Геотермалды ұңғымаларды бұрғылау кезінде пайда болатын негізгі ерекшеліктер мен күрделіктер

Температуралық режим бойынша барлық геотермалды кенорындар төментемпературалы – жанартаулық белсеңділіктен тыс аудандар ҰСтаврополь, Кавказ және т.б.Қ және жоғарытемпературалы – жанартаулы белсеңділік белдемдеріне ұштасқан аудандар (Камчатка, Сахалин, Курил аралдары және т.б.) болып бөлінеді. Біріншілермен бальнеологиялық мақсаттарда кеңінен қолданатын ыстық және минералды суларды өңдіру байланысты болса, екіншілер жеке аудандар мен қалаларды жылу және электрофикация негізі болып келетін (жылуды бу-сулы қоспа және ысытылған бу түрінде қолдану есебінен) термалды энергия көзі болып келеді. Сағада температурасы бойынша геотермалды ұңғымалар төрт топқа бөлінеді: қалыпты температуралы –40-тан 100 °С дейін, орташа – 100-ден 150 °С дейін, жоғары – 150-ден 250 ⁰С дейін, және өте жоғары – 250 °С жоғары [5].

Қазіргі уақытта термалды суларды, бу-су қоспасын және жылытылған буды өңдіру негізінен бұрғылау ұңғымалары көмегімен жүзеге асырылады және олардың құрылысы үшін жуу, сығылған ауамен үрлеу, аэрацияланған сұйықтықтармен және көпіршікпен айналмалы бұрғылау (роторлы, турбиналы және сирек колонкалы) қолданылады.

Ыстық және минералды суларды игеру 1900 жылдан басталған. Сондықтан да ұңғымаларды бұрғылау техникасы мен технологиясы біршама игерілген. Бу-сулы қоспалар мен ысытылған буға ұңғымаларды бұрғылау біршама күрделі. Бұл бағытта үлкен жұмыстар бұрыңғы КСРО-дан басқа, АҚШ-та, Италияда, Исландияда, Жаңа Зенландияда, Францияда, Жапонияда, Мексикада және т.б. жүргізіліп жатыр.

Жоғарытермалды ұңғымаларды бұрғылау күрделігін анықтайтын негізгі факторларға таужыныстардың жоғары температурасы, жылу тасымалдағыштың температурасы және соңғының коррозиялық агрессивтілігі, жұтылу белдемдерінің таралуы, таужыныстардың опырылуы жатады. Ұңғыма оқпанындағы жоғары температура шегендеу құбырларында жылулық кернеуліктердің пайда болуына әкеледі, ал бұл олардың тұрақтылығының төмендеуіне, шегендеу құбырлар бағанасының үзілуіне әкеледі. Шегендеу құбырларына қатпарлы флюидтың агрессивті әсері олардың бірнеше күн ішінде бұзылуына әкелуі мүмкін.

Құбырларға коррозиялық әсері төменнен жоғары қарай көбееді, бұл ұңғыма оқпаны бойынша жер бетіне көтерілетін жылутасымалдағыштар күкіртсутегінің бөлінуімен түсіндіріледі. Құбырлардың жоғарғы бөлігінде нүктелі коррозия пайда болады, ол қышқыл түзуші газдар мен ыстық минералды сулардың бөлінінен, әсіресе қозғалмалы флюидтың тұрақтылығы бұзылған кезінде пайда болады. Бұрғылау құралы мен құбырларда қақтың пайда болуы да біршама қауіпті.

Температураның және қозғалу жылдамдығының төмендеп, миинералды су ағысында қысым жоғарлаған кезінде карбонат пен кремний тұнбаға түсуі мүмкін, бұл қалың қабыршақтың, өткізу арнасының тарылуына, кейді қақпен оның толығымен бітеліп қалуына әкелуі мүмкін. Ұңғымадан ыстық флюидтардың атқылауы да мүмкін (грифондардың түзілуі). Геотермалды ұңғымаларды өту кезінде қарапайым геологиялық күрделіктерге жуу сұйықтығының жұтылуы, таужыныстардың опырылуы, бұрғылау құралының тұрып қалуын жатқызуға болады.

Геотермалды ұңғымалардың конструкциясы.

Ұңғыманың конструкциясын таңдау геологиялық жағдайлармен (шегендеу құбырлар бағанасының саны, оларды түсіру тереңдігі және шегендеуді қажет етпейтін арақашықтықтар) және ұңғыманың соңғы диаметрін анықтайтын оның бұрғылау мақсаты (барлау, пайдалану, айдау және т.б.). Ең кіші соңғы диаметрлер қосымшга мәні бар ұңғымалар үшін (гидробақылаушы, айдау және т.б.), ал үлкен диаметрлер – барлау және кейін пайдалану ұңғымаларына айналатын және пайдалану ұңғымалары үшін анықталады. Шетелдік мәліметтер бойынша термаға ең таралған соңғы диаметр – 219 мм, сирек кездесетін – 168 мм, ал қосымшалар үшін – 125-150 мм тең [5].

Ұңғыма конструкциясын таңдауға пайдаланатын сукөтергіш қондырғының (әдетте бұл ортадан тепкіш сорғыш) өлшемдері және оны оқпанда орналастыру орны (кондукторда, аралық немесе пайдалану бағанасында), сонымен қатар ұңғыманы болашақта пайдалану мерзімі әсер етеді, әдетте шетелдік тәжірибе бойынша ол 30-50 жылды құрайды. Сорғышты монтаждауды жеңілдету, жөндеу жұмыстарын жүргізу және ұңғымада флюидтың динамикалық деңгейін бақылау үшін сорғыштың сыртқы диаметрі және шегендеу құбырлар бағанасының ішкі диаметрі арасындағы айырмашылығын 50 мм аспайды. Саңылаудың біршама жоғарлауы конструкцияның ауырлауына және жұмыстардың қымбаттауына әкеледі.

Барлық жағдайларда ұңғыманың конструкциясы ұңғыманы ұзақ пайдалану кезінде оның ішіндегі флюид бағанасы деңгейінің төмендеуін ескере отырып уақыт бірлігінде жылутасымалдағыштың қажетті мөлшерін қамтамасыз ету қажет. бұл ортадан тепкіш сорғыш орналастырылатын бағананы түсіру тереңдігімен анықталады. Егер сорғыш біруақытта ұңғыманың термошоғырлы бөлігінде сүзгінің ролін атқаратын пайдалану бағанасында орналастырылатын болса, онда осындай бағана сатылы болуы мүмкін – ортадан тепкіш сорғышты орналастыру үшін жоғары бөлігі үлкен диаметрімен және өнімді белдемде кіші диаметрмен.

Өнімді қабаттың ашылуы ашық оқпанмен (жарықшақты тұрақты таужыныстар), пайдалану бағанасына «впотай» сүзгі бағанасын түсірумен, сүзгілі бөлігі бар пайдаланушы бағанасын және өнімді қабатқа қарама-қарсы перфорациясы бар пайдалану бағанасын түсіру арқылы жүзеге асады. Бірақ соңғы әдіс күрделі және қымбат болып келеді.

Арынды геотермаларды ашқан кезінде пайдалану бағанасының диаметрі қажетті өнімділігі және ұңғыма бойынша қозғалатын жылутасымалдағыштың ең төменгі гидравликалық кедергілерін қамтамасыз ету жағдайлары бойынша орнатылады. Пайдалану бағанасының диаметрі 219-244 мм арасында өзгереді. Шегендеу құбырлар қабырғасының қалындығы өнімді белдемде мүжілу тұрақтылығын ескере отырып 9-10 мм арасында қабылданады. Тұрақтылық қор көрсеткішінің мәні, мысалы Инсландияда, 2 тең деп алады.

Шегендеу құбырлардың тұрақты бағанасын тамонажды ерітінділерді көтеру кезінде, әдетте ұңғыма сағасына дейін температуралық фактордың әсерін ескере отырып таңдайды.

Геотермалды ұңғымалардың қабырғаларын бекіту үшін шетел тәжірибесінде АНИ стнадарты бойынша шегендеу құбырларын қолданады. Терең ұңғымаларда трапециадалды оймасы бар құбырларды, ал қарапайым ұңғымаларда – домаланған немесе қия бұрышты оймасы бар құбырларды қолданады. Құбырлар жоғары герметикалық оймалы қосындылармен және тефлонды тығыздатқыш сақиналармен жабдықталады. Күкіртсутегі агрессия жағдайларында құрамы 25-30% дейін болған жағдайда С-95 маркалы болаттан құбырлар қолданылады, геотермалды ұңғымаларда шегендеу құбырларын мүмкін болатын түсіру тереңдіктері 10.1 кестеде көрсетілген.

Ыстық флюидтердің және қышқыл түзуші газдардың коррозиялық әсері жағдайларында ұңғыма конструкциясын жобалау кезінде профилактикалық шаралар ретінде агрессивті әрекетіне және мысалы С-95 минералдысуларға тұрақты арнайы маркалы болаттардан шегендеу құбырларын қолдану қарастырылған. Бірақ бұл мәселе әлі толығымен шешілмеген. Францияда коррозияны алдын-ала ескеру үшін құбыраралық кеңістікті цементтеу және оның ішкі бөлігін футерлеу арқылы шыныталшығынан шегендеу құбырларын қолданады.цементтік тастың шыныталшығынан жасалған құбырлармен және әсіресе оның құмды бетімен жабысу күші (МПа) болат құбырларға қарағанда жоғары болып келеді.

10.1 кесте.

Геотерма жағдайларында шегендеу құбырларын түсіру тереңдігі [5]

* – аралық бағана; ** – пайдалану бағанасы; *** – шыныталшығынан құбырлар

Болаттан ______________________3 5

Шыныталшығынан ______________4 10,5

Құмды бетімен _________ ________6 15,5

Шыныталшығынан жасалған құбырлардың сыртқы диаметрі 177,8 мм, ал ішкі – 152,4 мм тең. Олардың ішкі футерленуі жылутасымалдағыштан таужыныстарға жылу беруін төмендету үшін қолданылады.

Ұңғыманың конструкциясы, әдетте, 3-тен 5 құбырлар бағанасынан (бағытталған, кондуктор, бір-екі аралық, пайдалану бағанасы, кейде «артқы ілмек») құралады, бұл күрделік белдемдерін жабу (опырылымдар, жұтылу белдемдері) және ұңғыма оқпаны бойынша жылутасымалдағыш циркуляциясы кезінде қоршаған таужыныстар жылуының шығындалуын алдын алу қажеттілігімен түсіндіріледі. ТМД бірқатар геотермалды кенорындарда ұңғымалардың типтік конструкциялары 10.1 суретте берілген.