Фонтанды пайдалану әдісі

Жаңа кен орнын игеруге беру кезінде тәртіп бойынша ұңғыдан мұнайды көтеріп шығару үшін, қабат энергиясы жеткілікті болады. Сұйықты көтеріп шығару тек қана қабат энергиясының есебінен жүзеге асатын тәсілді – фонтанды пайдалану тәсілі деп аталады. Қабат энергиясының қысымы түсіп немесе ұңғы өнімі суланып кетуіне байланысты пайдаланудың механизацияланған тәсілдеріне көшеді: газлифттік немесе сораптық. Ұңғыны сораптық пайдалану кезінде, тереңге түсірілетін ортадан тепкіш электрлі сорап қондырғыларын (ОТЭСҚ орысша УЭЦН) және штангілі ұңғылық сораптарды (ШСС) қолданады. Фонтандау тоқтағаннан кейін өнімділігі жоғары ұңғыларды газлифтілік әдіспен немесе тереңге түсірілетін ортадан тепкіш электр сорабының және штангілі ұңғылық сораптардың көмегімен пайдаланады. Өндірілетін ұңғылар көпшілігі (60%) ШСС жабдықталған, олармен мұнайдың тек 16,1% өндіріледі. Ұңғы өнімінің орташа суланғандары 71,3% құрайды, яғни мұнайдың 1 тоннасына 2 тонна қабат суы келеді. Минералданған қабат суларын, қоршаған ортаның ластануын болдырмау мен қысымды ұстап тұру үшін қайтадан қабатқа айдайды.

Әр түрлі пайдалану әдістер кезіндегі, ұңғы тереңдігі бойынша қысымның өзгеруі

Артезианды ұңғылар

Мұндай ұңғылар қабат қысымы ұңғыдағы сұйық бағанасының гидростатикалық қысымынан жоғары болған кезде фонтандайды, яғни Pпл  pжgH мұндағы: pж – сұйықтықтың тығыздығы. Ұңғыны пайдаланудың қалыптасқан режимі кезіндегі түптік қысымы ұңғының шығымына Q байланысты, ағын теңдеуі бойынша анықтайды. Сызықты сүзілу (фильтрация) кезінде Pз = Pпл – (Q/K), мұндағы K – ұңғының өнімділік коэффициенті. Түптік қысым өнімді тасымалдау үшін қажетті оның қозғалуы мен сағадағы қысым кезінде үйкеліске кететін шығынды, сұйық бағанасының гидростатикалық қысымын компенсациялайды, яғни pз = pжgH + Рmp + Рy (1) Құбыр бойынша сұйық қозғалысы кезінде қысымның үйкеліске кететін шығыны Дарси-Вейсбах теңдеуімен есептейді.

pmp = 8 Q2pжH /2d5 мұндағы:  - гидравликалық кедергі коэффициенті, d – құбырдың ішкі диаметрі. Бұл шығындар ағыстың турбулентті және ломинар режимдері кезінде құбыр ұзындығына пропорционал болғандықтан (1 сурет).

Q2Q1 шығымдар кезіндегі қысымның, ұңғы Н тереңдігінен байланысы.

Q2Q1 шығымдар кезіндегі фонтандық ұңғы тереңдігінің қысымнан байланысты өзгеру қисықтары.

Фонтанды мұнай ұңғылары

Мұндай ұңғылардың фонтандалуы қабат қысымы ұңғыдағы сұйық бағанасының гидростатикалық қысымынан аз болған кезде де жүре береді. Бұл, мұнайда ерітілген газдың мөлшерінің көп болуының себебінен. Ұңғы өнімін сыртқа көтеріп шығарған уақытта, қысымның төмендеуімен сорапты компрессорлық құбылар тізбегінде (СКҚ) ерітілген газ бөлініп шығады және тығыздығы (Pсм  Pж) газсұйықты қоспа пайда болады. Мұнай ұңғысының фонтандау шарты:

Қысым балансының теңдеуі мына түрге келеді:

мұндағы: pсм – СКҚ тізбегінің бойындағы қоспаның орташа тығыздығы. фонтанды ұңғы тереңдігі мен қысымның өзгеру қисығы көрсетілген. Қысым қанығу қысымына Pн тең болған жерде, түптен нүктеге дейінгі бөлікте біртекті сұйық қозғалады, сондықтан қысым сызықты заң бойынша өзгереді. Pн-дан төмен қысымның төмендеуі кезінде ерітіндіден газ бөлініп шыға бастайды да, газсұйық қоспасы пайда болады. Қысым аз болған сайын (ұңғы сағасына жақындаған кезде) газ да, соғұрлым көбірек бөлінеді, ал алдында бөлініп шыққандары ұлғайады, яғни қысым градиенті мен қоспаның қозғалысы кезінде, сызықсыз заң бойынша өзгереді. Егер түптік қысым қанығу қысымынан аз болса, онда көрсетілген P = ƒ(H) байланыстылығының сызықсыздығы, ұңғының барлық тереңдігі бойынша байқалады. Үйкеліске кететін шығынның өзгеру есебінен қысымның өзгеру заңдылығы 2 суреттегіге қарағанда едәуір күрделі болады. Демек, ұңғысының бойында, қоспадағы еркін газдың мөлшері сағаға жақындаған сайын көбеймек, соған қарай қоспаның тығыздығы да өзгереді. Сондықтан, (2) және (3) формулаларда сұйық көлеміне немесе масса бірлігіне келетін, бөлініп шыққан газдың орташа көлеміне сәйкес келетін, қоспаның орташа тығыздығы рсм қабылданған.

Механизацияланған ұңғылар

Кен орнын игеру барысында қабат қысымының түсуі, немесе ұңғының суланып кетуінің салдарынан түптегі энергия азаяды. Сонда ұңғы шығымын, тұрақты қылып ұстап тұру үшін, түптік қысымды азайту қажет. 2 суреттегі қисықтарды P = ƒ(H) қарастырайық (олар солға ауысады). Сағадағы қысым азаяды, ол ұңғы өнімін жинау пунктіне тасымалдау үшін жеткіліксіз болуы мүмкін. Ұңғының суланып кетуінің барысында, сұйықтың тығыздығы көбейеді, ал ең маңыздысы ұңғыға келіп түсетін газдың мөлшері азаяды. Егер Рз  Рн болса, онда мұнайдан барлық газ мүлдем бөлініп шығады, ал судағы оның құрамы елеусіз аз болады. Нәтижесінде суланудың өсуімен қоспадағы газ мөлшері азаяды да, оның тығыздығы көбейеді. Қысым градиенті және де сол бір мәндігі түп қысымының өзінде, саға қысымын азайтуға әкеп соқтырады. (3) теңдік орындалмайтын кез туса, онда қосымша энергия қажет болады (сығылған газ энергиясы немесе сораптың механикалық энергиясы).

Газлифттік ұңғылардағы, қысымның тереңдікке байланысты өзгеру қисықтары.

Терең сорапты ұңғыларда қысымның тереңдікке байланысты өзгеру қисықтары. 3 және 4 суреттерде газлифттік және сораптық ұңғылардағы қысымның өзгеру қисығы көрсетілген. Пайдаланудың газлифтілік тәсілі кезінде газсұйық қоспасының тығыздығын азайту үшін, L тереңдікте өнімге еркін газдың қосымша мөлшерін айдайды. Нәтижесінде, түптік қысым Рз әсерінен едәуір жеңіл қоспалардың көтеріліп шығуы қамтамасыз етіледі және өнімді тасымалдау үшін, қажетті жағдай пайда болады. Пайдаланудың сораптық тәсілі кезінде L тереңдікке сорапты түсіреді, оның сұйық шығу жеріндегі қысымы, Рв ұңғы өнімін көтеріп шығару үшін жеткілікті.

Ұңғы құрал-жабдықтары

Газ ұңғысын және мұнай ұңғысын газлифттік, фонтандық әдістерімен пайдалану кезінде, жер үстінде және ұңғы ұңғысына түсірілетін құрал-жабдықтар қолданылады. Бұл жабдықтардың мақсаты: бекітілген режимде, керекті шығынды өндіру; ұңғыда өткізілетін технологиялық үрдістерді, қоршаған аймақтың ластануын және ашық фонтандауын болдырмауын қамтамасыз етуі қажет. Болаттан жасалған әртүрлі беріктіктер тобына бөлінген тігіссіз (бесшовный) құбырлар СКҚ ретінде қолданылады (беріктік шектігі 373-930 МПа). Олардың меншікті диаметрлері 28-114 мм дейін, қалыңдығы – 3-8 мм. Меншікті диаметр ретінде, құбырдың сыртқы диаметрінің мәнін алады. Жиі қолданылатын құбырлардың диаметрі 60 және 73 мм (ішкі диаметрі 50,3 және 62,0 мм). Ұңғы сағасын саңлаусыз мықтап бекіту және керекті технологиялық үрдісін жүргізу үшін оның пайдалану режимін бақылау үшін фонтандық арматура арналған. Олар келесідей жұмыс істеу қысыммен жасалады: 7, 14, 21, 35, 70 және 105 МПа. Егерде қысым 21 МПа кем болған кезде жабатын тиек ретінде тығынды кран колданылады, жоғары қысымдарда – арнайы қолмен, автоматпен немесе гидравлика күшімен қозғалып, жабылатын ысырмалар (задвижка) орнатылады. 5 суретте крест пішінді арматура көрсетілген. Оның құрылымы фонтаншыршасынан және құбыр басынан тұрады (тройниктер, крестовиналар, ысырмалар, аудармалар т. с. с.). Муфта немесе аударма арқылы бекітілген бір немесе екі қатар СКҚ ұстап және олардың арасын сыңалаусыздандыру үшін фонтан арматурасының құбыр басы арналған. Ол ұңғыда игеру, пайдалану және жөндеу, зерттеу жұмыстарының технологиялық үрдістерін жургізген кезде ыңғайлы болуы қажет. Фонтандық шырша-ұңғының өнімін керекті жүйеге бағыттайды, пайдалану режимін өзгертіп қысым және қызуды өлшейді және оның үстіне лубрикатор орнатылады. Егерде, ұңғы екі қатарлы лифтпен жабдықталған болса, фонтандық 2-құбырлар (5 сурет) тройник-3 арқылы ілініп бегітіледі, ал кіші диаметрлі 4-құбыр – аударма-5 арқылы ілініп бекітіледі. Көтергіште бір қатарлы конструкция болса, тройник-3 болмайды, 4-құбыр тізбегі, аударма-5 арқылы, крестовинаға-8 желісіне келіп құйылады. Бұл желістің бойында тез салынып алынатын немесе диаметрі өзгертіліп, реттелетін дроссел-9 орналастырылады, ұңғының пайдалану режимін өзгертіп, реттеу үшін 5 суретте өзгертіп реттейтін аспап ретінде втулкалы штуцер көрсетілген. Штуцерлерді өзгерту жұмыстарын ұңғыны тоқтатпай істеу үшін екі лақтырма желісі бар фонтан шыршасын қолданады. Сағадағы және құбырлар сақинасындағы қысымды 11-манометрімен өлшейді. Ұңғыға тереңге түсірілетін манометр және басқада аспаптар түсіру үшін шыршаның үстіне лубрикатор-10 қойылады. Құмы бар ұңғыларда тройник пішінді фонтандық арматура қолданылады. Шыршаның орталық 6 ысырмасының үстіне крестовина 7-нің орнына, қосымша ылақтырма желісі бар тройник қойылады (суретте көрсетілмеген), сосын арасына, тағыда ысырма қойылып, жұмыс істейтін ылақтырма желісі пайдалынады. Газлифтілі ұңғыларда, қосымша ылақтырма желісі (болмайды) қарастырылмаған.

Крест пішінді фонтандық арматура схемасы

Құбырлар сақинасы арқылы газ берілген жағдайда, біртізбекті конструкцияда – көтергішке газ 12 бүйірлес желістен айдалады, ал екітізбекті лифтерде – тройник 3 арқылы айдалып ұңғыға беріледі. Арматураның тік өтетін оқпанының диаметрі 50-150 мм аралығында. Жоғары өнімді ұңғылар үлкен диаметрлі оқпаны бар арматурамен жабдықталады. Газ ұңғыларының сағасында термометр, қысым мен өнімді (дебит) реттетігіштер, автоматты клапандар қосылады. Автоматты клапандар ылақтырма желісінде, авария болған жағдайда ұңғыны тез жауып тастау үшін арналған.