Дәріс. Табиғи режимдермен кенорындарды игеру

Мұнайгаз кенорындары — бұл табиғи газ телпегі бар мұнай кенорындары. Оларда бастапқы қабат қысымы қанығу қысымына қарағанда әлдеқайда төмен болады, соның салдарынан газдың тек бір бөлігі ғана мұнайда ериді, ал қалған бөлігі алғашқы газ телпегін құрап, мұнайдың үстіне орналасады.

Мұнайгазконденсатты кенорындар —газды бөліктерінде майлы газ – конденсаттың көп мөлшері болатын С₃—С₈ және ауыр көмірсутектердің қоспасы болып табылатын мұнайгаз кенорындары. Табиғи газ телпегіндегі 1м³ газда 150 – 200 г немесе одан аз конденсат болса, онда мұндай кенорынды мұнайгаздыға жатқызады. Газ телпегінде стандартты жағдайларда 1 м³ газда 200 г конденсат болса, кенорынды конденсат мөлшері орташа мұнайгазконденсатты деп санайды. Газ телпегі газында бір кубометрде 600 г артық конденсаттың болуы жоғары деп саналады.

Егер көмірсутектердің 80—90% табиғи жағдайларда газда, ал қалғаны сұйық фазада, яғни мұнайда болса, шартты түрде ондай кенорынды газды немесе газоконденсатты деп санайды. Сұйық фазадағы көмірсутектер көп болған жағдайда кенорынды мұнайгаздыға немесе мұнайгазконденсаттыға жатқызады.

Мұнайгаз кенорындарының мұнайлы бөлігінде еріген газы бар мұнай, сондай-ақ, байланысқан су болады. Бұл кенорындардың газды бөлігінде газ бен байланысқан су болады. Кейбір мұнайгаз кенорындарының газды бөліктерінде мұнайға қанықтылық төмен кезде газ және байланысқан сумен бірге мұнай да болуы мүмкін деген болжам бар.

Мұнайгаз кенорындарын қабатқа әсер ету арқылы және т.б. игеру кезінде қойылатын негізгі талап мұнай газ телпегіне қарай жылжымауы қажет. Басқа сөзбен айтқанда, мұнайгаз кенорынын игеру газмұнай байланысы газ телпегіне қарай жылжымайтындай жүргізілуі қажет. Газ телпегіне қарай жылжыған мұнай онда қалдықты мұнайға қанықтылық тудырады, нәтижесінде газ телпегінде мұнай кеуекті орта бойынша «жағылатын» мұнайдың қосымша шығыны пайда болады деп саналады.

Табиғи режимдермен мұнайгаз кенорындарын игеру кезінде газмұнай байланысының газ телпегіне қарай жылжуының алдын алу мұнай және газ бөліктері арасындағы қабаттық қысымның нөлдік немесе жағымсыз төмендеуін ұстап тұру арқылы іске асады.

Мұндай игеру егер кеніштің мұнайлы бөлігінде қабаттық қысым белгілі бір мөлшерде төмендесе газ телпегінен газдың алынбауына немесе оның шектелуіне алып келеді. Алайда, мұнайгаз кенорындарын игеру кезінде газ телпегінен газдың толық алынуын болдырмау қиын, себебі кен орын ауданы бойынша газ телпегі таралғанда газды конустар пайда болады. Мұнайгаз ұңғымаларына газдың бұзып өтуін болдырмау үшін белгілі арнайы шаралар қабылдауға қарамастан, мұнайгаз кенорындарының газ телпегінен алынатын газ мөлшерін негізінде мұнайлы ұңғымалар, әсіресе газмұнай байланысына жақын орналасқан ұңғымалар дебитін төмендету арқылы шектейді. Мұнайлы ұңғымалар дебитін азайту бір жағынан игерудің жеткілікті қарқынын ұстап тұрудың экономикалық себептерінің қажеттілігі, екінші жағынан – кенорынды игерудің экономикалық көрсеткіштерін нашарлататын ұңғымалардың көп санын бұрғылау қажеттілігіне алып келеді.

Мұнай ұңғымаларының дебиті газды конустардың созылуына жол бермеу себебінен шынымен де аз болуы керек деп елестету үшін газды конустардың пайда болуының қарапайым теориясын қарастырайық.

1 сур. Мұнайгаз кенорны ұңғымасына мұнайдың келу схемасы

1-ұңғыма; 2-газмұнай байланысының беті; 3-перфорацияланған бөлік

Мұнайгаз кенорнының мұнайлы бөлігі төменгі жағынан қабат табанымен шектеледі, яғни сумен жайылмайды деп алайық. Қабат түбінен есептелетін биіктік бойынша мұнайгаз кенорнының мұнайлы бөлігін ашқан ұңғымағы мұнайдың келуі газды конустың пайда болуымен жүреді (1 сур). Ұңғыма центрінен r қашықтықтағы мұнай бағанының биіктігі тең. r=r_к кезінде шартты қорек контуры болған кезде. Мұнай үшін қабаттың k_фн фазалық өткізгіштігі k тең деп аламыз. биіктігі бойынша радиал бағытта ұңғымаға енетін мұнай дебитін q_нс оның көлденең бағыттағысына жуықтап есептеп, келесі түрде анықтауға болады:

(1)

2 сур. сәйкес ұңғыма центрінен r қашықтықта және қабат түбінен бастап есептелетін z биіктікте орналасқан мұнайдың элементар ағыны өтетін А нүктесіндегі қысым p(r, z) үшін келесі өрнекті аламыз:

, (2)

мұндағы - қарастырылып отырған ұңғыма жанындағы кенорынның газды бөлігіндегі қысым; и - мұнай мен газдың сәйкес меншікті салмақтары.

p(r, z) қысымды радиус бойынша дифференциалдап, (2) негізінде аламыз

; (3)

(3) (1) – ге қойып және ұмтылдырып, алатынымыз

(4)

(4) – ті бойынша интегралдап және - қа қатты тәуелді емес деп санап, аламыз

(5)

(5) тағы да интегралдап және r = r_k кезінде = және r = r_c кезінде = шекті шарттарын сақтай отырып, шекті газсыз дебит = үшін, яғни r = r_c кезінде мұнай бағаны биіктігі тең болатын және ұңғымаға тек мұнай ған ағып келетін дебит үшін ақырғы формуланы аламыз:

:

(6)

Мұнайдың шекті газсыз дебитін (6) формула бойынша анықтаймыз. Сонда

, (7)

Сәйкесінше (6) формуланы (7) формуланы ескеріп былай жазуға болады

(8)

(8) формуланың мұнайдың қарқынды фильтрациясы үшін Дюпюидің кәдімгі формуласынан ерекшелігі оған орнына кіреді. Сондықтан мұнай кенорындарын игеру тәжірибесінде кездесетін шамаларымен салыстырамыз.

= 0,8 ∙ 10⁴ Н/м³, ∆h = 10м болсын. Онда = 0,8 ∙ 10⁴∙10 = 0,8∙ 10⁵ Н/м² = 0,08 МПа.

Мұнай кенорындарын игеру тәжірибесінде бірнеше мегапаскальдарды құрайды. Осылайша, мұнайгаз кенорындарының мұнайлы ұңғымаларының шекті газсыз дебиті таза мұнай кенорындарының мұнайлы ұңғымаларының кәдімгі дебиттерінен бірнеше ондаған есе кіші екен. Бұл жағдай мұнайгаз кенорнын игерудің берілген қарқынын қабатқа әсер етпей қамтамасыз ету мақсатында ұңғымалар сеткасын қатты тығыздау (3 - 4∙10⁴ м²/скв дейін) қажеттілігіне алып келеді.

Кейбір ерекше жағдайларда, мысалы егер мұнайгаз кенорнына су айдау кезінде тұрақты сумұнайлы эмульсиялар пайда болғанда сусыз өнімді алу қажеттілігі кезінде, бағалы мұнай жағдайларында, терең емес жатысты мұнайгаз кенорындарын ұңғымалардың тығыз сеткасы кезінде су айдаусыз игеруге болады. Алайда мұнайгаз кенорындарын осылай игеру барлық қалған жағдайларда экономикалық ақталмады, сонымен қатар, газ телпегіндегі газдың консервациясына алып келді. Сондықтан бұл кенорындарды қабатқа әсер ету арқылы игеру қажеттілігі туындайды.

Мұнайгаз кенорнын қабатқа әсер етусіз игеру процесін есептеуді екіншілік газ телпегі бар мұнай кенорынын игеру есебі әдістемесі бойынша жүргізеді. Бұл әдіс ІІІ бөлімде берілген.

Мұнайгазконденсатты кенорнын игеру. Антиклинальды қатпарға орайластырылған бірқабатты кенорынды алайық (2 сур.). Өнімді қабат сумұнайлы байланыс артында жапсарланады, сондықтан кенорынды тұйықталған деп санауға болады. Табиғи жатыс жағдайларында кенорын газында көп мөлшерде конденсат болатын біріншілік газ телпегіне ие. Сонымен қатар, конденсат мәні бойынша С₃ — С₈ көмірсутектерінің көп мөлшері мұнайда еріген күйде болады.

2 сур. Мұнайгазконденсатты кенорын қимасы:
1 – өндіруші ұңғымалар; 2 – кенорынның мұнайлы бөлігі;

3 – кенорынның газоконденсатты бөлігі (біріншілік газ телпегі).

Қарастырылып отырған кенорынды газконденсатты телпегі бар жеңіл мұнай кенорны деп санауға болады. Алайда қысқарту үшін оны мұнайгазконденсатты деп атаймыз.

Ұңғымаларға мұнай мен газ ағысын қарқынды немесе қарқынсыз радиалды фильтрация формулаларымен анықтауға болады. Бірақ, кенорынды игеруді толығымен жалпы фазалық қатынастар мен көпкомпонентті материалды баланс формулаларын қолданумен қарастырамыз.

Ең бірінші кенорынның көмірсутекті құрамын үш топқа бөлеміз: негізінде құрамына метан кіретін газ; С₃ — С₉ көмірсутектерінен тұратын конденсат; С₁₀ және одан жоғары көмірсутектері бар мұнай.

Газды компонент ретінде 1 индексімен, конденсатты – 2 және сәйкесінше мұнайды - 3 индексімен белгілейміз. Бірінші және екінші компоненттер газды және сұйық фазада да болады. Газдағы мұнай мөлшерін елемейміз. Осыдан келесі қатынастарды аламыз:

N₁= G₁ + L₁; N₂= G₂ + L₂; N₃ = L₃, (9)

мұндағы N₁, N₂, N₃ – кенорындағы компоненттердің жалпы массалары; G₁, G₂ және L₁, L₂, L₃ – сәйкесінше газ және сұйық фазаларындағы компоненттер массалары.

Екінші компонент, яғни конденсат үшіншісінде, яғни мұнайда шектеусіз ериді, бірінші компонент – газ үшінші компонентте Генри заңы бойынша ериді деп санаймыз. Осылайша

L₁ / L₃ = α (10)

Сұйық фазадағы компоненттердің жалпы көлемі үшін мына қатынасты аламыз

(11)

мұндағы - қабаттың сұйық көмірсутектермен орташа қанығуы; - үшінші компонентте еріген бірінші және екінші компоненттердің көрінерлік тығыздықтары; үшінші компонент тығыздығы; игеру процесімен қамтылған қабат көлемі.

Кенорынды игеру процесін изотермиялық деп санаймыз. Қарастырылып отырған кенорынға қатысты реал газдың күй теңдеуі мынадай

, (12)

мұндағы р — орташа қабат қысымы.

(9) — (12) теңдеулер жүйесі тұйықталмаған. Оны тұйықтау үшін газ телпегі газындағы конденсаттың массалық мөлшерін анықтайтын қатынасты ескеру қажет.

Өнімді қабаттағы көмірсутектердің фазалық күйін анықтау үшін Генри заңымен және (12) түріндегі реал газдың күй теңдеуіне қарағанда жалпы фазалық қатынастарды қолдану қажет. Мұндай теңдеулерге фазалық концентрация, тепе-теңдік теңдеулері және газды күйдің жалпы теңдеулері жатады. Алайда мұнайгазконденсатты кенорындарды игерудің жуықталған есебі үшін (10), (12) қарапайым қатынастарды пайдалануға болады.