Дәріс. Игерудің негізгі көрсеткіштері

Мұнай кенорындарына су айдауды қабаттан мұнайды сумен ығыстыру және берілген деңгейде қабаттық қысымды ұстап тұру мақсатында қолданады.

Қазіргі уақытта су айдау –игерілетін кен орындарға әсер етудің әлемдегі ең кең таралған түрі.

Су айдаудың ең көп қолданылатын түрлері: ұңғымалардың қатарлы немесе блокты – қатарлы және аудандық орналасу схемаларында нұсқа ішімен және нұсқасыртымен су айдау. Сондай – ақ, ошақты және таңдап су айдауды да қолданады.

Технологиялық тұрғыдан су айдау келесі түрде жүзеге асырылады. Қоспалардан тазартылған суды сорапты станцияда орнатылған жоғары қысымды сораптардың көмегімен мұнайлылық ауданында (нұсқа ішімен су айдау) немесе оның сыртқы ауданында (нұсқа сыртымен су айдау) орналасқан айдау ұңғымаларына айдайды. Суды бір уақытта бірнеше ұңғымаларға (шоғыр) айдайды. Сондықтан мұнайлы қабаттарды суландыру мақсатында қолданылатын сорапты станцияларды шоғырлы сорапты станциялар деп атайды. Қабатқа айдалатын судың сапасына келесі талаптар қойылады. Орта есеппен алғанда, өткізгіштігі төмен сулар үшін ондағы өлшенген бөлшектер 5 мг/л аспауы керек ал өткізгіштігі жоғары сулар үшін 20 мг/л аспауы қажет.

Қабатқа су айдау процесінде айдау ұңғымаларының сағасындағы қысымды әдетте 5-10 МПа деңгейінде ұстап тұрады, кейбір жағдайларда - 15-20 МПа болады. Себебі сағадағы бірдей қысымда жеке ұңғымалардың түптік зоналарында өткізгіштік бірдей болмайды, түрлі ұңғымаларға айдалатын судың шығыны әр түрлі. Мұнай қабаттарына су айдау теориясы мынаны көрсетеді, айдау ұңғымаларына айдалатын судың шығыны Дарси заңына сәйкес қысымның түсуіне пропорционал болуы тиіс. Алайда негізінде, тәжірибелік мәліметтерге сәйкес, ол қысымның төмендеуіне бейсызықты тәуелділікте, оның кейбір мәндерінде ғана тәуелділік сызықтыға жақындау (1 сур.), бірақ, қысымның кейбір төмендеуінде шығын күрт арта бастайды. Мұның себебі, қысымның төмендеуінде ұңғыманың түптік зонасында жарықшақтар ашылады және бұл зонада қабаттың тиімді өткізгіштігі күрт артады.

 

1 сур. Айдау ұңғымасына айдалатын судың шығынының қысымның төмендеуіне тәуелділігі

Мұнай кен орындарын су айдауды қолдана отырып игерген кезде өндіру ұңғымаларынан алдымен таза мұнай алады, яғни, сусыз өнім алады, содан кейін, қабатқа айдалған судың көлемінің артуына байланысты мұнаймен бірге су өндіре бастайды. Егер — бірлік уақытта игерілетін қабатқа немесе толығымен кенорнына айдалатын судың толық шығыны; — қабаттан немесе кенорнынан бірлік уақытта өндірілетін судың мөлшері (судың дебиті), а — мұнай дебиті болса, онда келесі өрнектерді аламыз.

1. t уақыт моментіне дейін қабатқа айдалған судың жинақтық мөлшері:

(1)

2. Сол уақыт аралығында қабаттан өндірілген судың жинақтық мөлшері:

(2)

3. Қабаттан өндірілген судың жинақтық мөлшері:

 

(3)

Суландырылатын кен орындарын игеру кезінде ағымдағы мұнайбергіштікті әдетте η – ң немесе – ға тәуелділігі түрінде жазады ( кеуекті көлемі; G – мұнайдың геологиялық қорлары). Мұнайының тұтқырлығы төмен (тұтқырлығы ) қабаттарды су айдау арқылы игеру кезінде алынатын типтік тәуелділік , 2 суретте көрсетілген.

 

2 сур. Ағымдағы мұнайбергіштіктің – ға тәуелділігі.

Мұнайбергіштік: сусыз; — ақырғы

Қабаттан немесе толық кенорнынан алынатын мұнай қорларын N сәйкесінше келесі формуламен анықтайды:

(4)

Игеруді бастағаннан бастап су айдауды қолданған жағдайда ағымдағы мұнайбергіштіктің қатынасына тәуелділігі 3 сур. көрсетілген түрде болады.

Қабаттан немесе кенорнынан өндірілетін өнімнің ағымдағы сулануы ν:

, (5)

3 сур. Мұнайының тұтқырлығы төмен кенорындары үшін ағымдағы мұнайбергіщтіктің – ға типтік тәуелділігі көрсетілген.

Жоғарыда айтылғандай ағымдағы мұнайбергіштік коэффициенті η мұнайдың жер қойнауынан алыну коэффициентінің көбейтіндісіне немесе сулану жағдайында мұнайды сумен ығыстыру коэффициентінің ығыстыру процесімен қабатты қамту коэффициентіне қатынасына тең.

Мұнай кен орындарын су айдау арқылы игеру кезінде мұнайды сумен ығыстыру коэффициенті деп қабаттың алынған мұнайдың су айдау әсер еткен аймақта басында болған мұнай қорына қатынасы аталады. Сәйкесінше қабатты әсер етумен қамту коэффициенті деп су айдау әсер еткен қабат бөлігінде бастапқыда болған мұнай қорының қабаттағы мұнайдың геологиялық қорына қатынасы аталады.

 

3 сур. Ағымдағы мұнайбергіштік пен өнімнің сулануының – ға тәуелділігі. 1 –ағымдағы мұнайбергіштік η, 2 – ағымдағы сулану ν

Мұнайды сумен ығыстыру және қабатты әсер етумен қамту коэффициенттерін анықтау үшін қатпарлы түзусызықты қабаттың сулану схемасын қарастырайық (4 сур.). Қабат төрт қабатшадан (1,2,3 және 4) тұрады, тек үш төменгі қабатшасы ғана суланған, бірінші қабатша айдау галереясы (х=0) мен өндіру галереясы (х=l) арасындағы облыста литологиялық жапсарланатындықтан игерілмейді – оған қабатқа айдалатын су бармайды және мұнай өндірілмейді.

 

4 сур. Қатпарлы қабаттың сулану схемасы

Қабаттағы мұнайдың жалпы геологиялық қорлары:

(6)

 

Теориялық және эксперименталды мәліметтер көрсеткендей, кен орнын су айдау арқылы игергенде, яғни мұнайды қабаттардан мұнаймен араласпайтын сұйықтық – сумен ығыстыру кезінде ығыстыру коэффициенті келесі негізгі факторларға тәуелді:

1) мұнайдың коллектор – жыныстарының минералогиялық құрамы мен литологиялық микроқұрылымына, яғни, өлшемдері бойынша қуысты кеңістіктердің таралуына, абсолютті өткізгіштік деңгейіне, салыстырмалы өткізгіштікке, тау жыныстарының микрожарықшақтық параметрлеріне, яғни, блоктар мен жарықшақтар өлшемдеріне, олардың өткізгіштіктерінің ара – қатынасына және т.б.;

2) мұнайдың тұтқырлығының оны ығыстыратын судың тұтқырлығына қатынасына;

3) мұнайдың құрылымдық – механикалық (ньютондық емес) қасиеттеріне және олардың қабаттардың температуралық режимдеріне тәуелділігіне;

4) тау жыныстарының сулануына және микроқұрылымдары әртүрлі коллектор – тау жыныстарында капиллярлы күштердің пайда болу сипатына;

5) мұнайды сумен ығыстыру жылдамдығына.

6 сур. – ң – ға тәуелділігі.

Су айдау кезінде қабаттарды әсермен қамту коэффициенті негізінде мына факторларға тәуелді. η₁₁ η₂ η₁₂

1. Игеріліліп жатқан мұнай қабатының физикалық қасиеттері мен геологиялық әртектілігіне (қабаттың макроәртектілігіне). Бұл жерде мұнайға қаныққан зоналардың астына су төселетін газ телпектерінің болуы, яғни, суда жүретін зоналардың, қабаттың тік (өткізбейтін қабатшалардың болуы) және көлденең (қабатшалардың литологиялық жапсарлануының) бағытты үзілімдерінің болуы, дизъюнктивті қабаттардың болуы және т.б.

2. Кен орынды игеру жүйесінің параметрлеріне, яғни, қабатта ұңғымалардың орналасуына, өндіруші ұңғымалардың және өндіруші және айдаушы ұңғымалардың арасындағы ара қашықтыққа, айдау ұңғымаларының санының өндіру ұңғымаларының санына қатынасына тәуелді.

3. Айдау және өндіру ұңғымаларының түптеріндегі қысым, түптік аймаққа әсер ету әдістерін қолдану және қабаттарды ашу.

4. Ұңғымаларды пайдаланудың әдістері мен техникалық құралдарын пайдалану (өндірудің ұңғымадан сұйықты алудың қажетті жиынтығын қамтамасыз ететін механикалық әдістерді, бір уақытта – бөлек пайдалану әдістерін).

5. Кен орынды игеру процесін иегру жүйесін бөлшектеп өзгерте отырып (ошақтап және таңдап су айдау) немесе мүлдем өзгертпей (ұңғымалардың жұмыс режимін өзгерту, ұңғымаларды пайдалануды, циклдық су айдауды тоқтатудың оңтайлы жағдайларын орнату және т.б.) басқару әдісін қолдану.

Толығымен айта кету керек, ығыстыру коэффициенті қабаттың физикалық қасиеттеріне, оның микроәртектілігіне және кеуекті ортадан мұнайды ығыстыру процесінің сипаттарына тәуелді, ал қабатты әсермен қамту коэффициенті игерудің басқа әдістеріндегідей кенорынның макроәртектілік дәрежесімен, игеру жүйесімен және ұңғымаларды пайдалану жағдайларымен анықталады.

Мұнай кенорнын игеру көрсеткіштерін болжау үшін оған су айдауда мұнайды жер қойнауынан алғанда барлық әдістерде бірдей болатын қабаттың моделінен басқа қабатқа су айдау процесінің моделін және игерудің нақты бір жүйесіне қолданылатын – тұтас кенорнына және оның элементіне арналған есептік схеманы қолдану керек.

Коллектор – тау жыныстарының үлгілерінен мұнайды сумен ығыстыру зерттеулері көрсеткендей, су үлгінің соңына жеткеннен кейін одан сумен бірге мұнай шығады, яғни, игерудің сулы кезеңі жүреді. Кейбір жағдайларда бұл кезең басталғаннан кейін үлгіден аз мұнай (7 сур., 1 қисық) алынады, ал басқа жағдайда бұл кезеңде үлгілерден мұнайдың сусыз кезеңде алынатын мұнай көлемімен салыстыруға келетін айтарлықтай мөлшері (2 қисық) алынады.

 

7 сур. Ағымдағы мұнайбергіштіктің – ға тәуелділігі:

1 және 2– қисықтар, мұнайды сәйкесінше поршенді және поршенсіз ығыстыру мәліметтері бойынша салынған.

Сулы кезеңде үлгі жыныстардан мұнайды сумен ығыстырудың қисықтары арасындағы мұндай алшақтық кеуекті орталардың микроқұрылымдарының әртүрлілігімен, оларды капиллярлы күштердің пайда болу сипаттарымен, сығылатын және сығатын сұйықтардың тұтқырлықтарының әртүрлілігімен және т.б. түсіндіріледі. Кеуекті орталардан мұнайды сумен ығыстыру кезіндегі олардың фазалық және салыстырмалы өткізгіштіктерін зерттеулер көптеген қабаттар үшін кеуектерде бірдей қысымда олар арқылы шексіз мөлшерде су айдалса да, яғни, үздіксіз шаюда да мұнайдың ұсақталған, дисперсирленген ұсақ глобулары тән екендігін көрсетті. Сонымен, бұл қабаттарда қалдық мұнай тығырыққа тірелген зоналардағы, кеуекті ұстағыштардағы, яғни, мұнайдың қозғалысы тығыз тау жыныстармен шектелген орындардағы қозғалыссыз глобулалар түрінде болады. Мұнайдың кеуекті ортадан сумен ығыстырылуы кезінде ұсақталуына, қозғалыссыз глобулалардың пайда болуына мұнай мен судың тұтқырлықтарының әртүрлілігі және мұнайда ньютондық емес қасиеттердің болуы әсер етеді. Кеуекті орталарда мұнайдың дисперстелуі ығысу фронтына жақын жерде, мұнай мен су бар жерде жүреді, сондықтан қарастырылып отырған кеуекті орталар үлгілерінен мұнайдың аз мөлшерін өндіреді. Осы орталардан мұнайдың сумен ығыстырылу процесі 1 қисықпен сипатталады (7 сур. қараңыз). Егер кеуекті ортада бірлік көлемде тығырықты зоналар саны аз болса, тіпті сумен ығыстырылу фронтындағы мұнай бұл ортада қозғалуын жалғастырады және үлгіге айдалатын су мөлшері бойынша алына береді. Мұндай жағдайда кеуекті орта үлгісінен мұнайдың ығыстырылуы 2 қисықпен сипатталады (7 сур. қараңыз).

Кеуекті ортаның екі үлгісін алайық. 1 үлгіде мұнайдың сумен ығыстырылу процесіне 1 қисық, ал 2 үлгіде – 2 қисық сәйкес келеді (7 сур. қараңыз). Мұнайды алудың сулы кезеңі басталғанға дейін бірдей мөлшерде су айдалған делік. 7 сур. көріп отырғанымыздай 1 үлгіден кезінде мұнай алынбайды деуге болады, 2 үлгіден мұнайдың айтарлықтай мөлшері алынады. Айта кету керек, 2 үлгі үшін өндірудің сулы кезеңі маңызды, ол аралықта кеуекті ортада мұнай мен судың біріккен (екіфазалы) фильтрациясы жүреді.

1 қисықты екі түзумен көрсетуге болады, көлбеу - шартына сәйкес келеді және кезінде орындалатын абциссалар осіне параллель. Екі түзу де 7 сур. үзік сызықтармен көрсетілген. Бұл жуықтауға кеуекті ортадан мұнайды сумен ығыстырудың белгілі бір моделі – мұнайды сумен поршенді ығыстыру моделі сәйкес келеді.

2 типті қисықпен (7 сур. қараңыз) сипатталатын кеуекті ортадан мұнайды сумен ығыстыру процестерін сипаттау үшін мұнай мен судың біріккен (екіфазалы) фильтрациясының моделін пайдаланады.

Екі модель де кеуекті ортадан мұнайды сумен ығыстыру процесінің экспериментальді сипаттарына негізделген. Поршенді ығыстыруда экспериментальді түрде ығыстыру коэффициентін және кеуекті ортадан алынған мұнай көлеміне тең айдалған су көлемін анықтайды.