Жылумен әсер етудің мақсаты мен түрлері

Ғылыми-техникалық әдебиеттерге шолу жасау нәтижесінде кен орындарындағы ұңғымаларда мұнай өндіруді арттыру әдістері толығымен қарастырылып, талданды.

Мұнай өндіру ұңғымаларын бу жылуымен өңдеу мұнай өндіруді жеделдету мен мұнай бергіштікті арттырудың тиімді әдісі болып табылады. Ол ескі мұнай кен орындарында да, жаңадан ашылған кен орындарда да табысты қолданыла алады.

Бу жылуымен өңдеуді жүзеге асыру көп шығынды керек етпейді және қысқа мерзім ішінде жақсы өнім береді. Әсіресе, тұтқырлығы жоғары мұнай кен орындарында бұл әдісті қолдану жақсы нәтижеге қол жеткізуде, ал басқа тәсілдер бұл тұста тиімсіз болып саналады. Мұнай өндіруде күрделі жағдай туғызатын көптеген кен орындарында көлденең бағытталған ұңғыма бұрғылау және физика-химиялық әсер ету арқылы бу жылуымен өңдеу осы кен орындарын игерудің бірден-бір қолайлы әдісі болып табылады. Мұнай қабатына су буымен әсер ету арқылы мұнай алу механизмі көптеген еңбектерде қарастырылған [10, 11].

Жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, мұндай жағдайда мұнай бергіштікті арттыруға бірнеше термодинамикалық факторлар: мұнай тұтқырлығының төмендеуі, қабат сұйықтарының температуралық ұлғаюы, ағымды бөгейтін жіңішке өзекшелер арқылы ылғалдандыруды (булауды) жетілдіру әсерінің нәтижесінде қол жетеді. Бұлардың бәрі бу жылуымен өңдеу үрдісіне тән. Бұдан басқа, бу жылуымен өңдеу кезінде тек осы үрдіске ғана тән және ұңғымаға мұнай құйылуын ұлғайтуға негізделген қосымша фактор пайда болады.

Мұнай қабатын бу жылуымен өңдеуді жүргізу кезінде әдетте ылғалды су буын айдайды. Оның сапасы бу фазасы массасының жалпы ылғал бу массасына қатынасын көрсететін құрғақтық дәрежесімен сипатталады. Ұңғыма оқпаны бойымен қозғалу кезінде айналадағы жыныстарға жылу жоғалту әсерінен будың бір бөлігі конденсацияланады, нәтижесінде құрғақтық деңгейі өзгереді, және бастапқы кезде ұңғыманы қоршаған тау жыныстары мен бу температуралары арасындағы айырмашылық өте үлкен болғандықтан будың сапасы тез өзгереді. Бұдан кейін қоршаған жыныстың қызуымен жылу алмасу үрдісі реттеледі және ұңғыма түбінде айдалған будың кұрғақтық дәрежесі уақыт өткен сайын тез өзгере береді. Ұңғыма оқпаны бойымен мұнайдың қозғалуы кезіндегі оның параметрлерін (құрғақтық дәрежесі, температура, қысым) есептеп бағалауының әдістері әдебиеттерде келтірілген [2].

Бұл әдістер тұтқырлығы жоғары және Ньютондық емес мұнайларды өндіру үшін тиімді болады. Бірақта мұнай құрамының тұтқыр болуының есебінен өндірістік игеруде тек қана жылумен әсер ету әдістері қолданылатын кен орындары да кездеседі.

Қабатта будың қозғалуы кезінде коллектор жыныстарымен және қабатты қоршаған (жоғары және төмен жатқан) жыныстармен жылу алмасуы әсерінен одан әрі конденсациясы жалғасады. Нәтижесінде айдау ұңғымасының түбіндегі будың құрғақтық дәрежесі қабат тереңдігін бойлап қозғалған сайын бірте-бірте нөлге дейін төмендейді. Осылайша, жер қабаттарында үш түрлі температуралық аймақ пайда болады: бу, ыстық сұйық және бастапқы қабат температурасы.

Егер, қабаттың температурасы қабат жағдайындағы парафиннің кристалдану температурасына тең немесе жақын болса, онда мұнайды салқын сумен ығыстырып шығару нәтижесінде қабат температурасы төмендейді немесе парафиннің қатуының нәтижесінде қабаттың біртектілігі бұзылады. Айдалған салқын су өткізгіш қабаттармен жылдам өтіп төменгі және жоғарғы бөліктерінде орналасқан қабаттарды салқындатудың көзі болып табылады. Салқындаудың нәтижесі мұнайдың қоюлануына және еріген парафиндердің қатты фазаға ауысуына немесе қабаттарда орналасқан мұнай қорын консервациялауға әкеліп соғуы мүмкін. Бұл жағдайда қабатқа ыстық су немесе пар айдау тиімді, себебі ол өткізгіш қабаттарға жақсы сіңіп төменгі және жоғарғы қабатшаларды жылытады. Осының нәтижесінде мұнайдың тұтқырлығы төмендеп мұнай қорын толық игеруге мүмкіндік болады.

Қабатқа жылумен әсер ету әдістері қабаттың мұнай бергіштігін жоғарылату әдістері сияқты тиімді әдіс болып саналады және тұтқырлығы жоғары немесе битумды мұнайларды өндіруде қолданылатын жалғыз әдіс болып саналмайды.

Жылумен әсер ету әдістері келесі негізгі түрлерге бөлінеді:

- Қабатқа ыстық жылу тасығыштарды айдау (су немесе бу);

- Қабат ішінде жылжымалы жануды қолдану;

- Қабаттың түп аймағын циклды жылумен өңдеу;

Алғашқы екі технологиялық процес қабатқа әсер ету әдістеріне жататын болса, ал үшінші әдіс қабаттың түп аймағына әсер ету әдісіне жатады [1].

Ортада техникалық мүмкіндігі жоғары жылу тасығыштар - су және бу. Бұл олардың масса бірлігіне есептегенде жылу сақтағыштығы жоғары болуымен түсіндіріледі. Негізінде будың жылуы ыстық суға қарағанда жоғары болады, бірақта қысымды жоғарылатсақ олар бір-біріне жақындайды. Айдау қысымын жоғарылату нәтижесінде тек қабатқа енгізілетін жылуын ғана есептесек сумен салыстырғанда будың артықшылығы кемиді. Бұл жерде будың терең емес ұңғымаға айдау кезінде ғана тиімділігі жоғары болатындығын көрсетеді, себебі терең емес ұңғымаға үлкен қысыммен айдау керек емес. Төменгі қысымда бірлік көлемдегі будың жылу сақтағыштығы сумен салыстырғанда төмен болатындығын ескеру керек. Бірақта, бу айдау кезінде (будың тұтқырлығы төмен болғанда) айдау ұңғымасының тұтымдылығы су айдаумен салыстырғанда жоғары болады.

Ыстық су құбыр бойымен қозғалғанда немесе қабатта қозғалғанда оның температурасы төмендей бастайды. Ал будың қозғалысында температураның төмендеуі болмайды, себебі бу күйінде жылу сыртқа кетпейді және оның құрғақтығы сақталады. Жылумен әсер ету процесі құбыр желісінде, ұңғымада және қабатты жылыту нәтижесінде жылудың жоғалуы мен байланысты. Бу генераторларын қолданудың пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК) шамамен 80%-ға тең болады. Әрбір 100 м құбырда беттік жылу өткізгіштікте жылу жоғалту шамамен 0,35 пен 3,5 млн.кДж/тәулік аралығында бағаланады. Бұл дегеніміз салыстырмалы түрде қазіргі уақыттағы бу генераторларының жылу бөлгіштігінің аз бөлігі ғана, ол дегеніміз 250÷650 млн. кДж/тәулік тең.

Сорапты компрессорлық құбырдың әрбір 100 м ұзындығына шаққанда ұңғымадағы жылу шығыны шамамен 1,7 млн.кДж/тәулік болады. Жылу шығынын азайту үшін сақиналы кеңістікті газбен толтырады (газдың жылу өткізгіштігі сумен салыстырғанда төмен болады). Есептеулер көрсеткендей, жылу шығынын азайту үшін қолданылған іс-шаралардың нәтижесінде ұңғымаға ыстық су айдауда әрбір 100 метр құбырға шаққанда, жалпы жылу шығынын 2÷3% -ға дейін төмендетуге болады, ал бу айдауда 3÷5 %-ға дейін төмендетуге болады. Жылумен әсер етуде қабаттың жату тереңдігі ұңғыма бағанындағы жылудың жоғалуын шектейді, ең жоғарғы қарқындылықпен жылу тасығыштар айдау кезінде су үшін 1000÷1200 м, ал бу үшін 700÷1000 м.

Айдау қарқындылығын жоғарылату нәтижесінде қабатқа айдалатын жалпы жылу көлемінің белгілі мөлшерінің жоғалуы азаяды. Қабатқа жылумен әсер етудің тиімділігі қабат жылуының жалпы көлемінің Q_п, енгізілген жалпы жылу көлеміне Q_в қатынасымен анықталады. Бұл қатынас жылуды қолдану коэффициенті деп аталады. Қабаттың табаны мен жабынындағы жылудың жоғалуы жылумен қамтитын су айдау мен қабат ауданының көбеюі нәтижесінде ұлғаяды.

Қабат қалыңдығы аз болса, онда қабат табанымен жабынына кететін жылу шығыны артады, ал жылуды қолдану коэффициенті азаяды. Жылу шығынының жоғалуын бағалау көрсеткендей белгілі бір уақыт өткеннен кейін шығын - енгізілген жылу көлеміне тең болады және жылуды қолдану коэффициенті нольге айналады (5.9-сурет).

Нақты жылу шығынының жоғалуын бағалау көрсеткендей, χ =0,003 м²/сағ, қалыңдығы h =5м қабатқа жылу айдағанда 86,8 тәуліктен кейін жылу шығыны 42%-ға тең болады. Айтылып отырған интегралдық шығындар қабат бойынша жылу тасу кезінде ешқандай (радиальдық және сызықтық) геометрияға тәуелді емес. Сол сияқты қабатқа жылу тасығыштарды енгізу ең жоғарғы мәнге ие болуы керек, соның нәтижесінде жылуды қолдану коэффициенті артады.

Қабатта жылудың берілуі конвективті (ыстық су мен будың ағыны арқылы) және диффузиялы (тұтқыр ортаның жылу өткізгіштігі есебінен) әдістері арқылы жүзеге асады. Қорытындысында қабатта жылу тасығыштың бағыты бойынша температуралық шеп түзіледі.

6.9-сурет. Жылуды қолдану коэффициентінің өлшемсіз уақытқа тәуелділігі (Рубейнштейн бойынша):

- қоршаған жыныстың температура өткізгіштік коэффициенті, м²/сағат; t - жылу тасығыштарды айдау уақыты, сағат; h – қабат қалыңдығы, метр.

Бірақта, қабатта жылу тасымалдағыштың қозғалысы (жылу шебінің қозғалысы және массалық ауысу) жылу тасығыштың сүзілуі болатын қабаттың өзін ғана емес, сонымен қатар қоршаған ортаны қыздыруға кететін жылу шығыны есебінен әртүрлі жылдамдықпен өтеді.

Қабатқа ыстық су айдау кезінде екі аймақ пайда болады: температура төмендейтін және бастапқы қабаттық температурада қалған жылу әсерімен қамтылмаған аймақ.

Қабатқа бу айдау кезінде үш аймақ пайда болады: 1) температурасы осы аймақтың қысымына тәуелді болатын, буға қаныққан, температурасы шамамен бірдей болатын аймақ; 2) буға қаныққан температураға байланысты қабат температурасына дейін төмендейтін ыстық конденсат аймағы; 3) қабат температурасы жылу әсерімен қамтылмаған аймақ.

Қабатты және қоршаған ортаны қыздыруға кететін жылу шығынының көлемі қабат қалыңдығы аз болған сайын арта түседі.

Аталып өткен әрбір факторлардың орны қабаттың температуралық жағдайына және мұнайдың физика-химиялық қасиетіне (тығыздық, тұтқырлық, жеңіл компоненттердің санына және т.б.) байланысты болады.

Осыдан бөлек практика жүзінде ыстық су айдағанда су айдау ұңғыма-ларының тұтымдылығының жоғарылауы және тұрақты болуы байқалған. Бірақта, бу айдау кезінде тұтқыр ортаның саз балшықты компоненттеріне конденсатпен әсер ету нәтижесінде саз балшықтың ісінуі байқалып, тұтымдылықтың төмендеуі байқалған.

Бақылау сұрақтары:

1. Жылумен әсер ету қандай кен орындарында қолданған тиімді?

2. Қабатқа жылумен әсер етудің негізгі әдістері қандай?

3. Нақты жылу шығынының жоғалуын қалай бағалауға болады?