды түсініктер пайда болды, ол мұнайды қозғалтатын күш сипаттарына қарай бөлінген.

Пайдалану және айдау ұңғымаларының жүйесімен дренаждау барысында кеуекті ортаның үрдістерін анықтайтын барлық табиғи және жасанды факторлардың қосындысы қабат режимі деп аталады.

Бес режим:

-серпімді режим

-суарынды режим

-газ арынды(газ шапкасының режимі)

-еріген газ режимі

-гравитациялық режим деп айрықша бөледі.

Дренаждау режимін дұрыс бағалаудан, ұңғымадан сұйықты алудың технологиялық мөлшері, шекті мүмкін болатын динамикалық түптік қысым, игерудің гидродинамикалық көрсеткіштерін жобалауға арналған есептік математикалық аспапты таңдау, сұйық және газ өндіруінің көлемін анықтау, ұңғымалардың сулану үрдісін есебі, сонымен қатар игеру кезінде максималды мүмкін болатын соңғы мұнай бергіштік коэффициентіне жетуге қажетті болатын шоғырға әсер ету шаралары тәуелді болады.

Алайда, шоғыр режимін анықтау үнемі оңайлыққа соқпайды, өйткені бірқатар жағдайларда режимді анықтайтын көптеген факторлар бір уақытта іске асады. Идеалды болатын жағдайларды қарастырайық, яғни қандайда бір режим «таза» түрде іске асады немесе игеру барысында шоғырдың өзгерісі тек бір режиммен шартталады, ал басқа режим не мүлде болмайды, не ескермеуге болатын, елеусіз болады.

Мұнай кен орнын игеру тәжірибесінде: серпімді, еріген газ, газарынды немесе газды телпек ең көп таралған.

Серпімді режим деп мұнайды кеуекті ортадан сұйықтардың (мұнай және газ) серпімді кеңею арқасында болатын, сонымен бірге табиғи жыныстардың дефформациясынан қысым төмендеп кеуекті көлемнің азаюын айтады.

Бұл режим кезінде мұнайдың ығысуы шоғырды қоршап тұрған судың және қабат қаңқасының серпімді ұлғаюының әсерінен жүреді. Бұл режимнің іске асуының негізгі шарты (суарынды сияқты) - қабаттық қысымның қанығу қысымнан жоғары болуы (Р_қаб>Р_қан). Қабат тұйықталған, бірақ үлкен болуы тиіс, өйткені оның серпімді энергиясы мұнайдың негізгі қорын алуға жететіндей болуы керек.

Орта серпімділігінің көлемдік коэффициенті осы ортаның алғашқы көлемінің үлесі болып анықталады, оған қысымның бірлікке өзгерісі кезінде, осы көлем өзгереді, яғни :

, (3.1.)

мұнда , - көлемінің өсуі (серпімді режим есебінен);

- қысымның өсуі (қысымның төмендеуі);

V - ортаның алғашқы көлемі.

Теріс қысымның өсуіне, кең көлемнің өсуі сәйкес болғандықтан, алдыңа минус таңбасы қойылады. Қабат жабынынң шөгу бөлшектерінің көлемінің өзгерісі салдарынан, кеуекті қабаттық қатты қаңқасы ішкі қысымның өзгерісінен деформацияланады, ол кеуектіліктің төмендеуіне және қосымша сұйықтың ығысуына әкеледі. Сынақтық мәліметтерден келесілер белгілі:

су үшін:

мұнай үшін:

жыныс үшін: (3.2)

Серпімді режимге қолайлы жағдай туғыздыратын геолгиялық шарттар:

- үнемі қорек көзі болмайтын, жабық шоғыр;

- мұнайлылық нұсқасының сыртында орналасқан, ауқымды су қаныққан аймақ; газ телпегінің болмауы;

- қабат мұнай қаныққан бөлігінің нұсқа сырты аймағымен тиімді гидродинамикалық байланыста болуы;

- қабат қысымының қанығу қысымынан жоғары болуы геологиялық шарттар болып табылады.

Суарынды режим

Бұл режим кезінде мұнайдың фильтрациясы жер бетіне жаңбырдың немесе айдау ұңғымалар жүйесі арқылы үздіксіз айдалатын немесе қоректеніп тұратын шектік немесе нұсқа сыртындағы сулардың әсерінен жүреді.

Суарынды режимнің болу шарты

Р_қаб>Р_қан , мұнда Р_қаб-орташа қабаттық қысым , Р_қан-қанығу қысымы.

Бұл шарт кезінде қабатта еркін газ жоқ, мұнай өзімен немесе мұнай сумен фильтрацияланады.

Суарынды режим кезінде мұнайды алу орны нұсқа сырты немесе айдалатын сумен толтырылады, ол уақыт аралығында ұңғы шығымының қабат қысымының және газ факторының тұрақтылығымен түсіндіріледі. Газ факторының тұрақтылығы келесі жағдайлармен шартталады, Р_қаб>Р_қан кезде қабаттан газ бөлінуі жүрмейді, сондықтан әр тонна мұнайдан, қабаттық шарттарда (3.1-сурет) мұнайда еріген газ мөлшері ғана өндіріледі. Алайда, қабаттың қатты қатпарлы біртексіздігінде ұңғымалардың сулануы уақыт ішінде созылуы мүмкін, өйткені жақсы өтімді қатпарлардан қабаттық су ұңғы түбіне тез, ал нашар өтімді қабаттардан баяу жетеді. Суарынды режим кезінде мұнайдың жетерліктей тиімді ығысуы жүреді және мұнай бергіштіктің жоғарғы коэффициенті іске асады.

3.1-сурет. Уақыт аралығында суарынды режим негізгі сипаттамаларының өзгерісі

Табиғи суарынды режимге қарағанда, жасанды режимде мұнайды ығыстыратын судың үздіксіз арыны жер бетінен айдау ұңғымаларының жүйесі арқылы іске асады.

Суарынды режим кезінде шоғырдан алынған сұйық (мұнай, су) үнемі қабаттық термодинамикалық шарттарда шоғырға деген нұсқа сыртындағы су мөлшеріне тең. Ұңғымадан сұйықты алу кезінде жүретін қысымның қайта реттелуі бұл режим кезінде тез жүруі тиіс (теориялық жағынан жедел), сондықтан бұл режимді тағы да қатты деп атайды. Бұл режим теориялық тұрғыдан толық зерттелген. Қазіргі кезде өндірілетін мұнайдың 80% жоғарысы кен орыннан суарынды режим шарттарында (басты түрде жасанды) өндіріледі.

Газды телпекті режимі

Бұл режим қабаттың энергия көзі геологиялық жағдайда серпімділігі аз болғанда пайда болады (газды шапка болғанда). Бұл режим үшін кеніш өткізгішті жыныстармен бітелген немесе тектоникалық бұзылыстармен бітелген болуы керек, нұсқа сыртындағы су белсенді болмауы тиіс, сондай-ақ мұнайлы кеніш газды шапкамен қатынаста болуы керек. Осы жағдайларда бастапқы қабат қысымы қанығу қысымына тең болады. Орташа қабат қысымының өзгеру қарқыны игеру кезінде кеніште әртүрлі болып өзгеріп отыруы мүмкін, олар игеру қарқынына байланысты және газды шапка көлемі мен кеніштің мұнайға қанығушылығы қатынасына байланысты келеді.

Мұнай кен орындарын газарынды режиммен игеру кезінде қабат қысымының төмендеп отыруы бірге жүріп отырады, бұл дебиттің төмендеуіне, фонтандау кезеңінің аздығына, мұнай ұңғыларының газ ұңғыларына ауысуына әкеліп соқтырады. Осы кезде, мұнай кенорынды игеруде аралас режим жағдайларын енгізу мүмкіндігі туады, олар жасанды жолдар, яғни қабат қысымын ұстау, сыртқы ауданына су айдау немесе газ шапкасына газ айдау, т.с.с. соңында газарынды режимді қолданған уақытта мұнай бергіштік керекті көлемге жете алмайды.

Бұл режимда газ факторының заңды өсуі және ұңғы тек таза газ өндіруге (мұнай өнімімен салыстырғанда) және газ шапкасын өсіруге мінезделген. Газ арынды режим жалпы алғанда бағынышты белгіде орындалады және салыстырмалы түрде көп қолданылмайды, өнімі жағынан ұңғылары көбіне суланбайды.

Бұл режим газ шапкасында тұрақталған қабаттық энергияның көзі, серпімді газ болатын, геологиялық шарт барысында іске асады. Ол үшін шоғыр шеткі жағынан өткізгіштігі нашар жыныстармен немесе тектоникалық бұзылыстармен шектелуі керек. Егер нұсқа сыртында су болса, ол қарқынды болмауы керек. Мұнай шоғыры газ шапкасымен әсерлесуде болуы керек. Бұндай жағдайларда алғашқы қабат қысымы қанығу қысымына тең болады, өйткені шоғырдың дренаждалуы газ шапкасының үздіксіз ұлғаюының есебімен жүреді және мұнай үнемі газбен әсерлесуде болады.

Бұндай шоғырды игеру барысында орташа қабаттық қысымның өзгеру жылдамдығы, игерудің жылдамдығына, газ шапкасының және шоғырдың мұнайқаныққан бөлігіне тәуелді әр түрлі болуы мүмкін.

Бұндай шоғырды сұйық және газы бар сауыт ретінде қарастыруға болады, бұл кезде сұйықты алу газдың ұлғаюымен жүреді.

3.2-сурет. Мұнай жиегінің газ шапкасы көлемдерінің әртүрлі қатынастарында өлшемсіз орташа интегралды қабаттық қысымның уақыт аралығында өзгеруі.

1-n=0.25; 2-n=0.5; 3-n=1; 4-n=2; 5-n=4; 6-n=8.

Суреттен қабат қысымының қисық сызықтық заңмен өзгеретінін және газды телпек көлемінің шоғырдағы мұнайлы бөлігінің көлеміне қатынасы (n – көп болған сайын) аз болған сайын қабат қысымының түсу темпі жоғары болатынын көреміз. Шоғырдағы мұнай көлемі газ телпегінің алғашқы көлемінен төрт есе жоғары болу кезінде, он жылдан кейін қабат қысымы 50% (Р=0.5) төмендейді.

Газ телпегінің көлемінен мұнай көлемінің 0,25 құрған кезде қысым 5,8% төмендейді. Осылайша, кен орынның газ телпегінің режимінде игеру кезінде қабаттық қысым төмендейді және оның салдарынан (шығым төмендейді, фонтандау уақыты қысқарады, мұнай ұңғымасы газға және т.б. ауысады). Нақты шарттарда бұндай кен орынды игеру тек аралас режим шарттарында, қабаттық қысымды жасанды түрде, яғни нұсқа сыртына су айдау немесе газ шапкасына газ айдау көмегімен мүмкін болады. Газ телпегінің режимінің шарттарында соңғы мұнай бергіштік, мұнайды сумен ығыстыру режиміндегідей болатын мөлшерге жетпейді және 0,4-0,5 аспайды. Бұл режимге газ факторының өсуі және ұңғымалардың мұнай қорын өндіруіне және газ шапкасының ұлғаю мөлшеріне қарай, таза газ өндіруге көшуі заңдылықты. Бұл режимде ұңғы өнімі суланбаған болады.

Еріген газ режимі

Мұнайлы кенішті пайдаланғанда, одан шыққан мұнайдан үзіліссіз газдың бөлініп отырылуы және оның бос күйге ауысып отыруы, соның салдарынан мұнайлы-газ қоспасының көлемі және осы қоспаның фильтрациясы төмендеген қысым нүктелеріне және ұңғы түбіне әсер етіп отырса, онда ол еріген газ режимі деп аталады. Бұл режимді қабат қысымының энергия көзі газды мұнайлы қоспаның серпінділігі болып табылады.

Осы жағдайларда қабат энергиясы мұнайға қаныққан қабат бөліктерінде біртекті таралған болады. Бұл режимде аудан бойынша ұңғыларды араластыруда біттекті принциппен орындалады.

Еріген газ режимінде қабат қысымының қанығуы қысымынан төмен болғанда болады, мұнай онда еріген газдың көпіршік түрінде және оның кеңею кезінде игеріледі.

Мұнайдан үздіксіз газдың бөлінуі кезінде мұнай шоғырын дренаждау және оның еркін жағдайға ауысуы, осы көлем арқылы газ мұнай қоспасын жоғарылату және қоспаны төменгі қысым нүктелерінде (ұңғы түбіне) фильтрациялау еріген газ режимі деп аталады.

Еріген газ режимінің іске асу шарттары

-Р_қаб >Р_қан (қабаттық қысым қанығу қысымынан төмен);

-нұсқа сыртында судың жоқтығы немесе нұсқа сырты суының қарқынды болмауы;

-газ шапкасының болмауы;

-геологиялық шоғыр жабық болуы тиіс.

Бұндай шарттарда қабаттың мұнай қаныққан бөлігінің барлық көлемінде, қабаттық энергия біртекті таралған. Бұндай режим кезінде шоғыр ауданында ұңғымаларды біртекті орналастыру принципі заңдылықты болады.

Еріген газ режимінің шарттарында шоғырдың мұнай қаныққан бөлігінде қабаттық энергия біртекті таралған. Бұндай режим кезінде шоғыр ауданында ұңғымаларды біртекті орналастыру принципі заңдылықты болады. Еріген газ режим шарттарында шоғырда орташа қабаттық қысымның өзгеру заңдылықтарын қарастырайық. Орташа қабаттық қысым қанығу қысымына тең деп қабылдайық, яғни Р_орт = Р_қан., дейін қысымның өзгеруі кезінде, еріген газдың Генридің түзу сызықты заңмен өзгеруі заңдылықты болады, бұл кезде қысымның төмендеуі кезінде мұнай көлемінен V_м бөлінген газдың көлемінен анықтауға болады.

V=α*(Р_алғ- Р)* V_м (3.3)

α- стандартты шарттарға келтірілген ерудің коэффициенті; V-стандартты шарттарға келтірілген кездегі бөлінген газдың көлемі. Бұл көлемді ағымдағы қабаттық қысымға Р_қаб және температура күй теңдеуін пайдаланып келтіру керек.

Бөлінген еркін газ мұнайда біртекті таралады да, газ- мұнай қоспасын құрайды. Алғашқы уақытта қабаттық кеуектері тек мұнаймен толған деп ойлайық, V_кеу = V_м (байланысқан су соңғы нәтижелерді ауыстырмайды). Қабаттың жалпы кеуектерінің көлемінен V_кеу қысымның төмендеуі кезінде қоспа бөлінуі тиіс, оның көлемі V_bc келесі айырмашылыққа тең болады.

(3.4)

Бұл көлем мұнайдан және газдан тұрады. Қабаттағы барлық мұнай көлемінің, барлық құрылған қоспаның көлеміне қатысты қатынас ретінде, қоспадағы мұнайдың үлесін анықтайық, яғни

(3.5)

Бұл сұйық фазаның орташа құрамдастығы. Бірақ келесі ұғымдарды ажырата білу керек. Берілген игеру барысында қабат кеуектерінде қалатын α₁ – қоспа кеуегіне бөлінген сұйық фазаның үлесін- α₁ және α₂ қоспасындағы сұйық фазаның үлесі,

(α₁) қоспасынан бөлінген мұнай үлесі әрқашанда

(α₂) қоспасынан бөлінген мұнай қоспасынан аз болады, да келесідей бөлінеді:

1. Газдың тұтқырлығы мұнай тұтқырлығынан елеулі аз болады, сондықтан ол көбірек қозғалуға бейімді және ұңғы түбіне тез жетеді.

2. Мұнайдың газдану нәтижесінде оның тұтқырлығы жоғарылайды, яғни қозғалу қабілеті төмендейді.

3. Кеуекті ортаның газ қанығуының жоғарылауымен газ үшін фазалық өтімділік жоғарылайды, ал мұнай үшін төмендейді(қисық фазаларға немесе өтімділікке қатысты).

Аталған факторлар газ сұйық қоспасының кеуегінен бөлінген сұйық фазаның төмендеуіне, яғни газ факторларының жоғарылануына әкеледі. Еріген газ режимінде кен орынды пайдалану кезінде уақыт ішінде орташа интегралды қабаттық қысымның өзгеруін сипаттайтын теңдеуін алуға болады.

(3.6)

Бұл бойынша өлшемсіз қабаттық қысымның Р_қаб және оның уақыт ішінде өзгеруінің сандық бағалауын жүргізейік, есептеудің нәтижелері 9.1- суретте келтірілген.

3.3-сурет. Еріген газ режимінде өлшемсіз орташа интегралды қабаттық қысымның уақыт аралығында өзгеруі:

Газдалған сұйықтың (мұнай) қуысты ортадағы қозғалысы екі фаза үшін екінші реттегі жеке туындының екі сызықсыз дифференциалды теңдеу жүйесімен сипатталады.

мұндағы:

, - мұнай мен газ үшін сәйкесті қабаттың салыстырмалы өткізгіштігі - қуысты кеңістіктің мұнаймен қанығуы;

- еркін газдың салыстырмалы тығыздығы;

- мұнайдың көлемдік коэффициенті;

- қалыпты жағдай кезіндегі газдың мұнайда еруі.

Гравитациялық режим

Гравитациялық режим - мұнай кенішін игергенде, ұңғы түбіне сұйық фильтрациясы бос үстімен келуі. Бос үстімен деген, фильтрациялаушы сұық үсті немесе фильтрацияның динамикалық жағдайларында құрылатын мұнай газды қатынас, бұларда қысым барлық нүктелерде тұрақты болып қалады. Бұл режимді кейде қарқынсыз деп те атайды. Гравитациялық режим кезкелген кеніште игерудің соңғы деңгейі еріген газ режимінің табиғи жалғасы болып кездесуі мүмкін. Гравитациялық режимде ұңғыда мұнай жиналу үшін және сорап түсіру үшін тереңдетілген түп болады.

Гравитациялық режим мұнайды шахталы жолмен өндіргенде шешуші рөл атқаруы мүмкін. Ұңғылары өте төмен, бірақ тұрақты шығыммен ерекшеленеді. Тік құлама қабаттарда гравитациялық режимнің эффектісі жоғарылайды. Бұл режим мұнайды өндіру үрдістерінде тәжірибелік тұрғыдан қолданылмайды және ол тек режим үрдісін түсіну үшін ғана маңызды.