Игеру процесін реттеу 4 страница
Мұнайды 200-2500С дейін қыздырған кезде оның тұтқырлығы 500-1000 – нан 5-20мПа*с дейін төмендеуі мүмкін.
Тәжірибеде тұтқырлығы жоғары мұнайы бар қабаттарға жасанды жылулық әсер етудің түрлі тәсілдері қолданылады – қабатішілік жану (құрғақ және ылғал), мұнайды бумен, ыстық сумен ығыстыру және ұңғымаларды бумен пароциклді өңдеу.
16. Қабатты іштен тура жандыру.
Қабатты іштен жандыру және қабатқа жылутасығыштарды айдаумен байланысты МКОИ-дің жылулық әдістеріне іргелі зерттеулер жүргізіліп және инженерлік шешімдер алынды. Осы жылдары барлық әлемде жер қойнауынан мұнайды шығарудың физикалық-химиялық әдістерінің дамуына, әсіресе – мұнайды көмірсутектердің ерітіндісімен, көміртегінің қос тотығымен (СО2), полимерлі және мицелярлы-полимерлі ерітінділермен, беттік әрекетті заттармен (ПАВ) әсер ету әдістерінің дамуына көп көңіл бөлінді.
17. Көміртегінің қос тотығымен мұнайды ығыстырудың механизмі.
Мұнаймен араласатын еріткіштер ретінде, мұнай беруді арттыру үшін көмірқышқылын, CO2 газды, азотты, не болмаса көміроттегі қосындыларын пайдаланады. Осындай суландырудың кейбір түрлері ΧΧ ғасырдың 50-жылдарынан қолданып келеді.
Мұнайды оттегінің қос тотығы және карбонаттырылған сумен қысып шығару.Қабатқа CO2 айдау – мұнайбергіштікті арттырудың ең нәтижелі тәсілдерінің бірі саналады. Оттегінің қос тотығы көмір-оттегі еріткіштеріндей арзан және мұнай шығаруда өте жоғары пайызды қамтамасыз етеді.
Бастапқы CO2 мұнаймен араласпайды. Демек, шикі мұнаймен коллекторда кездескенде ол мұнайдан кейбір көмір-оттық қосынды компонеттерін бөліп алып, сонымен өзі мұнайда еритін болып шығады. Мұнайды CO2-мен араластырғанда дәл газлифтідегідей құбылысқа жолығамыз. Бұл құбылыста мұнайдың сұйықталуы, оңайырақ жылжуы байқалады.
Демек, CO2-ні қолдану принципі сұйықтықтардың тұтқырлығы қабаттағы жағдайларда еріп таралған көмір-қышқыл газдың мөлшеріне тәуелдігімен негізделген. Мысалы, CO2 еріп тарауы мұның тұтқырлығын 10÷500% шектерде төмендетсе, қысым мен температураны да төмендетеді. Бұл жағдайда 50%-ға дейін еріп таралған газы бар мұнайдың көлемдік коэффициенті өседі.
Мұнай көлемінің көбеюі мұнаймен толған кеуектер көлемінің ұлғайуына әсер етеді, мұнайдың жылжуына ыңғайлы жағдай жасайды. Тұтқырлықты төмендету мұнайдың жылжымалығын асырады. Осымен байланысты мұнай беру коэффициентін белгіленген деңгейіне жету үшін айдалатын фазаның шығын көлемін азайтады. Жүйеде CO2 мұнай мен су шекарасының беттік керілу күшін төмендетеді.
8.9-сурет. Қабатқа CO2 айдау сұлбасы: 1- қалдық мұнайы бар аймақ; 2- мұнайдың жылжымалы шебі; 3- CO2 және судың аймағы ; 4 - судың қысып шығарушы ағысы
Келтірілген факторлардың бірлескен әсері әдістің жоғары нәтижелігін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар CO2-ні айдау әдісінің елеулі бір кемшілігі бар. Газдың су ерітіндісі тұрақтылығы аз қышқыл болып саналады, жылжымалығы қабаттағы жағдайлардағы мұнайдікінен шамамен, 10 есе көп, сондықтан айдағыш зат (агент) ертерек мезгілсіз бұзып-жарып өтеді. Бұл көбінесе,айдау шебіндегі тұтқырлықтың тұрақсыздығымен байланысты.
CO2 газбен мұнайды айдаудың нәтижелігі, қамту әсері, коэффициентінің арттыруы мен айдау арқылы алдын ала анықталады. Аудан мен көлемді қамту әсері коэффициентінің жоғарылауы кеуектік-капиллярлық сіңуін түзеп жақсартумен және мұнаймен судың жылжымалығын біркелкілеу әсерлерімен байланысты. CO2 мұнай мен суда жақсы еритін қабілетті, мұнай қабықшаларының (пленкаларының) тау жынысы бетінен жұлынуына, жуылуына әсерін тигізеді. Кеуекті ортаның суды жұқтырғыштығы ұлғаяды, ал бұл кеуектер-капиллярлар орталықтарының суды сіңіріп, мұнайға шылыққандарына себеп болып, ақырында айдалып шығарылған мұнай көлемі артады.
Мұнай құрамына, қысымына, температурасына байланысты CO2-нің мұнайда еруі шектеулі немесе шексіздікке жақындайды.
Кездесетін табиғи мұнайларда CO2 газдың еру көлемдерімен өлшегенде мұнайдың бір аумағында газдың жүздеген аумағы еріп тарауы мүмкін. Демек, басқа жағдайларда айырмашылықтар болмаған кезінде, CO2 газы көміроттегілері артығырақ С3-С7 қатарының мұнайларында жақсырақ ериді. Мұнайлардағы шайырлер мен асфальтендердің жоғары мөлшері, керісінше,газдың еріп таралуын едәуір қиындатады. Осы себептен CO2-нің мұнайда шексіз еруіне жетуі іс жүзінде мүмкін емес. Кейбір коллекторларда диоксидті мұнаймен араластырмаған жөн болғанымен, сонда да CO2 -ні бұл жерде де қосымша мұнай шығару үшін қолдануға болады. Коллекторда газ керіле береді де, сонымен мұнайдың тұтқырлығын төмендетіп, оның жылжымалдығын жақсартады.
Мұнайдың қысымы мен құрамы тұрақты болғанда температураның көтерілгені CO2 газдың еруін азайтады. Ал мұнайдың температурасы мен құрамы тұрақты болғанда, қысымның көтерілуі CO2 газдың көбірек еруіне себепші болады.
Көміртегінің диоксиді шамамен суда жақсы ериді. Бірақ бұл шамалы шектеулі үрдіс. Бұған: қысым, температура және минералданудың дәрежелері әсер етеді. Сонымен, минералдану мен температура тұрақты болғанда, қысымның көтерілуі CO2 газдың суда еруін көбейтеді. Минералдану мен қысымдық тұрақты болғанда температураның жоғарылауы үрдісті бірнеше жақты сипаттамаға келтіреді. Температура мен қысым тұрақты болғанда, минералданудың өсуі CO2 газдың суда еруін азайтады. Нақтылы жағдайларға байланысты көміртегі диоксидінің суда ерітіндісі 20%-ға дейін жетуі мүмкін (8.7, 8.8-суреттер).
8.10-сурет. Суда CO2 ерігіштігінің изотермалары
Көміртегі диоксидісінің су ерітіндісі және жыныстар карбонаттары араларында реакция жүріп, карбонаттарды ерітеді, сондықтан коллектордың өтгізгіштігі артады және айдаушы ұңғымалардың сіңіргіш қабілеті жоғарылайды. Ендеше мұнайдың құрамына, қысымына, қысымның жоғарылау дәрежесіне және температуратураға байланысты, ерілген CO2-нің мөлшері асқандағы тұтқырлықты CO2-нің жоқ кезіндегі тұтқырлықпен салыстырғанда мәні 2-150 есеге дейін төмендейді, яғни,тұтқырлықтары шамалы мұнайлармен салыстырғанда неғұрлым тұтқырлы мұнайлар үшін жоғарғы дәрежеде төмендейді.
CO2 ерітіндісі араласқан мұнайдың ең алғашқы құрамы және температурасы тұрақты болғанда қысымдық көбейген сайын тұтқырлығы төмендейді. Бұл жағдай мұнайда ерітілген көміртегі диоксидісінің мөлшері ауысуымен байланысты.
Мұнайдың құрамы мен қысымы тұрақты болғанда, температура көтерілген сайын CO2 ертіндісі бар мұнайдың тұтқырлығы аз төмендейді. Бұл мұнайға араласатын CO2 беруінің төмендеуімен байланысты. CO2 ерітілгенде мұнай тұтқырлығының төмендеу механизмін білу технологиялық көміртегі диоксидін пайдаланып, мұнайды айдау үрдістерінің көрсеткіштерінің жобалау үшін қажет.
8.11-сурет. 20°С температурасында CO2 ің NaCl және CACl2 -дың су ерітінділерінде ерігіштігі
Көмірсутегі диоксиді суда ерігенде, оның қоюлығының ауысуына байланысты ерітіндінің де тұтқырлығы өсе бастайды. Суда CO2 ерігенде су тұтқырлығының өзгеруіне қысым, температура және судың минералдануы әсер етеді. Сонда олардың әсерлері CO2 еруіне қандай тисе, судың тұтқырлығын да сондай әсерлермен өзгертеді. Температура тұрақты болғанда CO2-нің ерігіштігі қысым көбейген сайын өседі, ал қысым тұрақты болғанда температураға да байланысты өзгереді.
Минералдану ұлғайған сайын CO2 -нің суды ерігіштігі төмендейді. Бұл кезде ерітіндіде CO2-нің керекті қоюлығын ұстауымен қатар қысым өседі. Коптеген зерттеулердің көрсеткені–ерігіш CO2-нің суда көбеюіне байланысты минералданған судың тұтқырлығы шамамен, 20%-ға дейін өседі. (8.9, 8.10-суреттер).
Қанығу қысымы тұрақты кезінде қоюлығының асуымен қатар мұнайдың тығыздығы өседі. Қысымды қаныққандық қысымынан асқанда да мұнай тығыздығының өсуіне әсер етеді. Температура өскен сайын мұнай тығыздығы төмендейді.
8.12-сурет. CO2 -нің ерітілген мөлшерінен мұнайдың тұтқырлығының өзгеруі
Қысымдық, мұнай құрамы газ бен мұнай көлемдерінің бір-біріне қатынастығы және температура – бұлардың CO2 араласқан мұнай тығыздығына тигізетін әсерлері осы келтірілген факторларын CO2-нің мұнайда ерігіштігіне тигізетін әсерлеріндей болады.
8.13-сурет. CO2 -нің ерітілген мөлшерінен 20°С-та судың тұтқырлығының өзгеруі
CO2 суда ерігенде судың тығыздығы аздап қана өседі. Қысым шылыққандық қысымынан жоғары болғанда судың тығыздығы ерітілген газдың құрамына және аздап мөлшеріне тәуелді келеді.
CO2 суда ерігенде көмір қышқылы пайда болады. Көмір қышқылының карбонатты тау жыныстарының (доломиттер, песчаниктер, карбонатталған цементтермен) арақатынасты болуы кеуектендіруді, өткізгіштікті жыныстардың біркелкілік дәрежелерін көтереді.
Жоғарыда қарастырылған мұнай тұтқырлығының төмендеу және CO2 ерігенде көлемінің өсу механизмдері мұнай фазасының жылжымалығын жоғарылатады, мұнайды осымен айдау жеңілдейді. Және қосымша, мұнаймен судың CO2-ге жанғанда фазалық өту көрсеткіштері ұлғаяды. Мұнай мен су сұйықтарының CO2-мен тоғысқандағы мұнай тұтқырлығының төмендеуі және су тұтқырлығының жоғарылауы, сонымен осы параметрлердің бір-бірімен салыстырмалы көрсеткіштерінің қолайлы керекті жаққа өзгеруі мұнайды айдауға позитивтік жағдай жасайды. Сонымен, көміртегінің диоксиді мұнай, су және кеуектілі фаза мен өзара қатынасқанда, соңғы үшеуінің физикалық-химиялық қасиеттерін өзгертеді. Тәсілдің техникасымен технологиясын анықтайтын негізгі факторларға: бірінші- бұл CO2 газдың қандай жағдайда болуы: екінші – үрдісті қауіпсіз жүргізу шартын орындау жатады. Қабаттың мұнайбергіштігін арттыру үшін:
- жиектеу немесе сумен алмасқан сұйық CO2 -ні жіктеу;
- газ түріндегі CO2-ні жіктеу;
- карбонатталған суды жіктеу сияқты айдаулардың мүмкіндіктері бар.
Қабатта сұйық CO2-ні жіктеуін тудыруды көздеу технологиясын таңдау, негізінде қабаттық қысыммен, температурасымен және мұнай қанығумен анықталады. Қабатта CO2 -ні сұйық түрінде болуын қамтамасыз ету үшін, қабаттың қысымы 4-6 МПа, мұнаймен қаңыққандығы 30-40% болғанда температурасы 31°С-тан аспауы тиіс. Мұнай қабаттарының басым көбінде қабаттық температуралар CO2-ні сынды температурасынан астам болып кездеседі.
Келтірілген шектеулер мына тұжырымды жасауға мүмкіндік береді: қабатта CO2-ні газ түріндегі жіктеуін жасауы көздеген технологияны пайдалану жақсырақ деп танылады. CO2-ні газ түрінде айдауда технологиялық сұрақтар ең қиын саналуының себебі – бұл мұнай қабаты көміртегінің диоксиді мұнайда еритін қысымын тудыруы.
Карбонатталған судың қабатқа айдалуы сұйық және газ түріндегі қышқылдарды айдаумен салыстырғанда технологиялық жағынан, CO2-ні суда жақсы ерігіштігіне байланысты, аса қиын емес. Іс жүзінде карбонатталған суда 3-5% CO2-ні қосынды болуы тиіс.
Көміртегі қышқылын айдау технологиялық сұлбасы қолданылып жатқан жалпы кәсіпшілікте орналасудағы сұлбаны және сондай-ақ қазіргі іске араласып жатқан суландыру жүйелерін қолдануына негіздеді. Сонымен CO2-ні ұңғымаларға жеткізу үшін істеп тұрған айдайтын суландыру өткізгіштер жүйелерін пайдалануға болады немесе жана құбыр өткізгіштер тізбектерін салу қажет.
Көміртегі қышқылын айдау сұлбасын тандап алу әр кезде қолдануында байланысты техникалық-экономикалық салыстыру нәтижелерін негіздеумен шешіледі. CO2-ні айдау үздіксіз емес мезгілін – ескергенді бірінші технологиялық сұлбаны қолдану ұтымды жағынан орындырақ болады. Екінші технологиялық сұлба қабат және метал шығыны көбірек болғанымен – бұл сұлба тәсілді іске асырғанда ен жоғары қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
CO2-ні қабатқа айдау жиектеулі жағдайларына тәуелді. Жиектеудің өлшемі мен көрінісі технологиялық сұлбадан кенді игеру жобасымен анықталады. Қабатқа CO2-ні сорғы – компрессорлық құбырлар арқылы айдалады. Игеру бағаналарын тотығудан және CO2-ні айдағандағы жоғары қысымдардан сақтандыру үшін, айдағыш ұңғымаларды пакеттейтін құрылғыларды орнатылады.
Ұңғыманың аузын қабатқа айдау үрдісін қадағалап тексеретін қажетті өлшегіш аспаптары бар типтік арматурамен жабдықтайды.
Көміртегі қышқылын айдау үшін арнаулы қышқылдарға төзімді, алыстан басқарылатын және автоматты сақтау сорғылар пайдаланылады. Сорғы стансаның барлық технологиялық құбырлары қысымдарға 1:4-ке дейін беріктік коэффициентімен есептелу тиіс.
Мұнайбергіштікті арттыру әдістері – ол алынатың қорларды толық алу мақсатымен қысып шығару және әсермен қамту коэффициенттерін жоғарылату жолымен қабатқа көлемді әсер тигізу. Жететіндей ұзақ уақытта әрекеттегі ұңғымалар бойынша мұнай және сұйықтықтарды алудың жоғарылауы олардың өнімінің сулануының төмендеу бұндай әдістердің байқалған нәтижесі болып табылады.
Осы кездегі қабылданған сыныптамаға сәйкес, мұнайбергіштікті арттырудың қосымша әдістерінің үшінші сатысы: физика-химиялық, физикалық, жылу, газды және биотехнологиялық болып бес топқа бөлінеді. Осы топтардың әрқайсысы сілемге әсер ету механизмімен және сипатымен жақын бірнеше технологияларды біріктіреді. Олардың бірі – эксперименттер кезеңінде, басқалары – тәжірибелік өндірістің сынамалар қезеңінде, үшіншілері – тәжірибеде кең қолданыс тауып отыр.
Қабаттардың мұнайбергіштігін арттыратын (МАӘ) болашағы мол әдістер: қабатқа химия ерітінділерін айдау, мұнаймен араласатың ерітінділерді (газдар) айдау және жылу әдістерімен өндіру болып үш категорияға бөлінеді. Жалпы әдістердің ішінде экономикалық ақталған болып:
-қабатқа бетті белсенді заттектердің (ББЗ) ерітінділерін айдау;
-полимер ерітінділерімен қабаттан мұнайды қысып шығару;
-сілті ерітінділерімен мұнайды қысып және қайталап қысып шығару;
-көміртегі қос тотығымен мұнайды қысып шығару;
-өте қыздырылған буды айдау;
-қабат ішінде жану сияқты алты әртүрлі технологиялар саналады .
Осы болашағы бар, экономикалық ақталған әдістерін (МАӘ), олардың әсерінің механизмін және технологиялық ерекшеліктерін тереңірек қарастырайық.
18. Полимерлі ерітіндімен мұнайды ығыстырудың механизмі.
Полимерлі ерітіндінің құрылымын бұзатын тұз мөлшері көп біртекті қабаттарға полимерлер айдаудан көп нәтиже күтуге болмайды. Себебі әдіс қымбат болып табылатындықтан оның қолданылуының экономикалық тиімділігі тек мұнайдың жоғары бағаларында мүмкін болады.
Болашақта полимерлі су айдаудың қолданылуы суда – еритін полимерлер, әсіресе тұзға тұрақты полимерлер өндірісінің көлемімен анықталады. Қабаттардың мұнайбергіштігін арттыру үшін полимерлерге қажеттілік мөлшері ондаған мың тоннаға жетеді. Полимерлі су айдаудың болашағы көбінесе басқа МУНОП (сілтілік су айдау, мұнайды бумен, ыстық сумен, ББҚ, СО2 – мен ығыстыру) үйлескен полимерлер бағасына тәуелді болады, ол ең жақсы тиімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді.
19. Полимерлі су айдаудың қолданылу критерийі
Мұнайды ығыстырушы судың тұтқырлығына, мұнай мен судың тұтқырлықтарының қатынастарына әртекті қабаттарды су айдаумен қамту тәуелді.
Полимерлі су айдауда суда төмен концентрацияларда судың тұтқырлығын арттыруға, оның қозғалысын төмендетуге және осының әсерінен қабаттарды су айдаумен қамтуды арттыруға қабілеті жоғары молекулалы химиялық реагент – полимер (полиакриламид) ериді. Полимерлер концентрациясы 0,01 болған кезде – оның тұтқырлығы 3-4 мПа * с дейін артады. Бұл қабаттағы мұнай мен су қатынасының дәл осылай азаюына және судың жарылу жағдайларының азаюына алып келеді.
Полимерлі ерітінділерді айдау үшін кәдімгі су айдауға қарағанда жоғары қысым талап етіледі, ол игерудің қажетті немесе ұқсас қарқындарын қамтамасыз етеді.
Осы себептен полимерлі су айдау өткізгіштігі нашар қабаттарда техникалық орындалмауы мүмкін. Бірақ, полимерлі су айдау үшін ұңғыманың тек нұсқаішілік тығыз сеткаларын қолдануға болады.
Полимер ретінде полиакриламид (ПАА) қолданылады. ПАА гель, қатты түйірлер және ұнтақтар түрінде шығарылады. Әдетте суда ПАА – ң келесі концентрациясын қолданады: гель бойынша 1-5%, қатты гель (түйірлер немесе ұнтақ түрінде) бойынша 0,08-0,4%. ПАА сорбциясы жоғары болғандықтан оның концентрациясын осы полимердің сулы ерітіндісі 
болатындай көтереді.
Қабаттардан мұнайды ығыстыру үшін ПАА сулы ерітіндісін 
кезінде қолданған дұрыс.
Мұнайды ПАА сулы ерітіндісімен ығыстыру есебін ББҚ ерітінділеріне арналған әдіс бойынша ығыстырудың сәйкес сипаттамаларын қолданып шығаруға болады.
Полимерлі су айдау қабаттардың мұнайбергіштігін арттырудың перспективалық әдістерінің бірі болып табылады. Алайда, әдістің кең қолданылуын шектейтін үлкен кемшіліктері де бар.
Әдістің негізгі кемшілігі су айдау қысымын арттырумен қалпына келмейтін түптік зоналардың тұтқырлығының күрт артуы салдарынан айдау ұңғымаларының өнімділігінің күрт төмендеуі. Сондықтан өткізгіштігі төмен (0,1 мкм2 аз) коллекторлар мен жоғары температураға (900 артық) ие терең қабаттар үшін полимерлер қолдану қазіргі уақытта мүмкін емес болып тұр. Полимерлі ерітіндінің құрылымын бұзатын тұз мөлшері көп біртекті қабаттарға полимерлер айдаудан көп нәтиже күтуге болмайды. Себебі әдіс қымбат болып табылатындықтан оның қолданылуының экономикалық тиімділігі тек мұнайдың жоғары бағаларында мүмкін болады.
Болашақта полимерлі су айдаудың қолданылуы суда – еритін полимерлер, әсіресе тұзға тұрақты полимерлер өндірісінің көлемімен анықталады. Қабаттардың мұнайбергіштігін арттыру үшін полимерлерге қажеттілік мөлшері ондаған мың тоннаға жетеді. Полимерлі су айдаудың болашағы көбінесе басқа МУНОП (сілтілік су айдау, мұнайды бумен, ыстық сумен, ББҚ, СО2 – мен ығыстыру) үйлескен полимерлер бағасына тәуелді болады, ол ең жақсы тиімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді.
МКИ физикалық – химиялық әдістерінің арасында мұнайлы қабатқа ББҚ, спирттердің, мұнай еріткіштердің, судың және ПАА сулы ерітіндісін айдау арқылы кешенді әсер ету әдісі белгілі. Ол мицеллярлы-полимерлі су айдау деп аталады.
Судың, ББҚ, көмірсутектердің және спирттің белгілі бір қатынасына жеткен кезде ерітіндіде мицелла молекулаларының физикалық – химиялық байланысқан топтары пайда болады. Мұндай ерітінді мицеллярлы деп аталады.
Құрамы мынадай мицеллярлы ерітінділер қолданылады ( %):
1. сульфаттар-6; ББҚ-1,2; изопропил спирті-1,2; керосин-51,6; су-40;
2. сульфонат-8; ББҚ-2; мұнай немесе белгілі бір сұйық көмірсутектер құрамы-30; су-60;
Мицеллярлы ерітіндінің тұтқырлығы оны құрайтын бастапқы заттардың тұтқырлығына қарағанда көп болады. Егер айдау сызығының жанында бұл ерітінді суға айналса, соңғысы тұтқырлығы төмендеу сұйықтық ретінде тұтқырлығы жоғары мицеллярлы ерітіндіні ығыстыруы тиіс.
Бұл жағдайда ерітіндіні ығыстыру коэффициенті төмендейді. Сондықтан қабат бойынша мицеллярлы ерітіндінің жиегінің қозғалысы үшін полимердің сулы ерітіндісін пайдаланады. Қабатқа осылай әсер ету мицеллярлы – полимерлі су айдау деп аталады.
20. Мұнайды көмірқышқыл газымен ығыстыру әдісінің қолданылу критериі.
Мұнаймен араласатын еріткіштер ретінде, мұнай беруді арттыру үшін көмірқышқылын, CO2 газды, азотты, не болмаса көміроттегі қосындыларын пайдаланады. Осындай суландырудың кейбір түрлері ΧΧ ғасырдың 50-жылдарынан қолданып келеді.