Дәріс. Көміртектің қос тотығын (СО2) айдау арқылы кенорынды игеру

Мұнаймен араласатын еріткіштер ретінде, мұнай беруді арттыру үшін көмірқышқылын, CO₂ газды, азотты, не болмаса көміроттегі қосындыларын пайдаланады. Осындай суландырудың кейбір түрлері ΧΧ ғасырдың 50-жылдарынан қолданып келеді.

Мұнайды оттегінің қос тотығы және карбонаттырылған сумен қысып шығару.Қабатқа CO₂ айдау – мұнайбергіштікті арттырудың ең нәтижелі тәсілдерінің бірі саналады. Оттегінің қос тотығы көмір-оттегі еріткіштеріндей арзан және мұнай шығаруда өте жоғары пайызды қамтамасыз етеді.

Бастапқы CO₂ мұнаймен араласпайды. Демек, шикі мұнаймен коллекторда кездескенде ол мұнайдан кейбір көмір-оттық қосынды компонеттерін бөліп алып, сонымен өзі мұнайда еритін болып шығады. Мұнайды CO₂-мен араластырғанда дәл газлифтідегідей құбылысқа жолығамыз. Бұл құбылыста мұнайдың сұйықталуы, оңайырақ жылжуы байқалады.

Демек, CO₂-ні қолдану принципі сұйықтықтардың тұтқырлығы қабаттағы жағдайларда еріп таралған көмір-қышқыл газдың мөлшеріне тәуелдігімен негізделген. Мысалы, CO₂ еріп тарауы мұның тұтқырлығын 10÷500% шектерде төмендетсе, қысым мен температураны да төмендетеді. Бұл жағдайда 50%-ға дейін еріп таралған газы бар мұнайдың көлемдік коэффициенті өседі.

Мұнай көлемінің көбеюі мұнаймен толған кеуектер көлемінің ұлғайуына әсер етеді, мұнайдың жылжуына ыңғайлы жағдай жасайды. Тұтқырлықты төмендету мұнайдың жылжымалығын асырады. Осымен байланысты мұнай беру коэффициентін белгіленген деңгейіне жету үшін айдалатын фазаның шығын көлемін азайтады. Жүйеде CO₂ мұнай мен су шекарасының беттік керілу күшін төмендетеді.

 

 

 

8.9-сурет. Қабатқа CO₂ айдау сұлбасы: 1- қалдық мұнайы бар аймақ; 2- мұнайдың жылжымалы шебі; 3- CO₂ және судың аймағы; 4 - судың қысып шығарушы ағысы

 

Келтірілген факторлардың бірлескен әсері әдістің жоғары нәтижелігін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар CO₂-ні айдау әдісінің елеулі бір кемшілігі бар. Газдың су ерітіндісі тұрақтылығы аз қышқыл болып саналады, жылжымалығы қабаттағы жағдайлардағы мұнайдікінен шамамен, 10 есе көп, сондықтан айдағыш зат (агент) ертерек мезгілсіз бұзып-жарып өтеді. Бұл көбінесе,айдау шебіндегі тұтқырлықтың тұрақсыздығымен байланысты.

CO₂ газбен мұнайды айдаудың нәтижелігі, қамту әсері, коэффициентінің арттыруы мен айдау арқылы алдын ала анықталады. Аудан мен көлемді қамту әсері коэффициентінің жоғарылауы кеуектік-капиллярлық сіңуін түзеп жақсартумен және мұнаймен судың жылжымалығын біркелкілеу әсерлерімен байланысты. CO₂ мұнай мен суда жақсы еритін қабілетті, мұнай қабықшаларының (пленкаларының) тау жынысы бетінен жұлынуына, жуылуына әсерін тигізеді. Кеуекті ортаның суды жұқтырғыштығы ұлғаяды, ал бұл кеуектер-капиллярлар орталықтарының суды сіңіріп, мұнайға шылыққандарына себеп болып, ақырында айдалып шығарылған мұнай көлемі артады.

Мұнай құрамына, қысымына, температурасына байланысты CO₂-нің мұнайда еруі шектеулі немесе шексіздікке жақындайды.

Кездесетін табиғи мұнайларда CO₂ газдың еру көлемдерімен өлшегенде мұнайдың бір аумағында газдың жүздеген аумағы еріп тарауы мүмкін. Демек, басқа жағдайларда айырмашылықтар болмаған кезінде, CO₂ газы көміроттегілері артығырақ С₃-С₇ қатарының мұнайларында жақсырақ ериді. Мұнайлардағы шайырлер мен асфальтендердің жоғары мөлшері, керісінше,газдың еріп таралуын едәуір қиындатады. Осы себептен CO₂-нің мұнайда шексіз еруіне жетуі іс жүзінде мүмкін емес. Кейбір коллекторларда диоксидті мұнаймен араластырмаған жөн болғанымен, сонда да CO₂ -ні бұл жерде де қосымша мұнай шығару үшін қолдануға болады. Коллекторда газ керіле береді де, сонымен мұнайдың тұтқырлығын төмендетіп, оның жылжымалдығын жақсартады.

Мұнайдың қысымы мен құрамы тұрақты болғанда температураның көтерілгені CO₂ газдың еруін азайтады. Ал мұнайдың температурасы мен құрамы тұрақты болғанда, қысымның көтерілуі CO₂ газдың көбірек еруіне себепші болады.

Көміртегінің диоксиді шамамен суда жақсы ериді. Бірақ бұл шамалы шектеулі үрдіс. Бұған: қысым, температура және минералданудың дәрежелері әсер етеді. Сонымен, минералдану мен температура тұрақты болғанда, қысымның көтерілуі CO₂ газдың суда еруін көбейтеді. Минералдану мен қысымдық тұрақты болғанда температураның жоғарылауы үрдісті бірнеше жақты сипаттамаға келтіреді. Температура мен қысым тұрақты болғанда, минералданудың өсуі CO₂ газдың суда еруін азайтады. Нақтылы жағдайларға байланысты көміртегі диоксидінің суда ерітіндісі 20%-ға дейін жетуі мүмкін (8.7, 8.8-суреттер).

 

 

8.10-сурет. Суда CO₂ ерігіштігінің изотермалары

 

Көміртегі диоксидісінің су ерітіндісі және жыныстар карбонаттары араларында реакция жүріп, карбонаттарды ерітеді, сондықтан коллектордың өтгізгіштігі артады және айдаушы ұңғымалардың сіңіргіш қабілеті жоғарылайды. Ендеше мұнайдың құрамына, қысымына, қысымның жоғарылау дәрежесіне және температуратураға байланысты, ерілген CO₂-нің мөлшері асқандағы тұтқырлықты CO₂-нің жоқ кезіндегі тұтқырлықпен салыстырғанда мәні 2-150 есеге дейін төмендейді, яғни,тұтқырлықтары шамалы мұнайлармен салыстырғанда неғұрлым тұтқырлы мұнайлар үшін жоғарғы дәрежеде төмендейді.

CO₂ ерітіндісі араласқан мұнайдың ең алғашқы құрамы және температурасы тұрақты болғанда қысымдық көбейген сайын тұтқырлығы төмендейді. Бұл жағдай мұнайда ерітілген көміртегі диоксидісінің мөлшері ауысуымен байланысты.

Мұнайдың құрамы мен қысымы тұрақты болғанда, температура көтерілген сайын CO₂ ертіндісі бар мұнайдың тұтқырлығы аз төмендейді. Бұл мұнайға араласатын CO₂ беруінің төмендеуімен байланысты. CO₂ ерітілгенде мұнай тұтқырлығының төмендеу механизмін білу технологиялық көміртегі диоксидін пайдаланып, мұнайды айдау үрдістерінің көрсеткіштерінің жобалау үшін қажет.

 

 

8.11-сурет. 20°С температурасында CO₂ ің NaCl және CACl₂ -дың су ерітінділерінде ерігіштігі

 

Көмірсутегі диоксиді суда ерігенде, оның қоюлығының ауысуына байланысты ерітіндінің де тұтқырлығы өсе бастайды. Суда CO₂ ерігенде су тұтқырлығының өзгеруіне қысым, температура және судың минералдануы әсер етеді. Сонда олардың әсерлері CO₂ еруіне қандай тисе, судың тұтқырлығын да сондай әсерлермен өзгертеді. Температура тұрақты болғанда CO₂-нің ерігіштігі қысым көбейген сайын өседі, ал қысым тұрақты болғанда температураға да байланысты өзгереді.

Минералдану ұлғайған сайын CO₂ - нің суды ерігіштігі төмендейді. Бұл кезде ерітіндіде CO₂-нің керекті қоюлығын ұстауымен қатар қысым өседі. Коптеген зерттеулердің көрсеткені–ерігіш CO₂-нің суда көбеюіне байланысты минералданған судың тұтқырлығы шамамен, 20%-ға дейін өседі. (8.9, 8.10-суреттер).

Қанығу қысымы тұрақты кезінде қоюлығының асуымен қатар мұнайдың тығыздығы өседі. Қысымды қаныққандық қысымынан асқанда да мұнай тығыздығының өсуіне әсер етеді. Температура өскен сайын мұнай тығыздығы төмендейді.

 

 

8.12-сурет. CO₂ -нің ерітілген мөлшерінен мұнайдың тұтқырлығының өзгеруі

 

Қысымдық, мұнай құрамы газ бен мұнай көлемдерінің бір-біріне қатынастығы және температура – бұлардың CO₂ араласқан мұнай тығыздығына тигізетін әсерлері осы келтірілген факторларын CO₂-нің мұнайда ерігіштігіне тигізетін әсерлеріндей болады.

 

 

8.13-сурет. CO₂ -нің ерітілген мөлшерінен 20°С-та судың тұтқырлығының өзгеруі

 

CO₂ суда ерігенде судың тығыздығы аздап қана өседі. Қысым шылыққандық қысымынан жоғары болғанда судың тығыздығы ерітілген газдың құрамына және аздап мөлшеріне тәуелді келеді.

CO₂ суда ерігенде көмір қышқылы пайда болады. Көмір қышқылының карбонатты тау жыныстарының (доломиттер, песчаниктер, карбонатталған цементтермен) арақатынасты болуы кеуектендіруді, өткізгіштікті жыныстардың біркелкілік дәрежелерін көтереді.

Жоғарыда қарастырылған мұнай тұтқырлығының төмендеу және CO₂ ерігенде көлемінің өсу механизмдері мұнай фазасының жылжымалығын жоғарылатады, мұнайды осымен айдау жеңілдейді. Және қосымша, мұнаймен судың CO₂-ге жанғанда фазалық өту көрсеткіштері ұлғаяды. Мұнай мен су сұйықтарының CO₂-мен тоғысқандағы мұнай тұтқырлығының төмендеуі және су тұтқырлығының жоғарылауы, сонымен осы параметрлердің бір-бірімен салыстырмалы көрсеткіштерінің қолайлы керекті жаққа өзгеруі мұнайды айдауға позитивтік жағдай жасайды. Сонымен, көміртегінің диоксиді мұнай, су және кеуектілі фаза мен өзара қатынасқанда, соңғы үшеуінің физикалық-химиялық қасиеттерін өзгертеді. Тәсілдің техникасымен технологиясын анықтайтын негізгі факторларға: бірінші- бұл CO₂ газдың қандай жағдайда болуы: екінші – үрдісті қауіпсіз жүргізу шартын орындау жатады. Қабаттың мұнайбергіштігін арттыру үшін:

- жиектеу немесе сумен алмасқан сұйық CO₂ -ні жіктеу;

- газ түріндегі CO₂-ні жіктеу;

- карбонатталған суды жіктеу сияқты айдаулардың мүмкіндіктері бар.

Қабатта сұйық CO₂-ні жіктеуін тудыруды көздеу технологиясын таңдау, негізінде қабаттық қысыммен, температурасымен және мұнай қанығумен анықталады. Қабатта CO₂ -ні сұйық түрінде болуын қамтамасыз ету үшін, қабаттың қысымы 4-6 МПа, мұнаймен қаңыққандығы 30-40% болғанда температурасы 31°С-тан аспауы тиіс. Мұнай қабаттарының басым көбінде қабаттық температуралар CO₂-ні сынды температурасынан астам болып кездеседі.

Келтірілген шектеулер мына тұжырымды жасауға мүмкіндік береді: қабатта CO₂-ні газ түріндегі жіктеуін жасауы көздеген технологияны пайдалану жақсырақ деп танылады. CO₂-ні газ түрінде айдауда технологиялық сұрақтар ең қиын саналуының себебі – бұл мұнай қабаты көміртегінің диоксиді мұнайда еритін қысымын тудыруы.

Карбонатталған судың қабатқа айдалуы сұйық және газ түріндегі қышқылдарды айдаумен салыстырғанда технологиялық жағынан, CO₂-ні суда жақсы ерігіштігіне байланысты, аса қиын емес. Іс жүзінде карбонатталған суда 3-5% CO₂-ні қосынды болуы тиіс.

Көміртегі қышқылын айдау технологиялық сұлбасы қолданылып жатқан жалпы кәсіпшілікте орналасудағы сұлбаны және сондай-ақ қазіргі іске араласып жатқан суландыру жүйелерін қолдануына негіздеді. Сонымен CO₂-ні ұңғымаларға жеткізу үшін істеп тұрған айдайтын суландыру өткізгіштер жүйелерін пайдалануға болады немесе жана құбыр өткізгіштер тізбектерін салу қажет.

Көміртегі қышқылын айдау сұлбасын тандап алу әр кезде қолдануында байланысты техникалық-экономикалық салыстыру нәтижелерін негіздеумен шешіледі. CO₂-ні айдау үздіксіз емес мезгілін – ескергенді бірінші технологиялық сұлбаны қолдану ұтымды жағынан орындырақ болады. Екінші технологиялық сұлба қабат және метал шығыны көбірек болғанымен – бұл сұлба тәсілді іске асырғанда ен жоғары қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.

CO₂-ні қабатқа айдау жиектеулі жағдайларына тәуелді. Жиектеудің өлшемі мен көрінісі технологиялық сұлбадан кенді игеру жобасымен анықталады. Қабатқа CO₂-ні сорғы – компрессорлық құбырлар арқылы айдалады. Игеру бағаналарын тотығудан және CO₂-ні айдағандағы жоғары қысымдардан сақтандыру үшін, айдағыш ұңғымаларды пакеттейтін құрылғыларды орнатылады.

Ұңғыманың аузын қабатқа айдау үрдісін қадағалап тексеретін қажетті өлшегіш аспаптары бар типтік арматурамен жабдықтайды.

Көміртегі қышқылын айдау үшін арнаулы қышқылдарға төзімді, алыстан басқарылатын және автоматты сақтау сорғылар пайдаланылады. Сорғы стансаның барлық технологиялық құбырлары қысымдарға 1:4-ке дейін беріктік коэффициентімен есептелу тиіс.