МҰНАЙ ҚАБАТЫН ШАХТАЛЫ-ҰҢҒЫМАЛЫ
ӘДІС АРҚЫЛЫ МҰНАЙ БЕРГІШТІКТІ АРТТЫРУ
Нуранбаева Б.М., Жолдасбек К.Б.
Каспий қоғамдық
университеті, Алматы, Қазақстан
Мұнай өндіру
өнеркәсіптік көлемде басталғаннан кейін, мұнай негізінен жер бетінен
қазылған ұңғылар көмегімен өндірілді.
Бірақ бұл тәсілдің біршама кемшілігі бар. Кез-келген
кен орынды ашқаннан бастап, “оның толық
сарқылғанына дейін” мұнай тек осы тәсілмен
өндіріледі. Бірақ іс жүзінде, бұл сарқылған
кеніштерде бастапқы мұнай қорының 90-дан 40-20%
мұнай қалып қояды. Өйткені іс жүзінде
кеніштің мұнай қоры емес, қабаттың энергиясы,
яғни ұңғыға мұнайды қозғалтушы
күштер сарқылады екен. Бұл энергия сарқылғаннан кейін,
мұнай қозғалысы тоқтайды, кеніш сарқылған
деп есептелінеді, ал іс жүзінде мұнай қорының
үлкен бөлігі қалып қояды. Мұнай бергіштіктері:
суарынды режим
кезінде.............................................0,5-0,8 сирек 0,9
газарынды режим кезінде............................................0,4-0,7
сирек 0,8
гравитациялы режим
кезінде.......................................0,5 дейін
еріген газ режимі
кезінде.............................................0,15-0,3 сирек 0,4
Сондықтан МБК артыру
мақсатында жаңа тәсілдерді қолдау қажет.
Әлемдік тәжірибеде бұл екінші ретті тәсілдердің
негізгі үш тәсіл бар:
1. Қысымды көтеру
және сақтау мақсатында қабатқа газды, одан
сирек ауаны
айдау;
2. Қабатқа су айдау;
3. Мұнай кен орнын
шахталық игеру.
Шахта (нем. Schacht), пайдалы
қазбаларды жер асты тәсілмен өндіретін және оны
тұтынушыға немесе байытушы фабрикаға жіберуді орындайтын
тау-кен кәсіпорны; құрамына жер үсті
құрылымдар (копрлар, шахтаүсті ғимараттар,
қоймалар және т.б.) және, шахталық аумақ шегінде
кен орынды игеруге арналған, жерасты тау-кен
құрлымдарының кешені. Шахта – пайдалы қазбаларды
өндіруге және тасымалдауға, тау-кен жұмыстарын
жүргізуге, су төгуге және вентиляцияға арналған өндіруші машина мен
механизмдермен жабдықталған,
механизацияланған және автоматталған кәсіпорын.
Қуатты кенорындарды игеретін шахталардың жұмыс мерзімі 50-70
жылға және оданда артық мерзімге жетеді.
Бұрыңғы КСРО-да ең терең шахта - Донбасстағы акад. А. А. Скочинский
атындағы шахта (тереңдігі
Осы шахталық тәсіл
мұнай өндіруде де қолданылады. Бірінші осы
тәсілдің түсініктемесіне және қысқаша
тарихына тоқталайық. Дүние жүзінде бірінші рет
өндірістік көлемде мұнай өндірудің шахталық
тәсілі 1917 ж. Эльзастағы (Франция) Пешельброн кен орнында
қолданылды. Кен орынды жер бетінен ұңғылар
көмегімен игеру кезінде МБК 15-20 % құрады. Шахталық
тәсілді қолданғаннан кейін МБК екі есе өсті. Одан кейін
бұл тәсіл жер бетінен өндіру мүмкін болмаған
немесе тиімсіз болған кезде дүние жүзінің біршама
елінде (Франция, Румыния, Жапония, АҚШ-та, Германияда, КСРО-да,
Африканың бірқатар елінде және т.б.) қолданылды.
Бұрыңғы КСРО-да бұл
тәсіл бойынша ең үлкен тәжірибе 1939 жылдан бұл
тәсілмен игеру басталған Ярега кен орнында (Коми АКСР) жинақталған. 1968
мұнда қабатқа жылутасығышпен әсер ету
жұмыстары басталды. Сонымен бірге тәсілді қолдану
жағынан геолого-техникалық тұрғыдан
Әзербайжанның, Қазақстанның,
Шешеністанның, Краснодарск
өлкесінің және т.б.
кейбір кен орындарының маңызы бар.
Мұнайды шахталық
өндіру, жерасты тау-кен жұмыстар жүйесін жүргізуге
негізделген мұнай өндіру тәсілі. Жоғары
тұтқырлы мұнайы (битумдар) бар кеніштерді, сонымен бірге
біртексіз энергетикалық сарқылған орташа тұтқырлы
мұнайы бар кенішерді игеруге қолданылады. Тәсіл тазару немесе
дренажды игеру жүйелері көмегімен орындалуы мүмкін.
Мұнайды шахталық
өндірудің
технологиялық артықшылықтары - өнімді қабатқа енгізгенге
дейін жылутасығыштың шығынын азайту, өнімді
қабатты толығырақ игеру мен мұнай қорын
толығырақ пайдалану мүмкіндігі, сонымен бірге барлық
жұмыстардың ауа райынан тәуелсіздігі. Бірақ бұл
тәсіл адамдардың жер астында жұмыс істеуді қажет етеді.
Белсенді газбайқалуларың,
газбүркемесінің, белсенді табан немесе нұсқалық
сулардың, өнімді қабатты құрайтын, жұмсақ
жыныстардың болуы тәсілді қиындатады.
Мұнайды шахталық өндіру тәсілі
үш негізгі түрге бөлінеді:
1. Мұнайды шығару
үшін, әрі қарайғы өңдеумен жер асты
галереялардан жер бетіне мұнайға қаныққан
жыныстарды (құмдарды, құмтастарды және т.б.)
шығару тәсілі. Қазіргі уақытта бұл тәсіл
қолданылмайды, өйткені ол экономикалық тұрғыдан
тиімсіз. Бірақ ол, штректерден мұнайға
қаныққан жыныс (құмдар немесе
құмтастар) жер бетіне шығарылған кезде сумен жуу арқылы мұнай
шығарып, дренажды штректер көмегімен мұнай бергіш
қабаттардан мұнайды дренаждау тәсілімен қатар орындалуы
мүмкін. Бұл кезде мұнайға қаныққан
жыныс, әдетте бұрғылау-жару жұмыстары көмегімен,
бұзылады, түпте тиеу машиналарымен жер асты көлік
құралдарына тиеледі және шахталық оқпан
арқылы жер бетіне беріледі, мұнда арнайы қондырғыларда
мұнай бөлініп, өңделеді. Бұл кезде минералды
шикізат кешенді қолданылуы мүмкін (мұнай фракциясы
бөлінгеннен кейін өнімді қабаттың жыныстары –
құрылыыс материалдары, химиялық өнеркәсіпке
шикізат және т.б.).
2. Тікелей мұнай бергіш
қабатта жүргізілетін, жер асты дренажды штректер (галереялар),
көлбеулі-еңкейтілген немесе көлденең
ұңғылар, құдықтар мен шпурлар
көмегімен мұнай бергіш қабаттардан мұнайды дренаждау
тәсілі. Бұл тәсіл екі негізгі жүйеге ие: 1) тау
құрылымдары көмегімен мұнайды дренаждау; 2)
мұнайды көлбеулі-еңкейтілген немесе көлденең
ұңғылар
көмегімен дренаждау.
Бұл тәсіл кеніштің мұнай қорларын толығырақ игеруге
мүмкіндік береді. Бірақ мұнайды дренажды штректер
көмегімен игеру техникалық қауіпті, әсіресе өрт
қауіпсіздігі жағынан, және еңбек қорғау
бойынша арнайы шараларды қабылдауды қажет етеді: мұнайда
жұмыс істеу қажет, жұмысшылар аяқтары
құмға батады, мұнай газына уланған атмосферада
демалу қажет, т.б.
3. Мұнай бергіш қабаттардың үстінде немесе
астында орналасқан, жыныстарда жүргізілетін, тау кешендерімен
(штректер) өнімді қабаттарды байланыстыратын ұңғылар,
құдықтар мен басқа формалы саңылаулар
көмегімен мұнай бергіш қабаттардан мұнайды дренаждау
тәсілі. Бұл тәсілде
мұнайды жер асты өндіру кезінде тәуекелділікті азайтуға
және жұмыс жағдайын мейлінше жақсарту мақсатына
қол жеткізуге болғанда. Бұл жүйелерде мұнай,
алдын ала қазылған тау кешендерінен бұрғыланатын
бұрғылау ұңғылары көмегімен алынады.
Табиғи шикізат қозғалмалы (аққыш) болған
жағдайда, немесе бұл күйге жасанды-өнімді
қабатқа термиялық әсер етумен (бұл
соңғы мұнай бергіштікті басқа тәсілдерге
қарағанда 50-60%-ға өсіруге мүмкіндік береді)
жолмен келтірілуі мүмкін болса бұл дренажды тәсіл
қолданылады. Жер асты ұңғылар (тік, көлбеулі,
көлденең) үлкен тереңдікке бұрғылануы
мүмкін. Мысалы, жер асты ПБС-2Т бурғылау станогы
ұзындығы
Бұл негізгі үш
тәсіл бірге немесе әр уақытта, бір шахтада немесе әр
түрлісінде қолданылуы мүмкін. Қаражанбас кен орнында
үшінші дренаждау тәсілін қолдану ұсынылады.
Мұнайды шахталық өндіру
артықшылықтары
Жоғарыда айтылғандай
жер бетінен ұңғылармен мұнай өндірудің
үлкен бір кемшілігі бар, ол кен орын қорларын толық игермеу.
Бұл тәсілді пайдаланғанда бастапқы геологиялық
мұнай қорының тек қана 40-80 % өндіріледі. Қалған
мұнай «алынбайтын» деп есептеледі. Бірақ бұл мұнайды
шахталық тәсіл қолданып, қосымша 30-60 %-н
өндіруге болады. Енді осы тәсілдің
артықшылықтарына тоқталайық.
Тәсілдің бірінші
және басты артықшылығы, әсіресе қатаң
және ұзақ қыс жағдайында – бұл, мұнай
өндіру және бұрғылау үрдісіне ауа райының
әсерін толық жоятын, жер астында жұмыс істеу. Жыл бойына
мұнай шахталарында, жұмысқа өте қолайлы, бірегей
температура ұсталады.
Екінші артықшылық – бұл,
шахталық игерумен байланысты, барлық
құрылымдардың стационарлығы кезінде кәсіпшілік
ауданының шектеулі өлшемі және кәсіпшілік
коммуникацияларының шектеулігі.
Кен орынды шахталық тәсілмен игеру
кезінде бірдей мұнай көлемін алу үшін, жер бетінен
ұңғылармен игеруге қарағанда, бірнеше есе кіші
кәсіпшілік ауданы қажет. Оған сәйкес кәсіпшілік
комуникациялар, құбырлар және т.б. қысқарады.
Құбырлар көп қажет болмайды. Мысалы, шахта ішінде
мұнайды тасымалдау, тау кешендерінің табанында орналасатын, арнайы
қималы арықтар көмегімен орыдалады. Бұл
арықтармен мұнай су бетімен тасымалданады. Бұл тәсіл мұнайдың
гидротранспорты деп аталады.
Келесі артықшылығы - жер
асты ұңғыларды пайдаланудың
қарапайымдылығы. Жер асты ұңғылардың
көбісі фонтандау жолымен мұнай өндіреді және
өзіне минималды күтім қажет етеді. Өйткені
ұңғыларда сағадан статикалық
бағанасының белгілі деңгейі болады. Егер біз
ұңғы сағасын қабатқа шамалы жақындатсақ,
біз ұңғының сағасы үстінен артық
қабаттық қысымға ие боламыз, бұның
арқасында мұнай, ешқандай шахталық пайдалану
тәсілін қолданбай, «еркін төгіледі», яғни фонтандайды.
Бұл шахталық игеруде өте маңызды жайт болып
табылады.
Әрі қарай,
мұнай шахтасының қалыпты жұмыс уақыты, жер асты
ұңғыларын қолданғанда 20-25 жыл, ал
дренажды-тазарту тәсілін қолданғанда ол одан артық
өсуі мүмкін. Осының арқасында кен орында қолайлы
жұмыс жағдайларын жасауға болады.
Шахтада мұнай тасымалдау
кезіндегі, шектеулі жер асты комуникацияларды құру кезіндегі
құбырларды үнемдеуден басқа, жер асты
ұңғылардың шамалы тереңдігіне
(ұзындығына) және құрылысының
қарапайымдылығына байланысты металл үлкен көлемде
үнемделеді.
Жер асты
ұңғыларды бұрғылау кезінде олардың
сағаларының «жоғарғы сулармен» сулану қаупі жойылады, өйткені
бұл ұңғылар сазды қабатта, өнімді
қабаттың үстінде немесе астында орналасады. Сондықтан
сушектеу, тек қана өнімді қабатты ұңғы
оқпанына, олармен шектескен кезде, мүмкін
жарықшақтық (тектоникалық) сулардың түсуінен
қорғау үшін қолданылуы мүмкін.
Айта кету керек, шахтамен игеру
кезінде мұнаймен бірге, мұнаймен қатар жүретін
басқада пайдалы қазбаларды – күкірт, тас тұзы,
құрылыс материалдары және т.б. өндіруге болады.
Бұны мұнай кеніштерін шахталық тәсілмен игеру кезінде
ескеру қажет.
Мұнай геологиясы үшін жер асты игеру өте
құнды болуы мүмкін. Тау кешендерімен, берілген кен орынды
түзетін, жыныстардың барлық қабаттары ашылатындықтан
және қабаттың өзінде және оны жабатын жыныстарда
көптеген дренажды штректер жүрізілетін болғандықтан,
кен орынның геологиялық құрылысының детальдары
мен ерекшеліктерін, ең басты мұнай бергіш қабаттың жату
жағдайын және одан мұнай ағылу сипатын көрнекті
және бірден көруге болады. Бұның бәрін
әрине жер бетінен ұңғылармен игеру кезінде көру
мүмкін емес. Біз тек қана геофизикалық зерттеулер негізінде
оны болжай аламыз.
Және, ең басты,
жоғарыда айтылғандай – мұнай-шахталы игеру көмегімен
экономикалық тиімділікпен қабаттан мұнай алуды
максимумға жеткізу мүмкіндігі. Бұл шахталық
тәсілдің ең маңызды және басты
артықшылығы, өйткені мұның арқасында
мұнай қорларын ең тиімді пайдалануға және
олардың өнеркәсіптік категориясын максималды шекке дейін жеткізуге
толық мүмкіндік береді.
Бұл, мұнайды
шахталық тәсілмен игерудің негізгі
артықшылықтары. Қазақстан
Республикасында бұл тәсіл әзірге қолданылған
жоқ. Оны біздің еліміздің бірқатар батыс кен
орындарында қолдануға мүмкіндік бар. Бұл
дипломдық жұмыста тәсілді Қаражанбас кен орнында
қолдану ұсынылады. Енді кен орын игерудің қысқаша
жағдайына тоқталайық.
Қаражанбас
кен орнында мұнай өндірудің шахталық
тәсілінің варианты
Қазіргі кезде шахталық игерілетін
мұнай кен орындарының мұнайы жоғары
тұтқырлы болғандықтан, тек қана
термошахталық тәсіл қолданылады. Оның негізгі
мәні өнімді қабатқа, мұнай тұтқырлығын
азайту үшін бу айдап, жер асты ұңғылар көмегімен
мұнай өндіру.
Бұрыңғы КСРО
аумағында шахталық тәсіл Ресейдің Коми республикасы,
Ярега кен орнында қолданылады. Шахталық тәсілді
қолданылмастан бұрын, кен орынды жер бетінен игеру кезінде
қорлардың тек қана екі пайызы алынатын болды. Өйткені
кен орын мұнайы өте ауыр және тұтқыр болды.
Сондықтан, 1937 ж. 9 маусымда № 1 мұнай шахтасын салу басталды. Екі жылдан
кейін жер асты ұңғылардан мұнай өндіріле бастады.
Алғашқы кезеңнің өзінде шахта өнімділігі
100 тонна мұнайға жетті. 1968 жылдан кен орында қабатқа
әр түрлі жылулық әсер ету жүйелерін сынау
басталды. Бұл тәсіл мұнай өндірудің
термошахталық технологиясы деп аталады.
Мұнай өндірудің
термошахталық технологиясы Ярега кен орнында 38 жыл сәтті
пайдаланылуда. Жылына 500 мың т. астам мұнай өндіріледі.
Бұл технологияның жоғары тиімділігі туралы мұнай
бергіштіктің жоғары мөлшері көрсетеді — 55-60 %.
Термошахталық технология кезінде мұнай бергіштік кен орынды жер
бетінен ұңғылармен игерумен салыстырғанда 30 есе, табиғи режимде бумен әсер етусіз
шахталық тәсілмен игерумен салыстырғанда 10–15 есе артық болып шықты.
Сол
уақытта жылулық әсер етуге ауданы
Ярега кен орнында мұнайды
термошахталық тәсілмен игеру кезіндегі мұнайдың
өзіндік құны, жер бетінен бужылулық әсер етумен
өндірудің өзіндік құнынан екі есе арзан.
Мұнай өндірудің термошахталық технологиясы кезінде
будың меншікті шығыны 2,75 есе аз, ал мұнай бергіштік 1,5 –
1,6 есе жоғары.
1997 жылдан кен орында мұнай
өндірудің жер асты-жер үсті тәсілі қолданыла
бастады. 2003 жылы кен орынның №2
шахтасының тәжірибелік учаскесінің бірінші бөлігінен
мұнай бергіштік коэффициенті баланстық қорлардан 9,8 % немесе
алынатын қорлардың 27 % құрады. Бұл жоғары
тұтқырлы мұнайлы кеніштерді игерудің
дүниежүзілік рекорды болып табылады. Оның басқа
технологиялардан айырмашылығы қыздырылған бу өнімді
қабатқа жер асты кешендерден емес, жер бетінен
бұрғыланған ұңғылар арқылы айдалады,
қыздырылған мұнай жер асты, көлбеу көтерілетін
ұңғылар арқылы жер асты кешендерден өндіріледі.
Игерудің мұндай жүйесі мұнайды жер асты
өндірудің барлық артықшылықтарын
қолдануға және буды айдау қарқындылығына
және параметрлеріне шектеулерді жоюға мүмкіндік берді. Жер
бетінен ұңғылар арқылы буды айдау мұнай
шахталарының бүкіл бумен қамту жүйесін жер бетіне
шығаруға мүмкіндік берді, нәтижесінде
шахталардағы жұмыс қауіпсіздігі өсті. Қабат
бойынша будың бірқалыпты таралуы үшін, айдау
ұңғыларының түптеріне арнайы, жер асты
бутаратқыш ұңғылар бұрғыланды. Олар жер
беткілермен бірге көлденең ұңғылардың
аналогын жасады, бірақ оларды салу құны көлденең
ұңғылармен салыстырғанда еселікке төмен.
Жер асты-жер үсті жүйе кезінде бу
шахталық блоктың шекарасына айдалады. Бу және су конденсаты
мұнайды өндіруші ұңғыларға
ығыстырады. Мұнай жер бетіне алдын ала шахталық
қоспалардан және судан тазартқаннан кейін жер бетіне
айдалады. Температуралық
фронт шекарадан тау кешендеріне қарай тарайды. Бұл температурасы
200
С буды айдауға,
мұнай тұтқырлығын 2-3 мПасс дейін азайтуға
және мұнай өндірудің жоғары
қарқындылығын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
Жылулық фронт тау кешендеріне жақындаған кезде шахталық
блок толық игеріледі және жабылады. Айдалатын будың
жоғары температурасы мұнай өндіру қарқынына
әсер ететін басқа да факторларды іске қосады: жылулық
кеңейу, каппилярлы қоректендіруді және мұнайдың
ығыстырылуы. Бірақ олардың мұнай шығымының
өсуіне әсері, оның тұтқырлығын азайту
маңыздылығына қарағанда төменірек. Бұл,
термошахталық игерудің артықшылығы болып табылатын, жер
асты ұңғылардың тығыз торымен анықталады.
Жер асты – жер үсті жүйені
қолданудың тәжірибелері болжамдарды растады. Тау кешендеріне
жылу негізінен бөлінбейді. Негізгі екі горизонтты термошахталық
игерумен салыстырғанда, жер асты – жер үсті жүйе үшін
қажет тау жұмыстары 2,5 есе аз (сәйкесінше 240 және
Ярега кен орнында өндіру қазіргі кезде
шамамен 0,5 млн. т/жыл құрайды. Қазіргі уақытта
өндіру көлемін өсіруге тау кешендеріне үлкен жылу
бөлінулері мүмкіндік бермейді. Жер асты – жер үсті
жүйеге көшу мұнай өндіруді 5 – 6 млн. т/жылға
өсіруге мүкіндік береді, бұл кезде вентиляция шахталарда
жұмыстарды жүргізу үшін қалыпты кеніштік атмосфераны
қамтамасыз етеді. Жобаланған термошахталық игерудің жер
асты – жер үсті жүйесі жоғары тұтқырлы
мұнай мен битумдардың кен орындарында жоғары тиімді
мұнай өндірілуін қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
Бұл кезде 1 т мұнай өндіруге шығындар жеңіл
мұнайды өндірудің шығындарынан төмен немесе
бірдей болады.
Бұл дипломдық жобада негізгі игеру
нысаны ретінде Қаражанбас кен орнының тұз үсті ІІ Юра
горизонты алынды. 16 кестесінде Ярега мен ІІ Юра горизонтының
параметрлері салыстырылған. Кестеден кен орындардың бір-біріне
ұқсас екендігі көрінеді. Біршама көрсеткіштер бойынша
ІІ Юра горизонтының көрсеткіштері тиімділеу. Бұл кен орында
шахталық тәсіл қолданған жағдайда мұнай
бергіштік Ярега кен орнына қарағанда жоғарырақ болуы
мүмкін деген үміт ұяалатады.
Мұнай шахтасын ІІ Юра горизонтынан төмен
орналастыру ұсынылады. Орташа жату тереңдігі
Жоба бойынша қазіргі
бу-жылулық айдау жүйесі сақталады. Шахтаның параметрлері
техникалық сызбада көрсетілген тәртіпте болады. Тау
кешенінің параметрлері жер асты кешендерді салу тәртібіне
сәйкес жасалады. Жер астына
Қолданылған әдебиеттер тізімі
1
Желтов Ю.П.
Разработка нефтяных месторождений. М.: Недра, 1986.
2
Щелкачев В.Н.,
Лапук Б.Б. Подземная гидравлика. М.: Недра, 2001.
3
Кристиан М. Увеличение продуктивности и
приемистости скважин. М.: Недра, 1985. – С. 86-98.
4
Отчет «Подсчёт
запасов нефти, газа и попутных компонентов
месторождения Кырыкмылтык»,
том 1, КазНИГРИ, г.Атырау,1992 г.
5
РД
39-0147035-207-86 «Регламент составления
проектов и технологических схем разработки нефтяных и газонефтяных
месторождений», М.: ВНИИ, 1986г.
6
Лысенко В.Д. Разработка нефтяных месторождений (проектирование и анализ). Москва, Недра,
2003г.
7
Лысенко В.Д., Грайфер В.И. Разработка малопродуктивных нефтяных
месторождений. Москва, Недра,
8
Оркин К.Г. и Юрчук А.М.
Расчёты в технологии и технике добыче нефти, М., Недра, 1967г.