Бұрғыланып жатқан ұңғыманың температуралық режим.

Бұрғыланып жатқан ұңғыманың температуралық режимі деп бұрғылау бағанасының ішкі арнасында және сақиналы арнада циркуляцияланып жатқан жуу ортасы температурасының таралуын айтады және өзінің әрекеті бойынша көптеген факторларға тәуелді болады.

Бұрғылау құбырларында жуу ортасының төменге түсетін ағысы сақиналы арна бойынша көтерілетін ағыспен үнемі жылу алмасу күйінде болады және ол өз кезегінде қоршаған ортамен (өзімен немесе шегендеуші құбырлар арқылы) байланысып, өзінің температурасын тереңдігі, сонымен қатар уақыт бойынша өзгертеді.

Таужыныстардың табиғи температурасы – тұрақсыз мән және ол тереңдігі бойынша, негізінен жоғарлап, өзгереді. Ұңғымада циркуляцияланатын жуу ортасымен жылу алмасу нәтижесінде таужыныстар массивінде жылулық балансы бұзылады, ұңғыма оқпанынан қоршаған массивке жылудың шығуы циркуляцияның ұзақтылығына тәуелді болып, уақыт бойынша үнемі өзгеріп отырады. Бұл жағдайда таужыныстар өзінің температурасы да өзгереді.

Ұңғыманың забой маңы белдемінде жуу ортасы таужыныстарды бұзушы құралдың механикалық жұмысы нәтижесінде бөлінетін жылуды қабылдайды. Забой маңында жергілікті жылу көзі ұңғымадағы жылу алмасу жағдайын күрделендіреді және ол көтеру ағысының температурасына ғана емес, бұрғылау құбырлары қабырғасы арқылы жылу алмасу нәтижесінде төменге түсетін ағыстың температурасына да әсер етеді.

Бұрғылау құбырлары және сақиналы кеңістікте үйкеліс кедергісін кететін ағысқа шығындалатын энергия да жылу ретінде таралып, ортаның температурасына әсер етеді.

Өзіндік жылу көзіне – бұрғылау құбырларының ұңғыма қабырғасына үйкелісі де жатады.

Ауа немесе газбен үрлеу арқылы бұрғылау кезінде жылу алмасу үрдістерімен бірге масса алмасу үрдісі жүреді, ол ауа немесе газ ылғалдығының өзгеруімен көрініп, олардың температурасына біршама әсер етеді.

Мәңгілік мұзды таужыныстар бойынша бұрғылау кезінде жылу алмасу үрдістері таужыныстардағы фазалық күйінің өзгеруімен күрделенеді және олар жылу ағыстарының қарқындылығына және бағытына біршама әсер етеді.

Ұңғымадағы циркуляциялық жүйесінің кез келген нүктесіндегі жуу ортасының температурасы кез келген уақытта жуу ортасының шығыны және алғашқы температурасы, ерітіндінің қозғалу жылдамдығы және турбуленттілігі, жуу ортасының ұңғымамен өтіп жатқан таужыныстардың физикалық және жылу-физикалық қасиеттері, бұрғылау бағанасы және шегендеу құбырлардың конструкциялық ерекшеліктері және материалдар қасиеттері, бұрғылау жылдамдығы және бұрғылау ұзақтығы, забойда таужыныс бұзушы құралдың шығарып жатқан қуаттылығы және т.б. факторлардың бірге көріну нәтижесі болып келеді.

Осы факторлардың көбісінің әрекеті ұңғыманың әр учаскесінде әртүрлі және таңбасы бойынша қарама-қарсы болып, уақыт бойынша өзгереді.

Бұрғыланып жатқан ұңғыманың температуралық режим мәселесі өте күрделі және он нақты шешу біршама қиындықтарды тудыртады.

Қазіргі уақытқа көптеген зерттеушілермен температуралық режимді болжау мақсатында оны бірқатар шешімдерін ұсынған. Олардың біреуі – технологиялық есептеулерді жеңілдету мақсатында эмпирикалық және жартылай эмпирикалық тәуелділіктерден немесе қарапайым аналитикалық жағдайлардан құралған қолданбалы, екіншісі – циркуляцияланатын ортаның қоршаған таулы массивпен стационарлы емес жылу алмасуының жалпы жағдайларына және кейбір екінші дәрежелі факторларды ескеру өте күрделі және барлық есептеулер үшін қолайсыз болып келеді.

Анықтаушы факторларды ескеру бойынша ең қарапайым және толық шешімі 1964 жылы алынған және ол мұзды таужыныстарда бұрғылау жағдайлары үшін қолданып, [7] және одан да ерте шыққан жұмыстарда берілген. Тау-кең жылу физикасында «стационарлы емес жылу алмасу көрсеткіші k» түсінігін, сонымен қатар таужыныстар құрамындағы ылғалдың агрегатты күйіне өтетін және Ю.Д. Дядькин енгізген «жылу алмасуды интенсификациялау көрсеткіші k_агр» қолдану нәтижесінде шешімдердің қарапайымдылығы алынған. Бұл жағдайда бұрғылау құбырлары бойынша төмен түсетін және сақиналы арнада температурамен функционалды байланысты болатын ағыстың температурасы үшін тұрақты көрсеткіштері бар екінші дәрежелі бірқалыпсыз жолақты дифференциалды теңдеуді шешуге бағытталған. Ұңғыманың берілген уақытта соңғы тереңдігі кезінде кез келген h тереңдіктің температурасы үшін соңғы аналитикалық мәні келесі түрге ие:

Бұрғылау колонкасындағы төменгі түсетін ағыс үшін:

t₁=m₁ +n₁ +T₀- , (4.2)

мұндағы

m₁=

сақиналы арнада көтерілетін ағыс үшін

t₂= m₂ +n₂ +T₀+ (4.3)

мұндағы

m₂=

бұл мәндерде А, В, Е – қысқартылған көрсеткіштер:

A=(t_1H-T₀+ B=

E=

мұндағы r₁, r₂ – сипатты тепе-теңдіктің түбірі,

r₁, r₂ = ( );

t_1H – бұрғылау құбырында айдалатын жуу ортасының температурасы, °С; T₀ – жер бетінің шартты тұрақтылығы (бейтарап қабаттың температурасы), °С; – геотермиялық градиент, °С/м; h, H, D – тереңдігі (қазіргі координаты), ұңғыманың соңғы тереңдігі және диаметрі, м; п, r₁, r₂ – бұрғылау бағанасының ішкі және сыртқы радиустары, м; G – жуу ортасының массалық шығыны, кг/с; с – сол ортаның меншікті жылу сыйымдылығы, Дж/(кг Х X °С); - жүмыс істеп жатқан таужынысты бұзушы құралдың суытылу есебінен забойда жуу ортасы температурасының жоғарлауы, °С; k – құбыр ұзындығы бірлігіне жататын бұрғылау бағанасы қабырғасы арқылы жылу беру көрсеткіші, Вт/(м² °С); - стационарлы емес жылу алмасу көрсеткіші, Вт/(м² °С).

Егер циркуляция басталған кезінен уақытта ұңғыманың соңғы тереңдігін Н берілген рейс ішінде бұрғылау нәтижесі ретінде қарастыратын болсақ, онда

H=H₀+ , (4.4)

мұндағы Н₀ – ұңғыманың алғашқы тереңдігі, м; – бұрғылаудың механикалық жылдамдығы, м/с; – циркуляцияның ұзақтылығымен сәйкес келетін бұрғылау ұзақтылығы, с.

(4.4) ескере отырып (4.2) және (4.3) аналитикалық мәндері бұрғыланып жатқан ұңғыманың температуралық режимінің қанағаттанатын математикалық үлгісі. Ол ұңғыманың кез келген соңғы тереңдігінде циркуляцияның басталуынан кез келген уақытта бұрғылау құбырлары – құбыраралық кеңістік жүйесінің кез келген нүтесінде температураны анықтауға мүмкіндік береді