Қ азақстан республикасы ауыл шаруашылығы министрлігі
газ энергиясы есебінен Фонтандау
жүктеу/скачать 9,92 Mb.
|
| 15.1 газ энергиясы есебінен Фонтандау
Бұл мұнай ұңғымаларын атқылаудың ең көп таралған тәсілі. Артезиан фонтандау кезінде фонтандық құбырларда газдалмаған сұйықтық (мұнай) қозғалады, сондықтан мұндай сұйықтықтың бағанасының гидростатикалық қысымын еңсеру үшін забой қысымы жоғары болуы тиіс. Газ энергиясы есебінен фонтандау кезінде фонтандық құбырлардағы ГСҚ бағанасының тығыздығы аз, сондықтан мұндай қоспаның гидростатикалық қысымы аз болады. Демек, ұңғыманы фонтандау үшін аз забой қысымы қажет. СКҚ бойынша сұйықтықтың кенжардан сағаға қозғалуы кезінде қысым азаяды және кейбір биіктікте ол Рнас қанығу қысымына тең, ал жоғары - қанығу қысымынан төмен болады. Мұнай р < Рнас аймағында, мұнайдан газ бөлінеді, бұл газ қысым аз болған сайын соғұрлым көп болады, яғни ΔР = Рнас - Р қысымының айырмашылығы көп болған сайын. Осылайша, фонтандау кезінде мұнай одан ерітілген газдың бөлінуі, оның еркін жағдайға көшуі және таза мұнайдың тығыздығы едәуір аз ГСҚ түзілуі нәтижесінде газданылады. Сипатталған жағдайда фонтандау ұңғыманың забойындағы қанығу қысымынан (Рс > Рнас) асатын қысым кезінде болады және газ СКҚ-да кейбір биіктікте бөлінетін болады. Фонтандау ұңғыманың забойындағы қысым қанығу қысымынан (Рс < Рнас) төмен болғанда басқа жағдай болуы мүмкін. Бұл ретте ұңғыманың түбіндегі мұнаймен бірге еркін газ келіп түседі, оған мұнайдың СКҚ бойынша көтерілуіне қарай қысым төмендеген кезде мұнайдан бөлінетін еркін газдың қосымша порциялары қосылады. Сұйықтық массасының бірлігіне келетін бос газдың салмағы көтерілу шамасына қарай артады. Еркін газ көлемі оның кеңеюі есебінен де артады. Нәтижесінде ағынның газға қанығуы артады, ал оның тығыздығы тиісінше төмендейді. Осылайша, ұңғыманы фонтандау Рс ұңғыма түбіндегі Рнас қанығу қысымынан жоғары немесе төмен қысым кезінде орын алуы мүмкін. Біз бірнеше алдын ала Жалпы анықтамалар жасаймыз. Әлбетте, фонтандық ұңғыманың забойындағы қысым кез келген жағдайда тең болады , (145) мұнда Рб - ұңғыманы фонтандау кезінде СКҚ башмактың қысымы тұрақты дебитпен, Р = (Н - L)·ρ·g - биіктігі Н ұңғыма түбіндегіның арасындағы сұйықтық бағанасының гидростатикалық қысымы - L, мұнда Н - ұңғыманың тереңдігі, L - длина СКҚ; ρ - осы аралықтағы сұйықтықтың орташа тығыздығы. Екінші жағынан, РС забойындағы қысым құбыраралық кеңістіктегі сұйықтық деңгейі арқылы анықталуы мүмкін , (146) мұнда Р1 = hρg - құбыраралық кеңістіктегі сұйықтық бағанасының гидростатикалық қысымы; Р2 = Рз + ΔР - құбыраралық кеңістіктегі газ қысымы, сұйықтық деңгейіне, Рз - ұңғыма сағасындағы құбыраралық кеңістіктегі газ қысымы; ΔР - газ бағанасының деңгейінен ауызға дейінгі гидростатикалық қысымы. Очевидно, , (147) мұнда ρг - құбыраралық кеңістіктегі газдың орташа тығыздығы. Толық түрде жазамыз (146): , (148) Тұрақты дебитпен атқылайтын ұңғымада Рс ұңғыма түбіндегі қысым тұрақты болуы тиіс. Сондықтан құбыр астындағы кеңістіктегі h бағанасының биіктігін өзгерту (148) сәйкес қосындылардың сомасы тұрақты болатындай етіп Рз сағасындағы қысымның өзгеруімен сүйемелденуі тиіс. Сондықтан h кемуі Рз газ қысымының артуымен және керісінше болуы қажет. Енді екі фонтандау жағдайын қарастырайық. 1. Рс < Рнас (рис. 74, a). Бос газ кенжардың өзінде бар. Фонтандық құбырлардың табандығына газ сұйықтығы қосылады. Мұндай ұңғыманың жұмысы кезінде газ көпіршігінің негізгі массасы сұйықтық ағынымен ұласады және фонтандық құбырларға түседі. Алайда, шегендеу бағанасының қабырғасына тікелей қозғалатын көпіршіктердің бөлігі СКҚ башмактың жанынан сырғып, құбыраралық кеңістікке түседі. Құбыраралық кеңістікте сұйықтық қозғалысы башмактан жоғары болмайды. Сондықтан онда газ көпіршіктері қалқып, сұйықтық деңгейіне жетеді және құбыраралық кеңістіктегі газ жастығын толықтырады. Осылайша, фонтандау кезінде РС < Рнас құбыраралық кеңістікте газды үздіксіз жинақтау үшін жағдай жасалады. Бұл процестің қарқындылығы көптеген факторларға байланысты. а-забойдағы қысым кезінде қанығу қысымынан аз (Рс < Рнас); Б-забойдағы қысым қанығу қысымынан (Рс > Рнас) 74 сурет – фонтандау кезіндегі ұңғымалар схемасы 1) ГСҚ жоғары ағынының жылдамдығынан, яғни ұңғыманың дебитінен. Дебит неғұрлым көп болса, соғұрлым газ құбыраралық кеңістікке түседі. 2) шегендеу бағанасы мен фонтандық құбырлар арасындағы саңылау шамасынан. 3) газ көпіршіктерінің мөлшері мен көлеміне байланысты, бұл өз кезегінде қанығу қысымы мен башмактағы қысым арасындағы айырмашылыққа байланысты. 4) сұйықтықтың тұтқырлығынан. Құбыр астындағы кеңістіктегі газдың жиналуы Рз қысымының артуына және (148) теңдеуге сәйкес РС ұңғыма түбіндегі қысым тұрақты болатындай шамаға h сұйықтық деңгейінің тиісті төмендеуіне әкеледі. Бұл процесс құбыраралық кеңістіктегі сұйықтықтың деңгейі фонтандық құбырлардың табандығына дейін түспейінше жалғасады. Осыдан кейін процесс тұрақтанады. Құбыраралық кеңістіктің сағасындағы үздіксіз өсіп келе жатқан қысым максимумға жеткеннен кейін тұрақтандырылады. Бұл жағдайда Рб фонтандық құбырлар башмактарының қысымын, сондай-ақ РЗ құбыраралық кеңістіктегі сағадағы қысым бойынша РС забойындағы қысымды да дәл анықтауға болады. Рз қысымы сағаға манометрмен өлшенеді. Сонда башмактың қысымы тең болады , (149) Мұнда
- газдың тығыздығы. мұнда
Рс ұңғымасының түбіндегі қысым Р фонтандық құбырлардың ұңғыма түбіндегі мен башмак арасындағы сұйықтық бағанасының гидростатикалық қысымының шамасына Рб артық болады және (145) формула бойынша анықталуы мүмкін. Ұңғыма түбі және СКҚ башмағының (50 - 100 м-ден асатын) арасындағы үлкен қашықтық кезінде Рс есептеуге табандық пен түб - Р арасындағы ГСҚ орташа тығыздығының шамасының дұрыс еместігі есебінен қателік енгізіледі. Осылайша, атқылайтын ұңғымада Рс < Рнас жағдайында құбыраралық кеңістіктегі сұйықтық деңгейі ұңғыманың жұмысы белгіленген режимге шыққаннан кейін СКҚ табандығында міндетті түрде орнатылуы тиіс. Алайда, егер шегендеу бағанасынан газдың кемуі болмаса, оның жеткіліксіз герметикалығы немесе арматурада және бағаналық бастиектегі тығыз еместігі салдарынан бұл әділ. Кему болған жағдайда сұйықтық деңгейі құбыраралық кеңістікте кейбір биіктікте тұрақтануы мүмкін, бұл жағдайда газдың кемуі фонтандық құбырлардың табандығынан келіп түсуімен салыстырылады. 2. Рс > Рнас (рис. 74, б). Бұл жағдайда еркін газ құбыр сыртындағы кеңістікте жинақталмайды, өйткені фонтандық құбырлар башмактың жанында оны сырғытуға жағдай жоқ. Құбырлардың өзінде газ башмактан кейбір биіктікте бөлінеді, мұнай қысымы қанығу қысымына тең болады. Ұңғыманың жұмысы кезінде құбыр астындағы кеңістікте сұйықтықты жаңарту жүргізілмегендіктен, газды толтыру үшін жағдайлар да туындамайды. Құбыр кеңістігіндегі мұнай көлемінен ішінара ерітілген газ бөлінеді, содан кейін барлық жүйе тепе-теңдікке келеді. Бұл жағдайда сұйықтық деңгейі (148) сәйкес h кейбір тереңдікте болады. Деңгейдің әртүрлі ережелеріне әртүрлі Рз қысымы сәйкес келеді. Бұл жағдайда h шамасының белгісіздігінің салдарынан Рз шамасы бойынша Рс забой қысымын анықтау мүмкін болмайды. Фонтандау шарты Фонтандау, егер забой сұйықтығына әкелетін энергия фонтан көтергіш оңтайлы режимде, яғни ең үлкен режимде жұмыс істейтін жағдайда, осы сұйықтықты жер бетіне көтеру үшін қажетті энергияға тең немесе одан көп болса ғана мүмкін. 1 м3 сұйықтықты көтеру кезінде жасалатын пайдалы жұмыс, көтеру биіктігіне сұйықтықтың салмағына тең: , (150) Мұнаймен бірге ұңғыма түбіне еркін газ түсуі мүмкін, сонымен қатар қысым төмендеген кезде сол мұнайдан газ бөлінеді. Тауарлық мұнайдың 1 м3-не келетін және стандартты шарттарға келтірілген газдың жалпы мөлшері Мо толық газ факторы деп аталады. Газ кеңейе отырып, жұмыс жасайды. Алайда, түрлі тереңдіктегі еркін газдың үлесі әртүрлі болады. Кеңейту жұмысын тек еркін газ жасайды. Сондықтан газ кеңею жұмысын есептеу кезінде Го толық газ факторын емес, Гэф тиімді газ факторы деп аталатын газдың аз мөлшерін (ерітілгенді шегергенде) ескеру қажет. Алайда, А. П. Крыловтың пікіріне сүйене отырып, мәселені оңайлатылған қойылымда қарастырайық. Әр 1 м3 мұнай забойға қалыпты жағдайға келтірілген текше метр газ түседі деп есептейміз. Бірінші жақындағанда газдың ерігіштігі ескерілмейді. Изотермиялық кеңейту кезінде бұл газдың ықтимал жұмысы тең болады , (151) Осылайша, әрбір текше метрмен забойға түсетін энергияның жалпы мөлшері тең болады , (152) Ұңғыманың сағасында әрқашан кейбір ТҚ қарсы басу бар болғандықтан, сағадан шығып, ГСҚ ағыны өзімен бірге энергияның кейбір мөлшерін алып кетеді. С (152) ұқсастығы бойынша тозатын энергия санын осылай анықтауға болады: , (153) Қабаттан келіп түсетін және кенжардан сағаға дейін сұйықтықты көтеру процесінде ұңғыманың өзіне жұмсалған энергия мөлшері Wп W1 - W2 айырмасына тең болады, яғни , (154) Естеріңізге сала кетейік, в (154) 1 м3 жалпы көбейткіші бар, өйткені анықталатын энергия 1 м3 мұнайға жатады. Осыны ескере отырып, (155) мөлшері N*м, яғни джоуль. Егер фонтандық көтергіш оңтайлы режимде, яғни ең үлкен к.б. режимде жұмыс істесе, онда 1 м3 сұйықтықты көтеру үшін қажетті R газының үлестік шығыны Rопт минимумына жетеді. Бұл жағдайда фонтандау үшін ең аз қажетті энергия мөлшері с (154) ұқсас болады , (155) Демек, фонтандау мүмкін, егер , (156) Откуда следует , (157) яғни, егер қабаттан газ көп немесе сонша келіп түссе, ең жоғарғы к. және т.б. тәртібінде 1 м3 сұйықтықты көтеру үшін қажет болса, онда фонтандау мүмкін. А. П. Крыловтың тәжірибелік зерттеулері мен нәтижелерін теориялық өңдеу негізінде Qmax максималды беру режимінде газ сұйықтықты көтергіштің жұмысы кезінде Rmax газының үлестік шығынын анықтау үшін формулалар алынды. Бұл формула түрі бар , (158) А. П. Крыловтың зерттеуінен, ең үлкен к. п. д. (Qопт) режимінде газ сұйықтықты көтергіштің жұмысы кезінде Rопт газының меншікті шығыны rmax қатынасымен байланысты. , (159) мұнда салыстырмалы батыру , (160) (160) және (158) в (159), біз , (161) (161) формуланың негізіне алынған тәжірибелік деректерді А. П. Крылов жұмыс кезінде, негізінен, су мен ауамен қоспаға қысқа газ сұйықтықты көтергіште алды. Эксперимент жағдайында мұнайдағы газдың ерігіштігі ескерілуі мүмкін емес. (161) формуладан фонтандау шарттарын (157) тұжырымдай отырып, көтергіштегі орташа қысым кезінде фонтандық көтергіште еркін жағдайда болатын газдың нақты мөлшерін анықтау қажет. Орташа қысым ретінде қабылдауға болады (а. П. Крылова арқылы) орташа арифметикалық, яғни. , (162) Еркін газдың орташа мөлшері толық Го газ факторының және еріген газ мөлшерінің айырмасы ретінде анықталады, ол артық қысым бірліктерінде алынған РСР-ға α ерігіштік коэффицентінің көбейтіндісі ретінде анықталады, , (163) Бұдан әрі мұнайға ілесіп жүретін судың құрамында еріген газ жоқ екенін және кәсіпшілікте өлшенетін ақ газ факторы таза сусыз мұнайға жатқызылатынын ескеру қажет. Сондықтан мұнайдан бөлінетін газ суды көтеруге да жұмсалады. Егер n-сулану-көтерілетін сұйықтықтағы су үлесі, онда 1 м3 сұйықтыққа жатқызылған газ факторы Гср •(1 - n) тең болады. Осылайша, көтергіштегі орташа қысым кезінде еркін күйдегі стандартты жағдайларда газдың текше метрінің мөлшерін анықтайтын және 1 м3 сұйықтыққа жатқызылған (суланған мұнай) газ факторы болып табылады және ол Rопт шамасына теңестіруге болатын газ факторы болады. Бұл газ факторы тиімді газ факторы деп аталады және Гэф белгіленеді. Сондықтан газдың ерігіштігін ескере отырып, фонтандау шарты енді осылай жазылады: , (164) немесе
, (165) (165) теңсіздіктен Го, d, L, Ру, Р сияқты басқа шамалардың берілген комбинациясы кезінде фонтандауды қамтамасыз ететін РСс ұңғыма түбіндегі ең аз қажетті қысымды анықтауға болады. Алайда, мұны жасауға болмайды, себебі Рс-ға қатысты өрнек (165) трансцендентті. Сондықтан теңсіздіктің шешімі (165) теңсіздік (165) тепе-теңдікке немесе графоаналитикалық жолмен айналатын Рс шамасын таңдау арқылы алынады. Суррет 75те оның графикалық тұрғызулары көрсетілген. Сол жақ және оң бөліктеріне (165) сәйкес келетін осы екі сызықтың қиылысу А нүктесі (1 және 2) оң және сол бөліктері (165) тең мән береді. Бұл ұңғыманың забойына берілген жағдайда фонтандау процесін қамтамасыз ететін ең аз қысым болады. N сулануы ұлғайған кезде Гэф тиімді газ факторы тепе-тең азаяды, ал Rопт газының оңтайлы үлестік шығысы су-мұнай қоспасы тығыздығының артуы есебінен біршама артады. Сурет 75 – Ұңғымалар өнімінің әр түрлі сулануы кезінде фонтандаудың ең аз қысымын анықтау кезіндегі теңдеудің графоаналитикалық шешімі Сондықтан жаңа, ұлғайтылған N мәні үшін Гэф(Рс) және Rопт(Рс) желілерінің қиылысу нүктесі оңға (В нүктесі) ауысады. Осылайша, су басу ұлғайған кезде фонтандау үшін ең аз қажетті қысым ұңғыманың түбінде артады. Осылайша N түрлі сулықтар үшін фонтандаудың ең аз қысымын есептеуге болады және фонтандық өндіру тәсілінің мүмкіндіктерін болжау үшін Рс(n) Жаңа тәуелділігін алуға болады. Фонтандаудың ең аз қысымынан асатын Рс мәндерінің аймағы-бұл ұңғымада бөлінетін Гэф газының мөлшері ең аз қажетті Rопт-дан асатын аймақ. - Сур. 75 бұл аймақ сызылған. В нүктесінен солға (немесе тиісінше А нүктесінен аз сулану кезінде n) РС мәндерінің аумағы жатыр, бұл кезде фонтандау мүмкін емес, өйткені ұңғымаға түсетін газының мөлшері Гэф < Rопт . Осы параграфта келтірілген формулаларға бірнеше ескертулер жасау қажет. 1. Барлық формулаларда қысымды (Па) абсолюттік бірліктерде, яғни Ро атмосфералық қысымын ескере отырып алу керек. Осыған сәйкес (165) формулада α ерігіш коэффициенті м3 / (м3Па) өлшеміне ие) 2. Формулаларды шығару кезінде фонтандық құбырлар ұңғыманың түбіндегіна дейін түсірілді және Рб СКҚ башмакының қысымы Рс түбтік қысымына тең. 3. Егер құбыр башмағы кенжардан жоғары болса және Рб < Рс болса, онда барлық формулаларға Рс орнына Рб орнату қажет . 4. Егер газдың бөлінуі кенжарда емес, фонтанды құбырларда Lнас тереңдігінде басталса, онда барлық формулаларға Рс немесе Рб орнына Рнас қанығу қысымын және тиісінше L - Lнас орнына қою қажет. Lнас фонтандық құбырларында газдың бөліну тереңдігі (165) келесі түрде қайта жазамыз: , (166) Теңдік (166) L-ге қатысты шешілуі керек . Осы мақсатта белгілейміз , (167) , (168) (167) және (168)ескере отырып (166) былай жазылады: , (169) Өрнек (169) келесідей қайта топтастырылады: , (170) Бұл квадрат теңдеу, оның шешімі Бұл квадрат теңдеу, оның шешімі , (171) В (171) таңба тамырдың алдында минус түсіріледі, өйткені олай болмаған жағдайда нақты нәтиже алынады. (167) және (168) сәйкес А және В (171) мәндерін қойып, түпкілікті , (172) Рнас қысымы болуы тиіс Lнас тереңдігін анықтағаннан кейін РС ұңғымасының түбіндегі фонтандаудың ең аз қысымын анықтауға болады, Рнас қысымына lнас тереңдігінен Н ұңғыма түбіне дейін сұйықтық бағанасының гидростатикалық қысымын қосу арқылы, , (173) мұнда ρ - мұнайдың (сұйықтықтың) тығыздығы. жүктеу/скачать 9,92 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|