Ыларды пайдалану тəсілдері

Егер сұйықтың немесе қоспаның жер бетіне көтерілуі табиғи энергияның Wn (Wn = 0) есебінен болса, онда бұл тəсіл табиғи-фонтанды деп атаймыз.

Егер ұңғы сағасындағы қысым қанығу қысымынан үлкен болса (Pc > Pk), онда көтергіште еркін газ болмайды, ал сұйық жер бетіне өзінің потенциал энергиясының арқасында көтеріледі.

 

3. Ұңғыны фонтанды пайдалану

Қандай да болмасын жаңадан ашылған мұнайгаз кен орнын игеру кезінде ұңғымадан мұнайды көтеруге қабат қысымы жеткілікті болады. Ұңғымамен сұйықты көтеру тек қабат энергиясының есебінен жүзеге асатын пайдалану әдісін – фонтанды әдіс деп, атаймыз. Қабат қысымы төмендеуі кезінде немесе ұңғыманың сулануы жоғарылаған жағдайда, пайдаланудың механикаландырылған әдісіне (газлифтілі немесе сорапты) ауыстырылады.

Ұңғыманың фонтандауы жаңадан ашылған, қабат қысымы жоғары, мұнай кен орнындағы ұңғымаларда болады. Ұңғымадағы түптік қысым, сұйық бағанының гидростатикалық қысымынан, үйкеліс қысымынан және сағадағы кері қысымнан үлкен болуы керек.

Кез-келген фонтанды ұңғымалардың жұмысы үшін жалпыға ортақ шарт бойынша негізгі теңдеу төмендегідей:

Р_С= Р_Г+Р_ТР+ Р_У (22.1)

мұндағы Р_С – ұңғыма түбіндегі қысым; Р_Г, Р_ТР, Р_У – ұңғымада тігінен есептелген сұйық бағанының гидростатикалық қысымы, сорапты компрессорлық құбырдағы (СКҚ) үйкеліске кеткен қысым және сәйкесінше сағадағы қарсы қысым.

Ұңғыманың фонтандауы, фонтанды көтергіш тиімді режимде болғанда ұңғыма түбіндегі сұйықты тасымалдайтын энергия, осы сұйықты көтеруге кететін энергияға тең немесе одан жоғары болған жағдайда ғана болады. Ұңғыма түбіндегі қысым есебінен сұйық жоғары көтеріледі. 1 м³ сұйықты көтеруге кететін пайдалы жұмыс, көтеру биіктігіндегі сұйықтың тудыратын салмағына тең:

(Дж) (22.2)

1 м³ тауарлы мұнайға келетін және стандартты жағдайға келтірілген жалпы газ көлемі – газ факторы деп аталады(Г₀).

Газ көлемі ұлғаяды, соның есебінен жұмыс жасайды. Сол себептен газдың ұлғаю жұмысын есептегенде Г₀ толық газ факторын емес, аз көлемдегі тиімді газ факторын Г_эф есептейміз [2, 11].

Ұңғыма түбіне келетін әр 1м³ мұнаймен бірге белгілі көлемде стандартты жағдайға келтірілген Г₀ газ келеді деп есептейік.

Изотермиялық кезде бұл газдың кеңеюінің мүмкін жұмысы келесі теңдеумен анықталады:

(Дж) (22.3)

Сонымен, ұңғыма түбіне әрбір шаршы метр мұнаймен келетін жалпы энергия саны келесіге тең болады:

; (22.4)

(22.4) теңдеуден тасымалданатын энергия көлемін анықтауға болады:

(22.5)

Ұңғыма түбінен сағасына дейін сұйықты көтеруге кететін шығын және қабаттан келетін энергия көлемі W_n = W₁ - W₂ айырмашылықтарына тең болады, яғни

(22.26

Энергия көлемі, фонтандау үшін өте қажетті және ол келесіге тең болады:

(22.7)

Осыған байланысты фонтандау келесі шарт орындалғанда да болады:

(22.8)

Сонымен , (22.9)

Яғни, қабаттан көп көлемде газ бөлінсе немесе жоғары ПӘК режимінде 1 м³ сұйықты көтеруге кететін газ бөлінсе, онда фонтандау болуы мүмкін.

А.П. Крыловтың теориялық зерттеулер нәтижесінде газдың меншікті шығынын (22.10) формула арқылы анықтайды:

(22.10)

А.П. Крыловтың зерттеулерін ескере отырып меншікті газ шығыны газ сұйықтығын көтеру режимі п.ә.к. ол мен байланысты.

= (1- ) (22.11)

Мұнда бату жағдайы

(22.12)

(22.12) және (22.9), (22.11) формулаларын теңестіреміз

(22.13)

(22.13) теңдікте А.П. Крыловтың негізгі зерттеулері көрсетілген, мұндай жағдайда газдың мұнайда ерігіштігін көрсетуге болады. (22.13) теңдікте, фонтандау шартын (22.8) қарастыра отырып, газдың нақты санын анықтау керек. Орташа қысым ретінде орташа арифметика мәнін жазуға болады.

(22.14)

Орташа бос газ саны толық газ факторы (Г_о) тәрізді анықталады және еріген газ саны ерігіштік коэффицент бойынша анықталады:

Г_ср=Г_о- (22.15)

 

 

Билет № 14

1. Ұңғыманы меңгеру.

 

Өнімді қабатты ашу үрдісі мына түрде жүргізілуі керек, қабаттың табиғи сүзілу (фильтрациялық) қасиеті сақталуы керек және қабат қысымы әсерінен үңғымадан жууышы сүйықтардың бүрқаны болатын ашық фонтандауды болдырмау керек. Жыныстың сүзілу қасиетін сақтап қалу үшін қабаттарды ашу кезінде арнайы бүрғылау ерітінділерін қолданады. Олардың фильтраты қабатқа кіре отырып, қуыстарды көмірсутектері мен қанықтыру дәрежесін төмендетпейді. Бәрінен де мұнай қабатының сүзілу қасиетін ең жақсы сақтайтын бұрғылау ерітіндерінің ішіндегі тәуірі көмірсутекті негізінде жасалған ерітінділер. Апатты жағдай туа қалған кезде, ашық фонтандаудың алдын алу үшін, арнайы саңылаусыздырылған қондырғы (превентор) арқылы атқарылады. Оларды фонтанды кны жасату кезінде үңғыманың сағасына орнатады.

Ұңғыма түбінің конструкциясын (яғни, оның барлық қабат аралығындағы белдемінде) қабаттың физикалық қасиеттері мен ұңғыманың орналасуына байланысты таңдап алады. Табан және шекті су немесе газ төмпешігінде газдар болса, ол мұнай ағынын қамтамасыз ету керек.

Газ кеніштеріндегі ұңғымалардың түбінің конструкциясында сулы қабатты жауып тастауын қамтамасыз етуі қажет.

Ұңғыма қондырғысының схемасы оны әр түрлі сұйықтармен жуу үшін 1.11- суретте көрсетілген.

Жуатын сұйық, сораппен, ұңғымалық сақиналы кеңістігіне айдалады, ал онан да тығыздау сүйық фонтанды құбыр 4 және сұйық шығатын құбыр желісі 2 арқылы бетке шығарылады. Түптегі қысым қабаттағы қысымнан төмен болған кезде қабаттан мұнай (немесе газ) ағыны келе бастайды. Кейде мұнайды саз балшықты ерітіндімен алмастыру қабаттан көмірсутек ағынын шақыруға жеткіліксіз болады. Бұл жағдайда ұңғыманы ауаланған сұйықпен (су немесе мұнай) толтырады. Оларды ауаландыру үшін сұйық шығатын құбыр сорапына компрессорды қосады, ал құбырдың өзіне аэраторды орналастырады (тесігі бар келте құбыр). Компрессор мен сораптың бірге жұмыс істеуі кезінде аэратордан кейін газданған сұйық пайда болады немесе қалыптасады, оның тығыздығы ауа шығынымен реттеліп отырылады. Қабаттың қасиетіне және геологиялық шарттарына сәйкес ағынды шақырудың әр түрлі сызба нұсқасы (схемасы) қолданылады. Егер, мысалға, қабат қатты жыныстардан қалыптасқан болса, бұл үрдісті меңгеруді үдету үшін біршама саз балшықты ерітіндісін сумен ауыстырылғанан кейін бірден аэроландырылған сұйықты айдауға көшеді. Ұңғыманы эр түрлі лас заттардан тазартқаннан кейін гидродинамикалық зерттеулер нәтижесінде белгілі бір өнімді алуға пайдалануға береді. Су айдайтын үңғыма дәл өстіп меңгеріледі. Мұнай ұңғымасының түптік аймағы саз балшық ертінділерінен тазарту үшін қабаттан сұйықты газлифтілі компрессор немесе жоғары өндіргіштік ортадан тепкіш электр сорапынан жеделдетіп айдап шығару арқылы тазартылады.

Ұңғымадан сұйықты алудың газлифтілі және сорапты әдісі туралы келесі бөлімдерде қарастырамыз.

 

2. Теңіз ұңғыларының жабдықтары

 

Теңізде бұрғылау жағдайларында жадбықтарға қойылатын негізгі талаптар. Бұрғылау жабдықтарының жалпы қабылданған және арнайы түрлері. Қалқымалы бұрғылау қондырғылары. Олардың түрлері және қолдану облысы. Технологиялық және энергетикалық жабдықтардың құрамы мен орналасуы. Кемелік және арнайы жабдықтар.

Ұңғыларды бұрғылау мақсаты болып жоғарыда бір немесе бірнеше қабаттарды қосатын каналды жасау болып табылады. Бұл канал кен орнын барлау және меңгеру кезінде кен орындарының қорын бағалау үшін және кен орындарын игеру кезеңінде көмірсутектерді өндіру үшін пайдаланылады. Кен орындарын барлау кезінде қажетті мәліметтерді жинақтаған соң жауып тасталынады. Бағалау ұңғылары ұңғыларды пайдалану кезінде өндіру ұңғысы ретінде кейін қолдану үшін уақытша жабылуы мүмкін. Кеніштерді бұрғылау кезеңінде өндіру, су айдау, газды айдау және барлау ұңғылары, сондай-ақ жоғарғы су горизонттарынан мұнайды өндіру кезінде қосымша су алу үшін қажет айдау ұңғылары бұрғыланады. Бұрғылау ұңғыларының түрлері мен саны кеніштің түрі мен оның құрылысына, қабаттағы көмірсутектердің көлеміне, кеніштердің орналасуына, қоршаған ортаны қорғау мақсатында кен орындарын игеру процесіндегі жағдайларға байланысты таңдалады. Бұрғылаудың негізгі мақсаты өнімді қабатқа дейінгі барлық қабаттардан дұрыс өту болып табылады. Көп жағдайда бұрғылау кезінде жоғарыда жатқан қабаттарды бұрғылау көп қиындықтарға толы болады.

Бұрғылау қондырғылары және олардың түрлері әртүрлі елдердегі теңіздер мен құрлықтағы бұрғылау жағдайларына байланысты жақсарыла түсуде. Қазіргі уақытта келесідей бұрғылау қондырғылары қолданылады:

—Құрлықтағы бұрғылау қондырғылары;

—теңіз платформасындағы бұрғылау қондырғылары;

—бұрғылау баржалары;

—қосымша кемелер;

—жартылай батпалы бұрғылау қондырғылары;

—өздігінен көтерілетін бұрғылау қондырғылары;

—бұрғылау кемелері.

 

3.1-сурет. Теңіздік бұрғылау негіздерінің түрлері

а – жасанды арал, б – ірі блокты негіз, в – жинақталғыш тіректі,

г – көтерілгіш тіректі, д,е – жүзбелі

 

Құрлықтағы бұрғылау қондырғылары дүниежүзінің әртүрлі аудандарында бұрғылауға қолданылады. Бұрғылау үрдісі келесі шаралардан тұрады: көтеріп-түсіру жұмыстары және ұңғыма түбіндегі қашау жұмысы. Ұңғыма қабырғасы опырылмау және мұнайлы, газды, сулы қабаттарды біріктіру үшін ұңғымаға шегендеу тізбегін түсірген кезде бұрғылау жұмыстары тоқтатылады. Ұңғыма бұрғылау үрдісімен қатар қосымша бірнеше жұмыстар атқарылады: керн алу, жуу сұйықтығын дайындау, каротаж, оқпанның қисаюын өлшеу, мұнай, газ ағынын шақыру үшін ұңғыманы игеру және т.б. қиыншылық немесе апаттық жағдайлар туындағанда қосымша жұмыстарды (апаттық) атқару қажеттілігі туындайды. Ұңғыма бұрғылау үрдісінде аталған шараларды жүзеге асыру үшін бұрғылау мұнарасы қолданылады.

Бұрғылау құбырлары тізбегінің ең жоғарғысы дөңгелек емес, квадрат (алты қырлы болуы да мүмкін). Ол жетекші бұрғылау құбыры деп аталады. Жетекші құбыр ротор арқылы өтіп, ұңғыма тереңдеген сайын төмен қарай түседі.

Ротор бұрғы мұнарасының ортасына орналасады. Бұрғылау құбырлары мен жетекші құбыр іші қуыс болып келеді. Жетекші құбырдың жоғарғы шеті вертлюгпен байланыстырылады. Вертлюг бұрғылау тізбегімен бірге айналады, ал жоғарғы бөлігі әрдайым қозғалыссыз болады.

Қозғалмайтын бөлігіндегі саңылауға майысқыш шланга жалғанады, ол арқылы ұңғыма бұрғылау үрдісінде бұрғылау сораптары көмегімен жуу сұйықтығы айдалады. Жуу сұйықтығы бұрғылау тізбегінен өтіп және қашау саңылаулары арқылы шығып, ұңғыма түбіне беріледі. Қашаудан шыққан сұйықтық ұңғыма түбін жуып, талқандалған тау жынысы бөлшектерін ұңғыма қабырғасы мен бұрғылау тізбегі арасындағы сақиналы кеңістік арқылы жоғарыға алып шығарады да жыныс бөлшектерінен тазаланып, қайтадан сораптар арқылы ұңғымаға беріледі.

Жоғарғы қозғалмайтын бөлігіне бекітілген штроп арқылы вертлюг тәл блогымен жалғанған көтергіш ілмекке ілінеді. Бұрғы мұнарасының ең шыңында бірнеше роликтен тұратын кронблок орналасқан.

Бұрғылау барысында құбырлар тізбегі ілмекке ілініп тұрады және тереңдеген сайын төмендейді. Қашау тозғаннан кейін бұрғылау құбырлары тізбегі жоғары көтеріліп, қашау алмастырылады.

Ұңғыма жер бетінен 30...600м тереңдікке бұрғыланған соң, борпылдақ жыныстарды және қабат суларын бекіту үшін ұңғымаға кондуктор түсіріледі. Кондуктор түсірілгеннен кейін шегендеу тізбегі мен ұңғыма қабырғасы арасындағы кеңістікті цементтеу жүргізіледі. Цемент ерітіндісі қатқаннан кейін бұрғылау жұмыстары қалпына келтіріледі

Ұңғымаға диаметрі алдыңғы шегендеу тізбегінің диаметрінен кіші қашау түсіріледі. Жобалық тереңдікке дейін бұрғыланған ұңғымаға шегендеу тізбегі (пайдалану тізбегі) түсіріліп, цементтеледі. Цементтеу сулы және мұнайлы қабаттарды бір-бірінен оқшаулау үшін жүргізіледі. Егер пайдалану тізбегін бұрғылау барысында айтарлықтай қиындықтар туындаса, онда кондуктордан кейін бір немесе екі аралық (техникалық) тізбек түсіріледі.

Бұрғылау баржаларына бұрғылау мұнарасының негізі ретінде түбі пайдаланылатын кемелер жатады. Бұрғылау баржалары әдетте жұмыс нүктесіне әдетте жеткізіліп, бұрғылау жұмыстарын жүргізгенге дейін балластардың көмегімен суға батырылады. Мұндай бұрғылау қондырғылары батпақты аудандар мен тайыз суларда қолданылады.

Қосымша кемелер шельф аймағында көбіне қолданылады, мысалы, Алыс Батыста немесе Венесуэлада қолданылады. Өйткені онда судың тереңдігі төмен, сондықтан да бағасы арзан кішкентай платформаларды тиімді пайдалануға болады. Платформадан бұрғылауға арналған қажетті жабдықтармен жабдықталған қосымша кемелерді платформалардың қасына якорьмен тұрғызады. Қосымша кеме ретінде баржа немесе жартылай батпалы қондырғылар қызмет ете алады. Бұрғылау біткен соң кеме келесі платформаларға қарай бағытталады.

Жартылай бұрғылау қондырғалары 60-тан 6000 м тереңдікке дейін бұрғылау жұмыстарын жүргізе алатын қалқымалы конструкциядан тұрады. Олар бір жерден екінші бұрғылау нүктесіне өздігінен винттердің көмегімен жетеді. ЖЖБҚ – ның ерекшелігі – орын ауыстыру барысында, бұрғылау нүктесіне орнату және демонтаж кезіндегі салыстырмалы жеңілдігі. Желдің, толқынның және ағыстың әсеріне қарсы тұрақты.

Қазіргі таңда буксирленетін және өздігінен жүзетін ЖЖБҚ құрастырылған. Бұрғылау барысында ұңғы үстінде бекітілу әдісі бойынша:

- якорлік;

- динамикалық позициялау;

- кермелі тіректер арқылы болып 3-ке бөлінеді.

Якорлік жүйе арқылы бекітілетін ЖЖБҚ негізден және онда орнатылған бұрғылау қондырғысынан тұрады. Платформа мен понтондарды біріктіріп тұратын тіректік бағаналар болады. Өз кезегінде олар ауыз суға, бұрғылау ерітінділерін, игерілген мұнайды және т.б. қажетті сұйықтықтарды сақтауға арналған резервуарлардың қызметін атқарады (8.1-сурет). Бұрғылау нүктесінде понтондар арнайы клапандардың көмегімен суға толтырылып, теңізге 18 -30 м тереңдікке батырлады және якорлік жүйе арқылы теңіз түбіне бекітіледі. ЖЖБҚ орнатылатын теңіз тереңдігі 300 м аспайды. Себебі теңіз тереңдігі тереңдеген сайын якорлік тростардың ұзындығы, якорлік лебедкалардың габариті және массасы жоғарылайды.

 

3.2– сурет. «Седко - 701» жартылай батпалы жүзбелі бұрғылау қондырғысы (Ұлыбритания).

 

Теңіз түбіне динамикалық позициялау жүйесі арқылы бекітілетін ЖЖБҚ жоғарыда айтылған ЖЖБҚ- дан айырмашылығы ұңғыны бұрғылау процесі кезінде қондырғыны ұңғы үстінде ұстап тұру жүйесінде. Қарастырылатын ЖЖБҚ – да (8.2 - сурет) якорлік жүйе бекітілудің динамикалық жүйесімен ауыстрылған. Динамикалық позициялау жүйесі 8 винттен, акустикалық аппараттан және есептеуіш машинадан тұрады. Теңіз түбінен берілген белгі гидрофонға келіп түседі және есептеуіш машина ЖЖБҚ – ның ұңғы сағасына қатысты орналасуын анықтайды. Егер ЖЖБҚ – ның ұңғы сағасына байланысты ығысуы байқалса, автоматты түрде сәйкесінше қозғалтқыштарға белгі беріледі және қондырғы берілген координаттар бойынша бастапқы нүктеге орнатылады (8.2,б-сурет). Якорлік жүйемен салыстырғанда мұндай жүйенің тиімділігі теңіз тереңдігінің жоғарылауымен ерекшеленеді. Сондықтан да динамикалық позициялану жүйесімен орнатылатын ЖЖБҚ 6000 м-ге дейін жететін теңіз тереңдігінде жұмыстар жүргізу үшін қолданылады.

Якорлік және динамикалық жүйе арқылы тұрақтандырылатын ЖЖБҚ тіректердің жүзбелілігінің арқасында жартылай батпалы күйде тұрады.

 

 

 

3.3. – сурет. «Мохол» жартылай батпалы жүзбелі бұрғылау қондырғысы.

а – жалпы көрініс; 1 – жанар – жағар май, жуу сұйықтығын, ауыз суын сақтауға арналған сыйымдылықтары бар бұрғылау қондырғысын орнатуға арналған негіз; 2 – бұрғылау мұнарасы; 3 – жүк көтергіш крандар; 4 – тік ұшақтарға арналған алаңдар; 5 – тіректік бағандар; 6 – понтондар; 7 - басты жүзгіш винттер; 8 – негізді тұрақтандыруға арналған винттер;

б – қондырғыны динамикалық тұрақтандыру сұлбасы; 1 – радарлық антенна; 2 – радарлық рефлектор; 3 – рефлектордың қалытқысы; 4 – қысқа толқынды белгі бөлуші; 5 – түптік гидроакустикалық қысқа толқынды белгіні қабылдығыш; 6 - қысқа толқынды гидроакустикалық белгілердің гидрофоны; 7 – ұзын акустикалық толқындарды қабылдағыш; 8 – түптік ұзын толқынды бөлуші; 9 – ұңғы сағасы; 10 – басты жүзгіш винттер; 11 – көмекші винттер; 12 – якорлік сымдар; 13 – шегендеу бағаны; 14 – якорлер (жүктер).

 

Кермелі тірек арқылы тұрақтандырылатын ЖЖБҚ бойынан жоғарыда көрсетілген кемшіліктердің бірде – бірін таба алмайсыз, сонымен қатар ЖЖБҚ- дың бұл түрі бізге таныс ЖЖБҚ – дың ішінде алдынғы қатардан орын алады. Мұндай ЖЖБҚ негізінің басты элементтері: понтондар, платформаның астында орнатылатын тіректер, бұрғылау нүктесінде теңіз түбінде орнатылатын фундамент және понтондарды фундаментпен байланыстыратын кермелер. Негізінен фундамент түптік якордің қызметін атқарады, әрі понтондарды суасты жағдайында ұстап тұрады. Әдетте кермелер ретінде екі ұшы саңылаусыз түрде жабылған құбырларды қолданады. Түптік якордің қызметін атқаратын фундаменттің конструкциясы әртүрлі болуы мүмкін: топыраққа енгізілген үлкен диаметрлі свайлар, плиталар немесе қуыс кеуделі сыйымдылықтар.

Теңіз түбіне бекітілетін жылжымалы бұрғылау қондырғыларына су түбіне тіректік понтондар немесе өздігінен жүзбейтін кемелер арқылы батырылатын негіздер жатады. Сонымен қатар жылжымалы тіректі және гравитациялық түрлері де болады.

Теңіз түбіне тіректік понтондар арқылы батырылатын негіздер – бұл бұрғылау қондырғылары орналасқан су үсті платформасынан, понтонды тіректерден және понтондар мен платформаны домкраттардың көмегімен бағандар бойымен су бетіне көтереді. Платформалардың деңгейі теңіз толқындары жетпейтіндей биіктікте орнатылады.

Батырмалы негіздердің бағандары понтондарға, сәйкесінше теңіз түбінің рельефіне перпендикуляр. Сондықтан мұндай негіздер үшін тастақты және жоғағы еңісті теңіз түптері қолайсыз болып келеді. Мұндай жағдай су тереңдігі 10 м болатын теңіздің жағалауға жақын аймақтарына тәуелді. Әдетте бұл негіздер акваториялардың 5 – 30 м, кейде 40 м тереңдігінде қолданылады.

Су түбіне өздігінен жүзбейтін кемелер арқылы батырылатын негіздер. Мұндай негіздер суы тайыз аудандарда жұмыс жүргізу үшін қолданылады. Бұл үшін қайта жабдықталған десанттық баржалар қолайлы, себебі олардың табандары тегіс, жағалауға жақын келе алады, әрі судың жағалумен беттесу аймағында бұрғылау жұмыстарын жүргізуге мүмкіндік береді. Бұрғылау нүктесіне жеткен кезде борттардағы және баржалар түбіндегі клапандар ашылып, су балластық сыйымдылықтарды толтырады, осының нәтижесінде баржалар теңіз түбіне батырылады. Бұрғылау жұмыстары аяқталысымен сыйымдылықтағы суды қайта ағызады да, баржа су бетіне қалқып шығады. Содан соң бұрғылаудың келесі нүктесіне ауыстырылуы мүмкін.

Бұндай қондырғылармен барланатын акваториялардың максималды тереңдігі баржалардың биіктігімен шектеледі. Баржа теңіз түбіне орнатылған сәтте, бұрғылау қондырғылары орнатылған платформа су деңгейінен жоғарырақ орналасуы қажет. Американдық “Лютеция” батырмалы бұрғылау қондырғысы тегіс табанды баржаға орнатылған. Бұл қондырғы су тереңдігі 6 – 7 м болатын теңіз суларында мұнайгаз барлау ұңғымаларын бұрғылауға арналған.