Дәріс. Мұнай кенорындарын игерудің физикалық – химиялық әдістері

Мұнайбергіштікті арттыру әдістері – ол алынатың қорларды толық алу мақсатымен қысып шығару және әсермен қамту коэффициенттерін жоғарылату жолымен қабатқа көлемді әсер тигізу. Жететіндей ұзақ уақытта әрекеттегі ұңғымалар бойынша мұнай және сұйықтықтарды алудың жоғарылауы олардың өнімінің сулануының төмендеу бұндай әдістердің байқалған нәтижесі болып табылады.

Осы кездегі қабылданған сыныптамаға сәйкес, мұнайбергіштікті арттырудың қосымша әдістерінің үшінші сатысы: физика-химиялық, физикалық, жылу, газды және биотехнологиялық болып бес топқа бөлінеді. Осы топтардың әрқайсысы сілемге әсер ету механизмімен және сипатымен жақын бірнеше технологияларды біріктіреді. Олардың бірі – эксперименттер кезеңінде, басқалары – тәжірибелік өндірістің сынамалар қезеңінде, үшіншілері – тәжірибеде кең қолданыс тауып отыр.

Қабаттардың мұнайбергіштігін арттыратын (МАӘ) болашағы мол әдістер: қабатқа химия ерітінділерін айдау, мұнаймен араласатың ерітінділерді (газдар) айдау және жылу әдістерімен өндіру болып үш категорияға бөлінеді. Жалпы әдістердің ішінде экономикалық ақталған болып:

-қабатқа бетті белсенді заттектердің (ББЗ) ерітінділерін айдау;

-полимер ерітінділерімен қабаттан мұнайды қысып шығару;

-сілті ерітінділерімен мұнайды қысып және қайталап қысып шығару;

-көміртегі қос тотығымен мұнайды қысып шығару;

-өте қыздырылған буды айдау;

-қабат ішінде жану сияқты алты әртүрлі технологиялар саналады.

Осы болашағы бар, экономикалық ақталған әдістерін (МАӘ), олардың әсерінің механизмін және технологиялық ерекшеліктерін тереңірек қарастырайық.

Химия ерітінділерін қабатқа айдау. Химия әдістері – ол полимерлерді, бетті белсенді заттектерді (мицелярды ерітінділерді) және сілті ерітінділерін қабатқа айдау. Суға бұл барлық үрдістерде қабаттағы флюидтерде, сонымен бірге қасиеттерді беру немесе мұнайбергіштіктің фазаларды бөлу шебінде пайдалы болатын жағдайларды жасау үшін химия агенттері қосылады.

Бетті белсенді заттектердің (ББЗ) ерітінділерін қабатқа айдау.

Беттік әрекеттік заттар фаза аралық бөлім деп аталатын екі түйісіп тұрған дененің беттерінде жиналып тұра алатын зат. Фаза аралық бөлімде ББЗ жоғары концентрациялы бет құрып, адсорбциялы шекті құрайды.

Кез–келген сұйық газ немесе реагент қажетті жағдайда өзінің беттік белсенді қасиетін көрсете алады, яғни беттерде бос энергиясын азайта отыра молекулярлық күштер әсерінен адсорбцияға кіре алады. Алайда, беттік әрекетті заттар деп, адсорбциясы күшті тез арада беттердің қажауын тежейтін заттар.

Жалпы жағдайдағы ББЗ–ол дефильді құрылымды органикалық қосылыстар, яғни қоршаған ортамен тығыз байланыста болуымен ерекшеленетін молекуласында атомдар топтарын сақтайтын қосылыстар. Ал ББЗ молекулаларында олео немесе липофильді бөлімін құайтын бір немесе бірнеше көмірқышқыл радикалдары бар.Сумен нашар әсерлесетін олеофилді группа, молекуланың су бөлімінен көмірсутег бөліміне талпнуын анықтайды. ББЗ дің беттік әрекеттігі ерітілген полярлы емес сұйықтарда гидрофильді топтармен бекітілген, ал суда ерітілгендер гидрофобты радиалдармен бекітілген.

 

 

 

 

Сурет- 8.1 ББЗ ерітінділерін дайындау мен жіберу схемасы.

1-реагенттің жұмыстық көлемі; 2-жүктеме люк; 3-электроқыздырғыштар;4- дозировкалау насосы;5- арматура; 6-су беруші; 7-шаналы блокты дозировкалау қондырғылары негізі;8- басқару станциясы; 9-қосымша көлемі;10- реагент ағу эстакадасы.

 

ББЗ айдау технологиясы

Белсенді белсенді заттектердің (ББЗ) сулы ерітіндісін айдау технологиясын іске асыру үшін өңдеу объектісіне ешқандай негізгі талаптар мен өңдеу жүйесін көрсетпеу. Жабдықтау объектілері төмендегідей:

- ББЗ-ды сақтау және қабылдау базалары;

- айдау үрдісінің пунктісіне дейін ББЗ-ды тасымалдау үшін көлікті коммуникациялар;

- еру пункті, су сулануда реагенттерді беру және дозалау;

- ББЗ-дың мөлшерін орнату;

- айдау ұңғылары.

Беттік белсенді заттектердің (ББЗ) ерітіндісін айдау және дайындау технологиясы келесілерден құралады:

Беттік белсенді заттектердің (ББЗ) шоғырланған сорап станциясына (ШСС) жіберіледі, ол жерде монтаждау мөлшерін орнатылады, жоғары қысымды ШСС-да сораптарды қабылдау қажет.

Су сулануды беру және беттік белсенді заттектердің (ББЗ) ерітіндісін дайындау үшін өнімділігі 5 т/тәу УДХ-5М блокты қондырғысы қолданылады.

100 % қамсыздандырылған беттік белсенді заттар (ББЗ) керекті температураға дейін қыздырылады, содан кейін НД-100/250 мөлшерлейтін сораптармен берілген концентрациясына сәйкес шоғырланған сорап станциясын (ШСС) қабылдауға жіберіледі

Әдетте, суландыру әдістемесі суға беттік белсенді заттектерді (ББЗ) немесе детергенттерді қосу жолымен жақсартуына мүмкіндік береді. ББЗ-і қосылған суды мұнай қабатына айдауда мұнай - су шебінде бетті керуі төмендейді, мұнайдың ширақтығы жоғарылайды және сумен оны қысып шығару жақсарады. Жыныстардың сумен дымқылдануының жақсару есебінде мұнай алған кеуектерге сіңеді, қабатпен біркелкі жылжиды және мұнайды одан жақсырақ қысып шығарады. Аз мөлшердегі беттік белсенді заттектер түйіскен денелердің және олардың әсер ету жағдайларының табиғатың өзгертеді. Беттік белсенді заттектер сулы ерітінділерде иондарға ыдырау және ыдырамау қабілеті бойынша ионогенді және ионогенсіз деп бөлінеді. Біріншілері, өз кезегінде анионбелсенді және катионбелсендіге бөлінеді. Сулы ерітінділерде анион беттік белсенді заттектердің ыдырауында көмірсутегінің молекулалар және катиондар бөлігінен тұратын бетті белсенді аниондар пайда болады. Соңғылары, негізінде натрий, органикалық емес иондар болады. Қабаттарды суландыру үшін көбінесе, ионогенсіз беттік белсенді заттектер қолданады. Жыныстардың беттерінде жоғары беттік белсенділігі және төмен адсорбциялануы оларды ионогенді беттік белсенді заттектерден ерекшелендіреді. Анион белсенді ББЗ кальций және магний тұздарымен үйлеседі және ерітіндіден шөгіп ерімейдін тұнбаларды құрастырады. Катион белсенді ББЗ көпшілігі минералданған қабат суларында ерітілмейді. Бетті белсенді заттектердінің сулы ерітінділері мұнай және судың физика химиялық қасиеттеріне, сонымен бірге қабатқа күшті әсерін тигізеді. Қоюлығы аз қоспалар қатты ББЗ пайдаланғанда айдау ұңғымасының түп жағындағы аймақта бөліну шебінде беттік керілуі қомақты төмендеуімен ескеріледі. Сол кезде сумен қамтылған мұнай түйіршіктерінің бытырауы орын алады, қабатта олардың жылжу жылдамдығы жоғарылайды, кеуекті ортада сұйықтықтарды сүзу үшін қысымның керекті деңгейге төмендетіледі, судың шығысы қысқартылады және оның шаю қасиеттері жақсарады. Бетті белсенді заттектері сумен жынысты дымқылдатуын, мұнайландырылған жыныстарға судың капилярлы сіңу тереңдігін және жылдамдығын өсіреді және мұнай мен су үшін кеуекті ортаның салыстырмалы фазалық өтімділігін жоғарылатады. Бетті белсенді заттектердің көп функционалдылығы және әртүрлі ББЗ аталған қасиеттерінің байқалу қарқынының біркелкі еместігі оларды сілемнің ерекшеліктерін, қабат сұйықтықтарының жағдайын және үрдістің мәнін еске алып таңдау қажеттілігін талап етеді. Суланған участкелерден мұнайды қысып шығару үшін мұнаймен бөліну шебінде ерітінділердің бетті керілуі 1 мДж / м² асуы қажет болады. ББЗ адсорбциялық қабілеті зертхана жағдайларында анықталады. Рұқсат етілетін адсорбция 0,3-0,4 мг/г аспауға тиіс. ББЗ тиімділігінің маңызды көрсеткіші болып оның қысып шығару қабілетті табылады. Бұл көрсеткіш ББЗ 0,05% ерітіндісімен мұнайды қысып шығару коэффициентін су мен мұнайды қысып шығару коэффициентімен салыстыру арқылы бағаланады. Зерттеу нәтижелері көрсеткендей, егер ББЗ 0,05% ерітіндісімен мұнайды қысып шығару коэффициентті сумен салыстырғанда 10% және одан артық жоғарыласа, онда зерттеу нәтижелері қанағаттанарлық болып есептелінеді. Мұнай кен орындарын игеру мәселелерін шешуіне қатынасты ББЗ кешенді зерттеу лайлану температурасы сияқты көрсеткішті қамтиды. Ол үшін зертхана жағдайында ББЗ 1% тазартылған немесе қабат суында ерітінді дайындайды. Сосын ББЗ белгіленген мөлшерде ерітіндісі (әдетте, 30 мл) глицерині бар шыны сауытқа орналасқан түтікке құйылады. Шыны сауытты температураның белгіленген жылдамдығына жеткізіп, 2-3 мин жылытады. Лайлану температурасы деп ББЗ ерітіндісінің күрт лайлануы байқалғандағы температурасын қабылдайды. Лайлану температурасының алынған мәні өнімнің техникалық жағдайларында келтірілген мәніне сәйкес болуға тиіс.

ББЗ су ерітінділерін пайдаланудың техникалық негіздері. ББЗ өнеркәсіптік пайдалануды қабаттардың мұнайбергіштігін арттыру осы әдісінің тиімділігін және техника - экономикалық көрсеткіштерін анықтау үшін алдын ала тәжірибиелік өнеркәсіптік сынақтарды өткізу қажет болады. Сілемнің жеке аймағын игерудің технологиялық көрсеткіштері екі нұсқада - әдетті суландыруда (негізгі нұсқа) және ББЗ пайдаланып суландыруда есептеу қажет болады. Есептеу әдістемелерінің бір-бірінен айырмашылығы көп емес. Жалғыз айырмашылығы қабаттардан мұнайды қысып шығару коэффициентін жақсартуды және белсенді капиллярды сіңіруді еске алатын тиісті тәуелділіктерді енгізуден тұрады. Аталған коэффициенттердің мәні кенорнының коллекторларына сәйкес және қолдануға жоспарланған ББЗ мен зертханада анықталады. Қабаттарды суландырудың тиімділігі көп жағдайларда бір қатар геологиялық және технологиялық параметрлерге, ең алдымен, обьектінің өзін дұрыс таңдауына тәуелді екенін атап айту керек. Қабаттарды қалыңдығы бойынша біркелкі еместігін анықтаудан басқа дұрыс әдістерді және оларды әсермен қамтуды жоғарылату құралдарын таңдау үшін және үрдісті реттеуде қалдық мұнайландыруды, айдау ұңғымалардың санын және орналастыруын, айдау қысымын, ұңғымалардың жабдығын және басқа технологиялық сауалдарды белгілеу зерттеулеріне маңызды орын бөлінеді.

Полимерлі су айдау.

Мұнайды ығыстырушы судың тұтқырлығына, мұнай мен судың тұтқырлықтарының қатынастарына әртекті қабаттарды су айдаумен қамту тәуелді.

Полимерлі су айдауда суда төмен концентрацияларда судың тұтқырлығын арттыруға, оның қозғалысын төмендетуге және осының әсерінен қабаттарды су айдаумен қамтуды арттыруға қабілеті жоғары молекулалы химиялық реагент – полимер (полиакриламид) ериді. Полимерлер концентрациясы 0,01 болған кезде – оның тұтқырлығы 3-4 мПа * с дейін артады. Бұл қабаттағы мұнай мен су қатынасының дәл осылай азаюына және судың жарылу жағдайларының азаюына алып келеді.

Полимерлі ерітінділерді айдау үшін кәдімгі су айдауға қарағанда жоғары қысым талап етіледі, ол игерудің қажетті немесе ұқсас қарқындарын қамтамасыз етеді.

Осы себептен полимерлі су айдау өткізгіштігі нашар қабаттарда техникалық орындалмауы мүмкін. Бірақ, полимерлі су айдау үшін ұңғыманың тек нұсқаішілік тығыз сеткаларын қолдануға болады.

Полимер ретінде полиакриламид (ПАА) қолданылады. ПАА гель, қатты түйірлер және ұнтақтар түрінде шығарылады. Әдетте суда ПАА – ң келесі концентрациясын қолданады: гель бойынша 1-5%, қатты гель (түйірлер немесе ұнтақ түрінде) бойынша 0,08-0,4%. ПАА сорбциясы жоғары болғандықтан оның концентрациясын осы полимердің сулы ерітіндісі болатындай көтереді.

Қабаттардан мұнайды ығыстыру үшін ПАА сулы ерітіндісін кезінде қолданған дұрыс.

Мұнайды ПАА сулы ерітіндісімен ығыстыру есебін ББҚ ерітінділеріне арналған әдіс бойынша ығыстырудың сәйкес сипаттамаларын қолданып шығаруға болады.

Полимерлі су айдау қабаттардың мұнайбергіштігін арттырудың перспективалық әдістерінің бірі болып табылады. Алайда, әдістің кең қолданылуын шектейтін үлкен кемшіліктері де бар.

Әдістің негізгі кемшілігі су айдау қысымын арттырумен қалпына келмейтін түптік зоналардың тұтқырлығының күрт артуы салдарынан айдау ұңғымаларының өнімділігінің күрт төмендеуі. Сондықтан өткізгіштігі төмен (0,1 мкм² аз) коллекторлар мен жоғары температураға (90⁰ артық) ие терең қабаттар үшін полимерлер қолдану қазіргі уақытта мүмкін емес болып тұр. Полимерлі ерітіндінің құрылымын бұзатын тұз мөлшері көп біртекті қабаттарға полимерлер айдаудан көп нәтиже күтуге болмайды. Себебі әдіс қымбат болып табылатындықтан оның қолданылуының экономикалық тиімділігі тек мұнайдың жоғары бағаларында мүмкін болады.

Болашақта полимерлі су айдаудың қолданылуы суда – еритін полимерлер, әсіресе тұзға тұрақты полимерлер өндірісінің көлемімен анықталады. Қабаттардың мұнайбергіштігін арттыру үшін полимерлерге қажеттілік мөлшері ондаған мың тоннаға жетеді. Полимерлі су айдаудың болашағы көбінесе басқа МУНОП (сілтілік су айдау, мұнайды бумен, ыстық сумен, ББҚ, СО₂ – мен ығыстыру) үйлескен полимерлер бағасына тәуелді болады, ол ең жақсы тиімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді.

МКИ физикалық – химиялық әдістерінің арасында мұнайлы қабатқа ББҚ, спирттердің, мұнай еріткіштердің, судың және ПАА сулы ерітіндісін айдау арқылы кешенді әсер ету әдісі белгілі. Ол мицеллярлы-полимерлі су айдау деп аталады.

Судың, ББҚ, көмірсутектердің және спирттің белгілі бір қатынасына жеткен кезде ерітіндіде мицелла молекулаларының физикалық – химиялық байланысқан топтары пайда болады. Мұндай ерітінді мицеллярлы деп аталады.

Құрамы мынадай мицеллярлы ерітінділер қолданылады (%):

1. сульфаттар-6; ББҚ-1,2; изопропил спирті-1,2; керосин-51,6; су-40;

2. сульфонат-8; ББҚ-2; мұнай немесе белгілі бір сұйық көмірсутектер құрамы-30; су-60;

Мицеллярлы ерітіндінің тұтқырлығы оны құрайтын бастапқы заттардың тұтқырлығына қарағанда көп болады. Егер айдау сызығының жанында бұл ерітінді суға айналса, соңғысы тұтқырлығы төмендеу сұйықтық ретінде тұтқырлығы жоғары мицеллярлы ерітіндіні ығыстыруы тиіс.

Бұл жағдайда ерітіндіні ығыстыру коэффициенті төмендейді. Сондықтан қабат бойынша мицеллярлы ерітіндінің жиегінің қозғалысы үшін полимердің сулы ерітіндісін пайдаланады. Қабатқа осылай әсер ету мицеллярлы – полимерлі су айдау деп аталады.

Сілтілік су айдау

Қабаттарға сілтілік су айдау әдісі сілтілердің қабаттық мұнаймен және жыныспен әсерлесуіне негізделген. Сілтінің мұнаймен байланысуы кезінде оның мұнайдағы органикалық қышқылдармен әсерлесуі жүреді, нәтижесінде мұнай – сілті ерітінділері фазалары бөлімінің шекарасындағы фазааралық созылуды төмендететін ББҚ түзіледі.

Сілтілік ерітінділер даярлау үшін: күйдіргіш натр (каустикалық сода) NA OH; көмірқышқылды натрий (кальцинирленген сода) Na₂CO₃ ; аммони (аммиак) қышқылы гидратын NaH₄OH; натрий силикатын (еритін шыны) Na₂Si₃ қолдануға болады.

Олардың ішіндегі ең белсенділері күйдіргіш натр мен натрий силикаты.

Сілтілік ерітінділер кәдімгі сумен жылжитын, әртектілігіне байланысты қабат кеуектерінің көлемінің 10-25% құрайтын өлшемдегі жиек түрінде айдалады.

Әдістің негізгі кемшіліктері оның мұнайдың белсенділігі бойынша қолданылуының өте қатаң критерийлері болып табылады. Қабаттық және айдалатын судың минерализациясы мен жыныста саздардың көп мөлшерде болуы әдістің қолданылуын шектеуі мүмкін. Мұнайдың белсенділігінің жеткіліксіздігі, судағы тұз бен жыныстағы саздар мөлшері сілті шығынының артуына және кәдімгі су айдауға қарағанда мұнайды ығыстыру тиімділігінің нөлге дейін төмендеуіне алып келеді.