Модуль 2.

Лекция №8. Ұңғыны фонтанды пайдалану .

8.1 Артезиянды фонтандау. Газ энергиясы есебінен фонтандау

Жаңадан алынған мұнай кен рындарында алғашқы кезде ұңғылардың барлығы фонтандайды, өйткені қабат энергиясының қоры жеткілікті болады. Сондықтан ұңғының түп қысымы – ұңғыдағы сұйық бағанасының гидростатикалық қысымын, сағадағы қарсы қысымды, сұйықтың қозғалысы үйкелісіне жұмсалатын қысымды жоюға мүмкіндігі болады.

Фонтандау шартын мына теңдеу анықтайды:

, (1)

Мұнда -ұңғының түбіндегі қысым; - ұңғыдағы сұйық бағанасының гидростатикалық қысымы; - СКҚ үйкеліске қысымның жоғалуы; - сағадағы қысым.

Ұңғының фонтандауының 2-і түрі болады:

1. құрамында газ көбіктері болмайтын сұйықтардың фонтандауы, -артезиянды фонтандау

2. құрамында газ көбіктері болатын сұйықтардың фонтандауы- фонтандаудың кең тараған түрі.

Артезианды фонтандау.

Фонтандау кезінде ұңғы түбіндегі қысым (8,1) теңдеуімен анықтаалады, мұнда сұйық тығыздығы тұрақты кезінде сұйық бағанасының гидростатикалық қысымы былай анықталады:

, (2)

- ұңғыдағы сұйықтың орташа тығыздығы; Н – ұңғының түбімен сағасы арасындағы ұңғының тігінен арақашықтығы.

Көлбеу ұңғылар үшін

,

мұнда - түптен сағаға дейінгі көлбеу ұңғының өс бойымен түсірілген арақашықтығы; - ұңғы қисаюының орташа бұрышы.

Әртүрлі тереңдіктегі көлбеу ұңғылар үшін қисаю бұрышы ; әртүрлі болады, H қашықтығын ұңғы тереңдіктерін интервалдарға бөле отырып және осы интервалдардың проекцияларын тік өске қоса отырып анықтау қажет:

, (3)

Мұнда - -ші интервалдың ұзындығы; - -ші интервалдық қисаю бұрышы; - интервалдар саны, бұған ұңғының жалпы тереңдігін бөледі.

СКҚ бойымен сұйық қозғалған кезде салқындайды, осығын байланысты оның тығыздығы да өзгереді. Сондықтан есептерде орташа тығыздықты алу қажет:

, (4)

мұнда - ұңғының түбі мен сағасындағы термодинамикалық жағдай кезіндегі сұйықтардың тығыздығы.

Фонтанды игеру кезінде суланған мұнайдың тығыздығын орташа өлшеммен есептейміз.

,

, (5)

мұндағы: - қоспадағы судың мөлшері; - мұнай мен судың түп және саға жағдайындағы тығыздығы.

Ұңғы сағасындағы қарсы қысымды оның топтық өлшеу қондырғысынан орналасу қашықтығына байланысты осы қондырғыдағы қысыммен немесе фонтанды ұңғылардың шығымын реттеп тұратын лақтыру желісіне орнатылған штуцер өлшеміне байланысты анықталады.

Үйкеліс кезіндегі жоғалатын қысымды қарапайым құбыр гидравлика формуласымен анықталады.

. (6)

Мұндағы: L – ұңғы өс бойындағы СКҚ ұзындығы. СКҚ бойындағы сұйық жылдамдығы сұйықтың көлемдік коэффициент арқылы және оның СКҚ-ғы орташа термодинамикалық жағдайындағы тығыздығымен анықталады:

, (7)

мұндағы Q_н , Q_в – қалыпты жағдайдағы ұңғыдан су мен мұнайдың шығыны; ρ_н , ρ_в – қалыпты жағдайдағы мұнай мен судың көлемдік коэффициенті; b_н , b_в – СКҚ-ның орташа жағдайындағы мұнай мен судың көлемдік коэффициенті; f – түптен башмакқа дейінгі СКҚ-ның қима ауданы.

Эмульсияның динамикалық тұтқырлығын анықтауға Гатчик және Сабри теңдеуі ұсынылады:

, (8)

мұндағы μ_вс — ішкі дисперсті ортаның динамикалық тұтқырлығы; φ —сыртқы дисперстті фазаның көлемінің ішкі көлемге қатынасы

кедергі коэффициенті λ ағым режиміне тәуелді болады. Re<1200 кезінде ағым ламинарлы, Re>>2500 кезде- турболентті және 1200<Re<2500 кезінде ауытқымалы болып бекітілген ламинарлы қозғалыс кезінде

. (9)

Турбилентті қозғалыс кезінде

. (10)

(11)

1200<R_e<5000 болғандықтан (11)-ші формуланы тек өтпелі аймақ үшін ғана емес басқада жағдайда қолдануға болады .

Анықтама бйынша ұңғыға қабаттағы сұйық ағыны жалпы ағынның теңдігімен анықтауға болады:

Q = K(P_n – P_c) ⁿ (12)

Салыстырмалы P – тен ,мынаны аламыз:

(13)

Түп ұңғының фонтандық және қабтты көтеру жұмысы кезінде жалпы түп қысымы анықталады, бұл жағдайда фонтан құбырлары берілген ұңғы тереңдігінде сұйық ағынның өткізуге ,саға қысымы на қарсы және құбырлардың диаметрі т.б қабілеттеріне жеткілікті . Бұл ағыцнды анықтау үшін оң жақ тереңдіктерді теңестіреміз:

(14)

Сол жақ теңдік Q-ға бағынышты , себебі Р_тр және Р_у шығынғы бағынышты . Үйкелумен қысымға қарсы шығыны үлкейгендіктен , Р_r Q-ға бағынышты емес. Сол жақ теңдікке (14) Q-дың кейбір функцияларын енгіземіз. Сонда

(15)

бұл теңдіктен Q-ды табу керек ,Ол үшін Q-ға әр түрлі теңдіктерді қоя отырып, сол жақ теңдікті шығарамыз:

(16)

және оң жақ теңдіктен

(17)

Әрі қарай А(Q) және B(Q) екі пайда болады. Q шамасы көтерілгеннен кейін А үлкею керек, ал В азаю қажет, 1-суретте көрсетілген.

А(Q) және B(Q) нүкте қиылысы қабат пен фонтандық көтеру шартының біріккен жұмысын анықтайды, және т.б. ұңғының Q_c дебитіне береді және осыған сәйкес Р_с түп қысымының дебитіне сәйкес болады. Мұндай теңдіктер құбырлардың әр түрлі диаметрі үшін жасалады және де құбыр арасындағы кеңістігінің фонтандыдары үшін анықталады. Келтірілген теңдіктерден , икен орынды пайдалану және игеру шартына технологиялық тиімді жақтары пайдаланылады

Газ күшімен фонтандау есебі

Бұл мұнай ұңғыларының фонтандаудың кейіннен тараған түрі Артезиан фонтандарының фонтан құбырларында газдандырылмаған, сұйық яғни мұнай қозғалып келе жатқан дығы анықталған болатын сондықтан мұндай сұйықтың бағана қысымының гидростатикасын қайтару үшін оның түп қысымы өте үлкен болуы керек.

Энергия газының есебінен фонтандаған кезде бағана қысымы Г және С фонтан құбырларында өте аз, сол себептен бағана қысымының гидростатикалық қоспасы аз болады , осыған сәйкес ұңғы фонтандары үшін түп қысымыда аз болу керек. Сұйық СКҚ-мен жүрген кезде сағадан түп тқысымы азаяды, және кейбір биіктікте қаныққандық қысыммен теңеседі. Р_нас, ал жоғары – төмен қысым қаныққандық , Р<P_нас аймағында мұнйдан газ бөлінеді және бұл газ қысымнан жоғары төмен болады, қысымның ерекшілігі болса ∆Р<P_нас-Р. Бұл жағдайда мұнайды фонтандау нәтижесінде одан ерігіш газ пайда болады, және одан Г және С бос жағдайлы тығыздығымен қайтарлықтай жеңіл болады. Бұл қарастырылған фонтандау ұңғы түбінің қысымына қарастырылған ,ол (Р_с<P_нас) қаныққандылық қысымына жоғары , бұндай жағдайда газ СКҚ-дан бірнеше биіктікте анықталады

Басқа жағдайымен қарастырғанда фонтандау ұңғының түп қысымы кезінде қаннықандылық қысымы төмен болады (Р_с<P_нас). Бұл жағдайда ұңғы түбіне мұнаймен қатар газда бірге жүреді, мұнай СКҚ-мен көтерілген кезде оған бірнеше бос газ қосылады ол мұнайдың қысымын төмендеткен кезде бөлінеді. Бос газдың массасы сұйық массасының бірлігіне беріледі ол көтеру жағдайына байланысты . Бос газдың көлемі оның кеңеюінеде байланысты . Газ қаннықандылық нәтижесіне ағын көтеріледі ал оның тығыздығы төмендейді.

Сонымен ұңғыны фонтандау түп қысыммен анықталады Р_с төмен жоғары қаныққандылық қысымы Р_нас

Алдын ала бірнеше теңдіктер құрастырайық. Түп фонтанының ұңғы қысымы қай жағдайда қарастырсақта мынаған тең:

P = P +Р (1)