ДӘРІС. Жуу сұйықтығын қолдану арқылы мұзды таужыныстарда ұңғыманы бұрғылау

 

Цементтік материалы мұз болып келетін мәңгілік мұзды таужыныстардың бұзылуы жуу сұйықтығының жылулық және эрозиялық әрекетінен мұздың еруімен және бұзылуымен анықталады.

Көптеген эксперименталды зерттеулер негізінде А. В. Марамзин таужыныстардың ерімеуін қамтамасыз ету үшін ұңғымаға айдалатын жуу сұйықтығының температурасы шамамен 0 ден - 2,5 °С аралығында және мүмкіндігінше қоршаған таужыныстардың температурасына жақын болу қажеттігін көрсеткен. Роторлы және турбиналы әдістермен мұнайлы және газ ұңғымаларын бұрғылау кезінде бұрғылау үрдісінде қиындықтарды алдын ала ескеру үшін жуу сұйықтығының температурасы 0°С шамасында болғаны жөн деп есептеледі.

Тюмен облысында опырылымдардың түзілуіне бейім мәңгілік мұзды таужыныстарда ұңғымаларды тұщы сазды ерітінділермен бұрғылаудың үлкен тәжірибесі жиналған. Бұл жағдайларда ұңғымаға сұйықтықтың параметрлері және бергіштігі сұйықтық пен таужыныстар арасында жылу алмасу қарқындылығын төмендету үшін құбыраралық кеңістікте сұйықтық ағыстың құрылымдық режимін қамтамасыз ету есебінен алынған. Бұл жағдайда +3 +5°С температурасы бар жуу сұйықтығымен ұңғыма қабырғасының 25-35 сағат ішінде еруі 0,03-0,04 м аспаған.

Оң температурасы бар ерітінділермен жуу арқылы ұңғыманы бұрғылау ұңғыма конструкциясын біршама күрделендіреді.

Прадхо-Бей (АҚШ) кенорында ұңғымаларды бұрғылау мәліметтері бойынша ұңғыма қабырғасында таужыныстардың шамалы еруі қуыстардың түзілуіне себеп болғанын көрсетеді. Колонкалы қашаулармен роторлы бұрғылау кезінде мұздың бұзылуын алдын-ала ескеру үшін ұңғымадан шығу бөлігінде қатпайтын жуу сұйықтығының температурасы -3,3 °С болуы қажет. ұңғыманың тереңдігі 570 м дейін болған жағдайда инвертті эмульсияны мысалы, 6,7 4,4 °С дейін суытатын. Бұл жағдайда ерімеген керн көтерілетін.

Геокриобелдем қалындығы жоғары болған жағдайды ұңғыманы бұрғылау біршама уақыт кетеді, құрылысы бұзылмаған кернді көтеру қажет болатын болса, оң температурасы бар жуу сұйықтығын қолдануға болмайды.

Жуу сұйықтығының тиімді алғашқы температурасын бағалау үшін Б.Б. Кудряшов әдісі қолданған. Барлық есептеулер геокриобелдемнің қалындығы 300 м дейінгі сипатталатын геологиялық жағдайлар үшін жасалған. Жер бетінде таужыныстардың табиғи температурасы Т₀ = -8,8 °С, ал герметикалық градиенті = 0,023 °С/м тең.

 

5.3 сурет. Бұрғылау құбырлар мен сақиналы арнада температураның таралу графигі: 1, 2 – төменге түсетін және көтерілу ағысының температуралары; 3 – таужыныстардың температурасы

 

Техникалық жағдайлар: коронка диаметрі 76 мм, бұрғылау құбырлар диаметрі 50 мм, 1,17 10^-3 м³/с шығыны бар тұзды сумен және сазды ерітіндімен жуу, забойдан шығарылатын қуаттылық N =1,5 кВт [7].

Ұңғыманың циркуляциялық жүйесіндегі (5.3, а-д сурет) температураның таралуы алғашқы температурасы t _1н кезінде және бұрғылау құбырларға кірісінде сәйкесінше 15, 5, 0 -2, -4 °С кезінде сазды ерітіндімен бұрғылау үшін көрсетілген. Ерітінді келесі параметрлермен сипатталған _р =1,2 10³ кг/м³; =0,03 Па с. Циркуляция ұзақтығы =2 ч, ұңғыманың соңғы тереңдігі Н= 100, 200 және 300 м. барлық графиктерде қисықтар 1 бұрғылау құбырлардағы төменге түсетін ағысқа, ал қисықтар 2 – сақиналы кеңістіктегі көтеру ағысына, қисықтар 3 таужыныстардың табиғи температурасымен сипатталады. Абцисса осіне паралелді түзулер кескіндері ұңғыма забой белдеміндегі сұйықтытың температурасының жоғарлауын көрсетеді.

Графиктер (5.3, а, б сурет ) алғашқы температурада 15 және 5 °С құбыраралық кеңістіктегі сұйықтықтың температурасы барлық тереңдіктерде шектік темеператураның мәнінен біршама жоғары. Осыған байланысты, забойдан бөлінетін және ерітінді ағысымен әкелінетін жылудың әсерінен мұзды таужыныстардың біршама еруі жүреді.

t _1н=0°С (5.3, в сурет) кезінде таужыныстардың еруі забой маңы белдемінде де басталуы мүмкін және оның температурасы 0 °С жоғары болады. ұңғыманың тереңдігі забойдағы ерітінді температурасына әсер етпейді, бірақ жылудың таужыныстарға берілетіндіктен шыққан ерітіндінің температурасы t_2н төмсендейді. t _1н= °С кезіндекөтерілетін сұйытық ағысының есетелген температурасы барлық тереңдіктерде 0 °С төмен болып шықты. Сондықтан да алғашқы температурасы -1 2 °С тең болатын ерітінділерді қолданған кезінде таужыныстардың ерімейді және ерітіндінің температурасын төмендету ажет емес (5.3, г сурет).

5.4, а, б суретте циркуляция ұзақтығы =0,5 және 7 сағат болатын t _1н =-2 °С тең ерітінді температурасының таралуы көрсетілген. 5.4, а, б суреттерінен көріп отырғанымыздай сұйықтық циркуляциясының ұзақтығы жоғарлаған сайын сақиналы кеңістіктегі ерітіндінің температурасы таужыныстармен жылу алмасу нәтижесінде жоғарлайды. Бірақ, забойда бөлінетін жылуға қарамастан көтерілетін ағыстың температурасы нөлден төмен болады. жуу сұйықтығы циркуляциясының ұзақтығы жоғарлаған сайын алғашқы температура, -1,5 °С аспауы қажет екенін айтып кетейік.

Ұзақтығы 0,5 сағ тең циркуляция кезінде (5.4, в сурет) ерітіндінің алғашқы температурасы 0 °С дейін жоғарлатуға болады, бірақ ұңғыманың тереңдігі 100 м жоғары болуы қажет. H =100 м тереңдікке дейін забой маңы белдеміндегі жылудың әсерінен таужыныстардың еруі мүмкін және ұңғыма забойындағы қуаттылық жоғары болған сайын, еру көлемі де жоғары болады.

5.3 және 5.5 суреттерде келесі параметрлермен сипатталатын сазды ерітінді температурасының есептелген таралуы көрсетілген: =0,03 Па с (5.4.г суретті қара); 0,05 және 0,09 Па с (5.5,а, б сурет ); _р= (1,2; 1,27; 1,32) 10³ кг/м³; t _1н= -2°С. Циркуляция ұзақтылығы 2 сағат деп алынған.

 

5.4 сурет. Бұрғылау құбырлар мен сақиналы арнада температураның таралу графигі. Қисықтардың белгіленуі 5.3 суретте берілген.

Берілген графиктерді талдай отырып, тұтқырлықтың 0,03 тен 0,05 Па с дейін жоғарлауы кезінде температураның таралуы қисықтар сипаттамасы шамалы өзгереді. Ұңғыманың забойынан сағасына дейін ағыстың салқындайы баяу жүреді. Ерітінді тұтқырлығының = 0,09 Па с (5.5, б сурет) дейін жоғарлауы құбыраралық кеңістікте температураның таралу сипаттамасын өзгермейді. Есептеулер көрсеткендей, мәнін 0,5 сағ дейін қысқартқан кезінде тереңдігі 200 м тең ұңғыманың забой мағы бөлігіндегі ерітінді температурасы 0 °С жоғары болады. бұл мұзды таужыныстар бүтіндігін бұзуы мүмкін. Таужыныстардың еру қауіптілігі тек 300 м тереңдіктерде жойылады. Осыған байланысты, жуу сұйықтығы тұтқырлығының 0,05 Па с дейін, циркуляцияның ұзақтылығы 0,5 сағ дейін жоғарлаған кезінде температураны -1 ден -2 °С аралығында ұстап тұру қажет.

 

5.5 сурет. Циркуляция ұзақтылығы 2 сағ, забойлық қуаттылығы 3 кВт және t_1н =-2 °С кезінде бұрғылау құбырлар және сақина арнасында температураның таралу графиктері. Қисықтардың белгіленуі 5.3 суретте берілген

 

Сазды ерітіндіден =0,03 Па с (5.3, г сурет ) суда NaCl құрамы 106 кг/м³ тең тұзды ерітіндімен жууға өткенде (5.5, в сурет) және t _1н=-2 °С және =2 сағ кезінде забойдан көтеру ағысының қозғалысы кезінде сұйықтықтың суытылып, оның ұңғыма сағасына жеткен кезінде жылуы байқалады. Құбыраралық кеңістікте тұзды ерітіндлі температурасының таралу қисықтары төмен температуралар жағына дөңес болып келеді.

 

5.6 сурет. _р= 1067 кг/м³, t_1н = 2 °С кезінде бұрғылау құбырлар және сақина арнасында температураның таралу графиктері. Қисықтардың белгіленуі 5.3 суретте берілген

 

Температурасы t _1н = 0 °C тең тұзды ерітіндімен жуу арқылы бұрғылау үрдісінде 0,5 сағ циркуляция ұзақтығында тереңдігі 100 м дейінгі забой маңы белдемінде ұңғыма қабырғасындағы таужыныстардың еруі орын алуы мүмкін (5.6, а сурет), жоғары тереңдіктерде көтеру ағысының температурасы теріс болады.

Циркуля ұзақтылығы 2 сағ және одан да ұзақ болған кезінде таужыныстардың еруі 300 м тереңдікке дейін жетуі мүмкін, сондықтан да жуу сұйықтығының алдын ала салқындауы 0 °С төмен болуы қажет. циркуляция ұзақтығы 7 сағат болған кезінде (5.6, б сурет) тұзды ерітіндінің -2 °С дейін суытылуы 300 м тереңдік үшін жеткіліксіз болады. бұл жағдайда тұзды ерітіндінің алғашқы температурасы (судың құрамында NaCl бар) -2,5 -3 °С арасында болуы қажет.

Сұйықтықтың тұтқырлығына, циркуляция ұзақтылығына жә»не ұңғыманың тереңдігіне байланысты сұйықтық температурасының реттеу қиындықтарын ескере отырып, ұңғыма қабырғасында таужыныстардың ерімеуіне кепілдік беретін алғашқы температураны таңдау қажет. Бұл жағдай t _1н=-2 °С тең сазды ерітінділерді немесе t _1н =-2,5 3 °С тең тұзды ерітінділерді қолдану кезінде қамтамасыз етіледі және бұл А.В. Марамзин алған тәжірибелік мәліметтермен сәйкес келеді.

Бұрғыланып жатқан ұңғыманың температуралық режимінде біршама маңызға забойға апарылатын қуаттылық ие болады. ЭЕМ-де келесі жағдайлар үшін есептеулер жүргізілген: геокриобелдем тереңдігі 150 және 360 м, геотермиялық градиенті 0,009 °С/м кезінде жер бетіндегі таужыныстардың табиғи температурасы–3,4 °С (КСРО Солтүстік-Батыстағы бір кенорын мысалында), коронка диаметрі 59 мм, бұрғылау құбырлар диаметрі 50 мм, жуу сұйықтығы ретінде қатуға қарсы қоспасы (NaCl) бар су қолданған, циркуляция ұзақтығы 2 және 7 сағат, забойлық қуаттылығы 1,5 және 4,5 кВт берілген [7]. Забойлық қуаттылықтың N, мұзға сұйықтықтың әсер ету уақыты τ және t 0 °С жағдайы қамтамасыз етілетін ұңғыма тереңдігіне Я геокрибелдем қалындығының L әсер ету туралы мәліметтері 5.3 кестеде берілген. Есептеулер алғашқы температурасы t _1н = -2 °С, сорғыштың сұйықтықты беру мөлшері 8,3 10^-4 м³/с жағдайларында жүргізілген.

 

5.3 кесте