Артезиандық фонтандау

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 [2, 10].

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

Р_С= Р_Г+Р_ТР+ Р_У(9.1)

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 фонтандауының екі түрі бар:

- сұйықтың фонтандауы;

- артезиандық фонтандау (онда газ көпіршіктері болмайды).

Сұйықтың фонтандауы кезінде, сұйық құрамында газ көпіршіктері болады, ал газдың болуы сұйықтың жоғары көтерілуін жеңілдетеді. Бұл фонтандаудың кең тараған түрі.

Артезианды фонтандау, мұнай құрамында еріген газ болмаған жағдайда және ұңғымадағы газдалмаған сұйық бағаны гидростатикалық қысымнан жоғары болған кезде болуы мүмкін.

Артезиандық фонтандау кезінде ұңғыма түбіндегі қысым (9.1) теңдеуімен анықталады, ал сұйықтың тұрақты тығыздығына байланысты, сұйық бағанының гидростатикалық қысымы келесі өрнекпен өрнектеледі:

(9.2)

мұндағы - ұңғымадағы сұйықтың орташа тығыздығы;

Н- тігінен алғандағы ұңғыма түбімен сағасының ара қашықтығы.

Иілген ұңғымалар үшін:

мұндағы L- иілген ось бойынша ұңғыманың түбінен сағасына дейінгі

қашықтық;

- ұңғыма қисаюының орташа зениттік бұрышы.

Сұйық сорапты компрессорлық құбыр арқылы (СКҚ) жылжығанда салқындайды және оның тығыздығы аздап өзгереді. Сол себептен есептеулер кезінде орташа тығыздық қолданылады:

, (9.3)

мұндағы , - сәйкесінше, термодинамикалық жағдайдағы ұңғыма түбіндегі және сағасындағы сұйықтың тығыздығы.

Құрамында суы бар мұнай фонтандау кезінде сұйықтың тығыздығы орташа есептелінеді

(9.4)

мұндағы n – қоспа құрамындағы судың үлесі (сулану),

, - ұңғыма сағасындағы және түбіндегі мұнай мен судың

тығыздығы.

Құбырдағы сұйықтың үйкелісіне кеткен қысым шығыны келесі теңдеумен анықталады

(9.5)

мұндағы L- ұңғыма осі ішіндегі сорапты компрессорлы құбырдың (СКҚ) ұзындығы. СКҚ ішіндегі сұйықтың жылдамдығы, _ж - сұйықтың көлемдік коэффициенті арқылы және СКҚ-дағы орташа термодинамикалық шартындағы оның тығыздығы арқылы анықталады:

(9.6)

мұндағы Q_H ,Q_B –стандартты жағдайға келтірілген ұңғымадағы мұнай

мен судың өнімі;

- стандартты жағдайға келтірілген мұнай мен судың

тығыздығы;

В_н, В_в- СКҚ- дағы орташа жағдайдағы мұнай мен судың көлемдік

коэффициенті;

f - СКҚ қимасының ауданы.

Қарапайым мұнайдың тұтқырлығы оның компоненттерінің тұтқырлығына ғана қатысты емес (мұнай мен су), ол эмульсияның дисперстілігіне де байланысты. Бұл мәнді анықтау үшін Гатчик пен Сабридің теңдеулерін қолданамыз [2]:

(9.7)

мұндағы - эмульсияның динамикалық тұтқырлығы;

- сыртқы дисперсті ортаның динамикалық тұтқырлығы;

- ішкі дисперсті фаза көлемінің сыртқы дисперсті фаза

көлеміне қатынасы.

- кедергі коэффициенті ағыс режиміне қатысты. Re<1200 болғанда ағыс ламинарлы, ал Re>2500 болғанда ағыс турбулентті және 1200<Re<2500 болса онда ол ауысу аймағы болады.

Ламинарлы қозғалыс кезінде (9.8)

Турбулентті қозғалыс кезінде (9.9)

Ауыспалы аймақта (9.10)

Қабаттан ұңғымаға сұйықтың ағып келуі ағыстың жалпы теңдеуімен анықталуы мүмкін:

(9.11)

(9.12)

Қабат пен фонтанды көтергіштің бірігіп жұмыс істеуі кезінде ұңғыма түбінде, ұңғыманың берілген тереңдігіндегі сұйықтың ағысын анықтайтын фонтанды құбырлар арқылы, құбыр диаметрінде және сағадағы қарсы қысымды өткізе алатын жалпы түптік қысым орнайды. Бұл ағысты анықтау үшін (9.1) және (9.12) теңдеулердің оң жағын теңестіреміз.

(9.13)

Теңдеудің сол жақ бөлігі Q- ге тәуелді болады, Р_ТР және Р_У шығынға тәуелді болады. Үйкеліс шығыны және қарсы қысым өссе, онда Р_Г мәні сияқты Q –ге тәуелді болмайды. (9.13) теңдеудің сол жақ бөлігіне Q-дің кейбір функцияларын енгіземіз.

Сонда . (9.14)

Осы теңдеуден бір-біріне ұқсас Q-ді табамыз. Ол үшін Q-ге әртүрлі мәндерді бере отырып (9.14) теңдеудің сол бөлігін

(9.15)

деп аламыз және теңдеудің оң жақ бөлігін

(9.16)

деп алып есептейміз.

Осыдан кейін екі A(Q) және B(Q) графигін тұрғызамыз. Q мәнінің өсуінен А мәні өсуі керек, ал В мәні төмендеуі керек, 9.1-суретте көрсетілген.

A(Q) және B(Q) қисықтарының қиылысқан нүктесі қабатпен фонтанды көтергіштің біріккен жұмысының шартын анықтайды, яғни ұңғыма түптік қысымға сәйкес өнім беріп тұр.

9.1-сурет. A(Q) көтергіштің жұмысы мен және B(Q) ұңғымаға қабаттан сұйықтың ағып келуінің теңесуінің біріккен шешімі

Бақылау сұрақтары:

1. Ұңғыманың фонтандауының негізгі шарты қандай?

2. Артезиандық фонтандау дегеніміз не?

3. Құрамында суы бар мұнай фонтандаған кездегі сұйықтың орташа

тығыздығы қалай анықталады?