Ішкі қабаттық жану 1 page

Қозғалмалы жану фронтын (бағытын) тікелей қабатта жасау жылу шығындарын азайтады және жылулық әсер етудің пайдалылығын жоғарлатады. Кокстәріздес мұнай қалдықтарымен жарым-жартылай қанықтырылған қуыстық ортада қабатқа ауаның керек мөлшерін берген кезде үздіксіз жану болуы мүмкін.

Қабаттағы жану нәтижесінде мұнайдың термиялық айдауы жүреді, ал ыдырау заттары жану фронтының алдындағы аймаққа жүреді. Қуыстық ортадағы кокстәріздес мұнай қалдықтары жану ошағын қоректендіретін отын болып табылады. Жану аймағы айдаушы ұңғының қабырғаларынан радиальды бағытта қозғалады. Пайда болатын ыстық газдар мұнайды және суды өндіруші ұңғыларға ығыстырады. Температурасы 450-500° жететін жылулық фронт жасау нәтижесінде келесі жағдайлар орын алады:

1. Жану фронтының алдындағы жынысты қанықтыратын мұнайдың ең жеңіл компоненттерінің газды фазаға көшуі.

2. Мұнайдың құрайтын кейбір көмірсутектердің ыдырауы (крекинг).

3. Крекинг процессі нәтижесінде пайда болған кокстәріздес қалдықтың жануы.

4. Жыныс қуыс тесіктерінде парафиндердің және асфальтендердің жануы.

5. Фронт алдындағы қабат судың бу фазасына көшуі.

6. Мұнай тұтқырлығының фронт алдындағы жану фронтынан газбен тасымалданатын мұнайдың жеңіл фракцияларымен араласуы және қыздырылуы нәтижесінде төмендеуі.

7. Температуралар төмендеген сайын мұнай айдауының өнімдерінің конденсациясы және жану фронты алдындағы жоғары қанықтырылған қозғалмалы аймақтың пайда болуы.

8. Қуыстық ортаның құрғақ жанып кеткен массасының пайда болуы.

Ішкі қабат жануы кезінде қабатта бірнеше аймақтар құрылады:

1. Жанып кетпеген мұнай немесе кокс іхдері бар жанып кеткен аймақ. Бұл жердегі айдалған ауа жану фронты өткенен кейін бұл аймақта қалған жылумен қыздырылады.

2. Максималды температурасы 300-500°С жететін жану аймағы. Бұл жерде жылу негізінен конвекция көмегімен беріледі.

3. Булану аймағы. Бұл аймақта мұнайдың фракцияға айдалуы және қалдық мұнайдың жану аймағынан келетін ыстық газдармен қыздырылуы нәтижесінде болатын крекингі орын алады. Қабаттық және байланысқан (связанная) су бұл аймақта қабаттағы температура және қысымға тәуелді ылғалды немесе құрғақ буға айналады.

4. Конденсация аймағында температуралар төмендеу нәтижесінде көмірсутектердің және су буларының конденсациясы болады. Мұнай және су жану нәтижесінде пайда болған және конденсатталмаған газбен өндіруші ұңғыларға ығыстырылады. Мысалыға көмірқышқыл газ CO₂, көміртегі қышқылы CO және азот N₂.

5. Барлық үш компоненттен құралатын (мұнай, су және газ) жоғарылатылған суқанықтыру аймағы.

6. Жоғарылатылған мұнайқанықтыру аймағы. Бұл аймақ мұнайдың басқа аймақтардан қозғалысы ретінде пайда болады және оның құрамында көмірсутектердің жеңіл фракцияларымен байытылуы нәтижесінде тұтқырлығы төмен мұнай болады. Бұл аймақтағы температура бастапқыға жақын болады.

7. Ауытқымаған аймақ. Бұл аймақта қабат температурасы бастапқы температураға қарағанда аз өзгереді, сондықтан ығыстырылатын мұнайдың тұтқырлығы да төмен болады.

Ішкі қабат жану процесінің термодинамикалық және гидродинамикалық есептері өте қиын, сондықтан процесс параметрлерінің шамаланған есептеу әдестері қолданылады. Қабаттағы жану кокстәріздес қалдықтың жануы, крекинг және мұнайдың айдалуы нәтижесінде пайда болады, осыған қабат мұнай қорларының 5-тен 15%-ке дейін жұмасалады. Бұл мөлшер қабаттық параметрлерге, мұнайдың химиялық құрамына және басқа факторларға тәуелді. Тәжірибе арқылы қабат көлемінің бірлігіне кокстық қалдықтың мөлшері аңықталады. Осыдан кейін есептеу немесе дәл осылай тәжірибе арқылы қышқылдағыштың (кокстық қалдықтың масса бірлігін жандыру үшін қажетті ауа) мөлшері аңықталады. Сонымен бірге процесске ауа оттегіснің барлығы емес бір бөлігі ғана қолданады деп саналады. Осыны ауа қолдануының коэффициентін енгізу арқылы ескереді, ол 0,8-0,9-ға тең. Жану фронты ұлғайған сайын қабаттағы айдалатын ауаның мөлшері сәйкесінше көбеюі керек.

Мұнайдың кокстәріздес қалдығының жануы 375°С температурада жүреді. Осы температураны ұстау үшін, яғни жану үздіксіз болу үшін 1м³ жынысқа кокстың 20-40 кг жандыру керек. Кокстың осындай көлемін тек қана салыстырмалы тығыздығы 0,870-тен жоғары болатын ауыр мұнайлар ғана бере алады. Жеңіл мұнайлар процесске кокстәріздес қалдықтың керекті мөлшерін бере алмайды. Сонымен бірге салыстырмалы тығыздығы 1-ден жоғары өте ауыр мұнайлар процесстің төмен пайдалылығына әкеледі. Себебі бұл кезде мұнайдағы кокстың мөлшері өте жоғары болған соң ығыстырылатын мұнайдың көлемі аз болуы мүмкін.

1 кг коксты жандыру үшін шамаме 11,3 м³ ауа ауа керек (ауаның 100% оттегісі қолданған жағдайда). Бірақ та есептеулер үшін қолдану коэффициентін 70%-тен 90%-ке дейін деп алады. Сонымен құрамында 20-дан 40-қа дейін кг кокс бар 1м³ жыныстың жану процессін қамтамасыз ету үшін шамамен 325-тен 500м³-қа дейін ауа қажет.

Қабаттағы кокстың жануы жасанды немесе өздігінен жүреді. Қабатты жандыру үшін түптік газды жандырғыштар, түптік электроқыздырғыштар және жандырушы химиялық қоспалар қажет. Жануды одан әрі ұстап тұру үшін қабатқа керекті мөлшердегі қышқылдағыш (ауа) айдалады.

Ішкі қабаттық жанудың турағыстық және қарсыағыстық процесстерін айырады. Турағысты процесс кезінде жану ошағы қабат бойынша айдалатын ауа бағытында қозғалады, яғни айдаушы ұңғыдан қоршаған пайдаланушы ұңғыларға. Бұл жағдай қабат айдаушы ұңғы жағынан жағылады. Тураағысты процесс салыстырмалы жеңіл мұнай болған кезде пайдалы. Мұнай бүкіл қабат бойынша қабат температурасына жақын температураларда жану фронтының алдында ығыстырылады, бұл кемшілік болып табылады. Қарсыағыстық процессі кезінде жану ошағы қабат бойынша айдалатын ауаға қарсы бағытта қозғалады, яғни пайдаланушы ұңғылардан айдаушы ұңғыларға қарай. Бұл жағдайда қабат пайдаланушы ұңғылардың түбінде жандырылады, ал қышқылдағыш орталық айдаушы ұңғы арқылы беріледі. Сонымен бірге қыздырылған аймақ тураағысты процесс кезіндегідей жану фронтының артында қалмай, керісінше оның алдында болады. Бұл мұнайдың эффективті түрде ығыстырылуын қамтамасыз етеді.

Одан басқа құрғақ, ылғалды және жоғары ылғалды ішкі қабаттық жанулар айырылады. Құрғақ жану қышқылдық ретінде құрамында су булары жоқ атмосфералық ауа берілгенде болады. Ылғалды жану кезінде 1м³ ауаға 1л су қосылады. Жоғары ылғалды жану кезінде 1м³ ауадағы судың мөлшері 5л-ге дейін жетеді.

Ішкі қабат жану ошағының аймағында будың генерациясы кезінде байланысқан судың булануы кезінде бу өткізгіштігі жаман аймақтардан мұнайдың ең толық ығыстырылуына жағдай жасайтындықтан, айдалатын ауаға жану аймағында будың генерациясы үшін шашыратылған ылғалдың кейбір мөлшерін қосу ұсынған. Кокс артық болған жағдайда және байланыс суының аз мөлшері кезінде жоғарыда айтылған шаралар жану аймағындағы температураның кейбір төмендеуіне және су булануы және оның конденсациясы арқылы жылудың жану фронтының алдында орналасқан аймағына көшуіне әкеліп соғу мүмкін. Одан басқа судың кейбір мөлшерінің қосылуы ауаның меншікті шығының азайтады. Яғни компрессорлы станциядағы қуат үнемделеді. Жанадан алынған мәліметтер бойынша ылғалды жану кезінде ауаның меншікті шығыны 1,5-3 есе төмендейді.

Қабаттағы жану процесінің бақылауы өндіруші және арнайы бақылаушы ұңғылардың түптеріндегі температураларды өлшеу арқылы жүргізіледі. Сонымен бірге бақылау шығатын газдарды олардың құрамындағы көмірқышқыл газдың СО₂ мөлшерін тексеру арқылы жүргізіледі.

Нег.: 1.(86-89)

Бақылау сұрақтары:

1. Қабатта жылу фронтының пайда болу нәтижесінде қандай процесстер жүреді?

2. Ішкі қабат жану кезінде қанша аймақ құрылады:

3. Ішкі қабат жанудың турағыстық процессі дегеніміз не?

4. Ішкі қабат жанудың қарсыағыстық процессі дегеніміз не?

5. Ішкі қабат жанудың қаңдай түрлерін айырады?

Дәріс 4. Ұңғыларды пайдалануға дайындау. Ұңғыларды перфорациялаудың техникасы.

Өнім беретін қабатты жабатын және құбыраралық кеңістікке түптен жоғары су горизонттарын жабу үшін керекті биіктікке дейін цемент құйылатын біртұртас пайдаланушы тізбек түріндегі ұңғы конструкциясы оның экономикалық тиімділігі себебінен кең тараған.

Өнімділік қабатқа қарсы тесіктер атылады. Бұл операция перфорация деп аталады, ал қолданатын аппаратар – перфораторлар. Шегендеуші тізбекте және цементтік сақинада тесіктерді алу үшін оқты (пулевые), торпедты (снарядты), оқсыз (немесе кумулятивті) және гидроқұмағысты (гидропескоструйный) перфораторлар қолданады.

Оқты перфораторлардың келесі түрлері болады.

1. Дүркендеп ату (залп) әрекетті перфораторлар, яғни олардың барлық оқпандары бір мезетте дүркендеп атады (залп). Бұл типті перфораторларды өте қатты қабаттарды атқан кезде қолдану тиімді, егер де тесіктердің таңдамалы атуы керек болмаса.

2. Дәйекті (последовательного) әрекетті перфораторлар, яғни перфораторлардың оқпандары бірінің артынан бірі атады. Бұл типті перфораторлар шегендеуші тізбекті жарықшақтардың және ақаулардың пайда болуынан сақтап, атудың әсер етуін азайту керек болған кезде қолданады.

3. Әрбір оқпаннан кезек-кезекпен кез-келген дәйекпен (последовательность) бір оқтан атуға мүмкіндік беретін селективті немесе бөлек типті таңдамалы әрекетті перфораторлар. Бұл типті перфораторлар сулы және сазды қабаттармен кезектесетін жұқа кіші өнімді қабаттарды атуға арналғанү

Оқтардың құбырларға ұрынғанда олардың энергиясы тез жоғалу себебінен оқты перфорация кезіндегі атулар кей жағдайларда эффективсіз болып келеді, бұл оқты перфорацияның негізгі кемшілігі.

Жоғары тесуші қасиеттері бар торпедты перфорация қабаттың жақсы ашылуын қамтамасыз етеді. Оқты перфоратоларға қарағанда торпедты перфораторлардың ішінде оқтардың орнына әрекеті баяулатылған снарядтар болады. Снаряд тізбекті және цементті сақинаны тесіп өтіп, қабаттың кейбір тереңдігіне кіріп сол жерде жарылады, бұл қосымша жарықшақтардың пайда болуын қамтамасыз етеді.

Кумуляивті перфораторлар тесіктерді жасаған кезде оқтармен снарядтарды қолданбайды, оның орнына кумулятивті зарядтың жарылуынан пайда болатын бағытталған жарылу толқыны қолданылады. Кумулятивті заряд бұл қатты нығыздылған ұнтақ типті жарғаш зат, осы кумулятивті зарядта жарылу детонациясына қарама-қарсы бетте ойма (қуыс) болады. Ойманың беті мыстың жұқа қабатымен қапталады. Жарылу кезінде кумулятивті ойманың металынан және жарылудың газ тәріздес өнімдерінен тұратын бағытталған жарылу ағысы пайда болады. Жарылу ағысы үлкен тесуші күшке ие болады.

Оқсыз (кумулятивті) перфорация қабаттың сенімді ашылуын және терең каналдардың пайда болуынан қабаттың жақсы өткізгіштігін қамтамасыз етеді. Сонымен бірге тізбекте және цементті сақинада тесік жасағанда олар зақымдалмайды.

Перфорация түрін таңдаған кезде келесі заттарды ескеру керек:

- кумулятивті перфорацияны ұңғының қабатпен нашар байланысы кезіндегі қатты жыныстар болған кезде қолдану керек;

- оқты перфорацияны тығыз емес және нашар цементтелеген құмтастар болған кезде қолдану керек;

- снарядты перфорацияны салыстырмалы қатты және өткізгішіті нашар жыныстар болған кезде қолдану керек;

Оқтар және снарядтар тізбекті деформациялап цементті сақинамен жыныстарда жарықшақтардың пайда болуына әкелетін ескеру керек, сонымен бірге кей жағдайларда жыныстағы жарықшақтар пайда болу мүмкін. Олар ұңғы оқпанына сұйықтың ағуын жеңілдетеді.

Қабатты ашу үшін перфорацияның гидроқұмағысты әдіс қолданады. Перфорацияны жүргізетін аппарат гидроқұмағысты перфоратор деп аталады. Бұл типті перфорация кезінде құрамында қатты абразивті бөлшектер бар сұйықты аппараттың бірнеше қатар саптамасынан 15-тен 30-ға дейін МПа қысыммен айдайды. Қысымның кинетикалық энергияға айналуы құмның түйіршіктеріне өте жоғары жылдамдықты береді, олар шегендеуші құбыр қабырғасын қажап тастап цементті сақинаны тесіп әрі қарай қабатқа енеді. Ағыс саптамадан алыстаған сайын оның күші азаяды және кейбір тереңдікте ол нөлге тең болады. Жыныстарды қуыстар жуынып алынады, олардың өлшемдері тау жыныстарының беріктігіне, әсер етудің уақытына және құм-сұйықты ағыстың қуатына байланысты.

Құм-сұйықты қоспа үш әдіспен дайындалады:

- құммен сұйықтың қайта қолдануымен (тұйық сүлбе);

- қолданылған құмды тастап сұйықты қайта қолдануымен;

- қолданылған құммен сұйықты қайта қолданбай.

Сұйықпен құмның шығындары ең аз болған себептен тұйық сүлбе ең тиімді болып табылады. Сонымен бірге арнай сұйықтарды қолданған кезде (мұнай, қышқыл ерітіндісі, саз ерітіндісі және т.б.) территория ластанбайды. Мысалыға Өзен кен орнында тұйық сүлбе бойынша 20м³ су және 4,1 т құм жұмсалынды, ал қолданған құм мен су қайта қолданбағанда 275м³ су және 14 т құм жұмсалынды.

Тұйық сүлбе бойынша жұмыс істеген кезде ұңғы СКҚ тізбегімен немесе сақиналық кеңістік арқылы жуылуы керек. Сүлбенің міндетті элементі ретінде агрегаттардың шығарушы желілерінде кері клапандар және құмағысты аппараттың шар-клапандарын енгізу үшін керекті лубрикатор орнатылу керек.

Жұмысшы сұйық ретінде салыстырмалы арзан болып келетін және қабаттың коллекторлық қасиеттерін және ашық фонтандалуды нашарлатпайтын сұйық алыну керек. Гидроқұмағысты перфорациясы кезінде су, тұз қышқылының 5-6%-тік ерітіндісі, дегаздалған мұнай, бұралқы қабат суы немесе беттік-активті заттары бар тұззды суды және жуушы ерітінді қолданылады. Егер де сұйықтың тығыздығы ұңғының бастыруын қамтамасыз етпесе, онда ауырлатушылар қосылады: әк, бентонит және т.б.

Нег.: 1. (100-113), 3. (43-61)

Бақылау сұрақтары:

1.Перфорация дегеніміз не?

2.Перфораторлардың қаңдай түрлері болады?

3.Гидроқұмағысты перфорация кезінде құм-сұйықты қоспаның дайындаудың қанша әдістері бар?

Мұнай ұңғыларын меңгеру әдістері.

Ұңғыны меңгеру – қабаттың локальды мүмкіншіліктеріне сай ағынды шақырудың және оның өнімділігін қамтамасыз ететін технологиялық операциялардың кешені. Ұңғыны өткізіп шегендеуші тізбекті перфорциялағаннан кейін және қабатты ашқаннан кейін түп алдындағы аймақ және әсіресе ашылған қабаттың беті жұқа саз балшығымен немесе саз қабатымен ластанады. Сонымен бірге перфорация кезіндегі жынысқа соққы толқындардың жиіліктің кең диапазонының әсер етуі кей кездерде жұқадисперсті қуыстық ортаның шекаралық қат-қабатшаларында жаман әсер ететін физика-химиялық процесстерді туғызады. Нәтижесінде өткізгіштігі нашар немесе мүлдем жоқ аймақ пайда болады.

Меңгерудің мақсаты - перфорационды каналдар қабатына дейінгі бүкіл ауданы бойынша коллектордың табиғи өткізгіштігін қалпына келтіру және ұңғының өнімділігін жоғарлату. Ұңғыдағы ағынды шақыру және оны меңгеру операцияларының бәрі ұңғының түбінде депрессияны (қабат қысымынан төмен қысым) жасаумен байланысты. Сонымен бірге тұрақты коллекторларда бұл депрессия жеткілікті үлкен болу керек және тез арада жүзеге асырылу керек, ал борпылдақ (рыхлый) коллекторларда керісінше депрессия кішкентай және баяу болу керек.

Қабатты меңгерудің келесі түрлерін айырады:

1) Фонтандалу мүмкіндігі жоғары бастапқы қысымы бар қабаттарды меңгеру;

2) Экплуатациялаудың механикаландырылған түрі көзделген бастапқы қабат қысымы төмен бар қабаттарды меңгеру.

Мұнай өндіру тәжірибесінде ұңғыны меңгеру немесе қабатты ашу технологиясын бұзу нәтижесінде ұңғының реттелмейтін өртенулермен бірге болатын фонтандалудың көп жағдайлары белгілі. Бұл кезде ұңғы бұзылып кен орнының қорлары толығымен біту мүмкін.

Ағынды шақырудың негізгі алты әдісін атап кетуге болады:

- тарттау (тартание);

- поршеньдеу;

- ұңғы сұйығын жеңілдеу сұйыққа ауыстыру;

- компрессорлы әдіс;

- газсұйықты қоспаны айдау;

- тереңдік сораптармен сорып алу.

Меңгеру алдында ұңғы сағасында арматура немесе оның белгілі бір бөлігі қондырылады. Қай жағдайда болса да шегендеуші тізбектің фланцінде керек кезде ұңғы оқпаның жаба алатын жоғары қысымды ысырма қойылу керек.

Тарттау (тартание) – шығыр арқылы жұқа (16 мм) арқанмен түсірілетін қауғамен (желонка) ұңғыдан сұйықты алу. Қауға төменгі бөлігінде штогі бар клапаны бар ұзындығы 8 м құбырдан жасалынады. Қауғаның жоғары бөлігінде арқанды бекіту үшін арналған тұтқа болады. Қауғаның диаметрі әдетте шегендеуші құбырдың диаметріне 0,7 қатынасында болады. Бір түсірілім ішінде қауға 0,06м³-тан аспайтын сұйық көлемін шығарады. Тарттау- өнімділігі төмен, көп жұмысты қажет ететін әдіс және сағалық ысырма фонтандалу болған кезде ұңғыдан қауға және арқан шығарылғанға дейін жабыла алмайтындықтан оның қолдану мүмкіншіліктері шектелген болады. Бірақ та түптен сазды ерітіндіні, шөгінділерді шығару және сұйық деңгейін бақылау мүмкіндігі бұл әдіс кейбір артықшылықтар береді.

Поршеньдеу. Поршеньдеген кезде (свабтау) поршень немесе сваб СКҚ-ға арқанмен түсіріледі. Поршень бұл төменгі жағында жоғарыға ашылатын клапаны бар диаметрі (25-37,5 мм) кішкентай құбыр. Құбырдың сыртқы қабатында сым торымен күшейтілген иілімді резеңке манжеттер бекітілген. Поршеньді су деңгейі астына түсірген кезде сұйық клапан арқылы поршень үстіндегі кеңістікке ағады. Көтерген кезде клапан жабылады, ал сұйық бағанысының қысымымен басылатын манжеттер СКҚ қабырғаларына қарай тығыздылады. Бір көтеру кезінде поршень өзінің сұйық деңгейінің астына батқан тереңдікке тең сұйық бағанасын шығарып алады. Бату тереңдігі тартты арқанның (тартальный канат) беріктігіне тәуелді және де 75-150 м аспайды. Поршеньдеу тарттауға қарағанда 10-15 есе өнімді болады. Поршеньдеу кезінде де ұңғы сағасы ашық болады, себебі бетке атып кету қауіпі бар.

Ұңғы сұйығын ауыстыру. Ауыстыру ұңғыға түсірілген СКҚ және саңылаусыздандырылған саға болған кезде жүреді, бұл фонтандалуды және атып шығуларды болдырмайды. Бұрғылаудан кейін ұңғы әдетте саз ерітіндісімен толтырылған. Ұңғыны су немесе дегаздалған мұнаймен жуған соң, түптік қысымды төмендетуге болады

(4.1)

бұл жерде r₁ – сазды ерітіндісінің тығыздығы; r₂ - жуушы ерітіндінің тығыздығы; L - түсірілген СКҚ-ның тереңдігі; b - ұңғы қисықтығының орташа бұрышы.

Осы әдіспен қабат қысым жоғары болатын р_П>r₂Lcosb және коллекторлары меңгеруге жақсы берілетін ұңғылар меңгеріледі. (4.1) формуладан көрінетіндей сазды ерітіндіні (r₁ =1200 кг/м³) мұнайға (r₂ =900 кг/м³) ауыстырғанда қысымның максималды төмендеуі сазды ерітіндінің бағанасымен жасалынатын қысымның 25%-ін құрайды.

Әдістің мүмкіншіліктері осымен шектеледі. Ұңғыдағы сұйықтың ауыстырылуы сорапты агрегаттар және кей кездерде бұрғылау сораптарымен жүргізіледі. Кейбір жағдайларда егер де ұңғы қауіпсіздігінде күмән болмаса түптік қысымды әрі қарай төмендету үшін ұңғыдан суды алу үшін поршеньдеуді қоса қолданады.

Меңгерудің компрессорлы әдісі. Бұл әдіс фонтандалатын, жартылай фонтандалатын және жартылай механикаландырылған ұңғыларды меңгергенде қолданады. Ұңғыға СКҚ тізбегі түсіріледі, ал ұңғы сағасы фонтанды арматурамен жабдықталады. Құбыраралық кеңістікке қозғалмалы компрессордың айдаушы құбыры қосылады.

Газды айдаған кезде құбыраралық кеңістіктегі сұйық СКҚ башмағына дейін немесе алдын-ала белгіленген тереңдікте жасалынған СКҚ-дағы іске қосу тесігіне дейін ығыстырылады. Газ СКҚ-ға түсіп олардың ішіндегі сұйықты дегаздайды. Нәтижесінде түптегі қысым қатты түсіп кетеді. Газдың (ауаның) шығының реттеп құбырлардағы газсұйықты қоспаның тығыздығын өзгертуге болады, яғни түптегі қысымды р_э өзгертуге болады. р_э<р_пл болған кезде ағын басталады да ұңғы фонтанды немесе газлифтті әдіске көшеді. Тұрақты ағын алынған соң ұңғы стационарлы жұмыс режиміне аударылады.