Кіріспе Каспий теңізі әлемдегі ең ірі құрлықішілік су қоймасы болып табылады, ол әлемдік мұхитпен байланысты емес. Ол Еуразияның орталық бөлігінде орналасқан және ауданы 398000 км 2-ден асады

Каспий теңізінің қойнауында Әзірбайжан, Дағыстан, Түркіменстан және Солтүстік-Батыс Қазақстанның белгілі "құрлықтағы" мұнай және газ кен орындарының жалғасуы, сондай-ақ материкпен байланысты емес көптеген басқа таза теңіз кен орындары жасырылған. Осы көптеген кен орындарын әзірлейді қазірдің өзінде ондаған және көңілінен шығып, әлемдік танымалдыққа. Өңірдегі геологиялық барлау жұмыстары Каспий теңізіндегі және оған іргелес аумақтағы бірқатар ірі мұнай-газ учаскелерін анықтауға мүмкіндік берді. Кейбір деректер бойынша көмірсутек ресурстарының әлеуеті мұнай баламасында кемінде 15 миллиард шартты отынды құрайды. Осы көрсеткіш бойынша ол мұнай және газ қорлары бойынша әлемде (Парсы шығанағынан кейін) екінші орын алады [9].

Әлсіз цементтелген құмтастардан тұратын мұнай және газ кен орындарын пайдалану кезінде әр түрлі асқынулар пайда болады, олардың арасында құмның көрінісін ұзақ және сыни деп бөлуге болады, өйткені ол мұнай мен газ өндіруде көптеген күрделі проблемаларды тудырады. Ең жиі кездесетін проблемалар-тау-кен ұңғымаларында тығын пайда болуы, қабаттың шатырының құлауы, ұңғыма ішіндегі жабдықтың эрозиясы, лақтыру желілерінде және басқа жер үсті жабдықтарында құмның тұнбасы. Бүгінгі күні қаттың кенжар маңы аймағын нығайтуға және құмның шығарылуын болдырмауға арналған бірқатар технологиялар бар, олар ұңғымалар кенжарының конструкциясына, пайдалану уақытына, геологиялық және температуралық параметрлерге байланысты пайдаланылады. Осы мақсатта ұңғымалардың төменгі шұңқыр аймағында резервуар жыныстарын бекітудің технологиялық, механикалық, химиялық және аралас әдістері қолданылады.

Жұмыстың өзектілігі. Ұңғымалардан құм шығару жер үсті және жер асты жабдықтарын пайдалану кезінде айтарлықтай қиындықтар туғызады, сонымен қатар ұңғыманың өнімділігін төмендетеді, бұл мұнай өндірудің тиімділігіне теріс әсер етуі мүмкін. Құмды бақылау әлсіз цементтелген резервуарлардан мұнай мен газды үнемді тиімді өндіру үшін қажет. Осылайша, құмды бақылаудың кешенді әдістерін және резервуардың Фес-ін бір уақытта сақтай отырып, төменгі шұңқырлы аймақты бекіту технологиясын жасау кең таралған міндеттердің бірі болып табылады және мұнай өнеркәсібінде жалғасуда.

1. ҰҢҒЫМАЛАРДЫ ПАЙДАЛАНУ КЕЗІНДЕ ҚҰМ ШЫҒАРУДЫ АЗАЙТУ ҮШІН ҚОЛДАНЫЛАТЫН ҚОЛДАНЫСТАҒЫ ТЕХНОЛОГИЯЛАРҒА ШОЛУ

1.1. Кенжар маңы аймағының коллекторының бұзылу және құм шығару себептері

Көп жағдайда төмен төзімді жыныстарда құмдар арасындағы цементтейтін материалдың рөлі саз фракциялары арқылы жүзеге асырылатыны анықталды, олар резервуардан ұңғымаға сұйықтық ағынын шақырған кезде оңай бұзылады. Сазды цементтің беріктігі-сазды шөгінділердің сусыздануына әкелетін геологиялық процестердің салдары. Адамның араласуы сазды бөлшектер мен олардың айналасы арасындағы Физика-химиялық тепе-теңдікті бұзады. Резервуардың сулануы кезінде құм түйірлері арасындағы тесіктердегі сұйықтықтың құрамы өзгереді, саз бөлшектері ісінуі мүмкін, нәтижесінде сазды цементтің беріктігі төмендейді.

Химиялық құрамы бойынша каолинит (Al2O3*2sio2*2H2O), смектиттер, иллиттер қоспасы болып табылатын сазды материалдар бір-біріне жалпақ беттерімен салынған жалпақ элементар таразылардың жеке пакеттерінен тұрады. Жеке элементар масштаб өте жұқа, бірақ ұзындығы мен ені өте үлкен. Бір-біріне жабысып, таразылар үлкен қалыңдықтағы агрегаттарды құра алады. Олар есебінде өз силикатты қабаттары, бірақ жоқ, қатаң бекітпенің бір-бірімен және оңай болуы мүмкін бөлінген бір-бірінен. Бір бөлшектің негізінен құрғақ байланыстырушы материалға іргелес негізге дейінгі қашықтық шамамен 0,98 нм болатындығы анықталды, ал суға батырылған кезде аралық қашықтық 4,0 нм-ге дейін артады. Осылайша, ісіну кезінде байланыстырушы бөлшектер бір-бірінен бөлініп, коллектордың негізін жылжымалы күйге келтіреді.

Тау жыныстарының сынуға төзімділігі тау жыныстарының дәндері арасында үйкеліс пен адгезия күштерінің болуымен сипатталады және формуламен анықталады:

τ = α*Pr+C, (1)

мұндағы τ-тұрақтылық күші, Па; α – үйкеліс коэффициенті; PR – тау қысымы, Па; С – ілінісу күші, Па.

Әдетте әлсіз цементтелген жыныстардың адгезия күші аз және тау жыныстарының қирауға төзімділігі негізінен үйкеліс күштерімен анықталады.

Сондай-ақ, коллектордың бұзылу процесіне капиллярлық күштердің әсерін ескеру қажет. Қалдық су цементтелмеген құмның тесіктерінде іргелес құм түйісу нүктелерін қоршап тұрған пекулярлық сақиналар деп аталатын кеңістікті алады. Интерфазалық кернеу σ және су мен қоршаған көмірсутек сұйықтығы (немесе газ) арасындағы беттің қисықтығы PK капиллярлық қысымын тудырады, бұл байланыс құм түйірлерінің өзара қысылуына әкеледі. Капиллярлық қысымның шамасы Плато формуласымен анықталады:

мұндағы R1 және R2 – қисықтықтың негізгі радиусы.

Екі құм түйірлерінің бір-біріне капиллярлық тартылыс күші өрнекпен анықталады:

Көмірсутекті сүзу кезінде құмның белгілі бір беріктігі байқалады, ал суды сүзу кезінде кеуекті ортаның су қанықтылығы артады, құм түйірлері арасындағы капиллярлық адгезия күштері жоғалады, нәтижесінде құм қарқынды түрде шығарылады.

Аздап тұздалған ерітінді мариголд сақиналарына оңай еніп, олардың мөлшерін арттырады және құмның адгезиясын азайтады. Сүзгіштігі төмен тұтқыр сұйықтықтар әлі жуылмаған құм аймақтарында судың қанығуын аз арттырады. Бұл жағдайда капиллярлық ілінісу сақталады және, тиісінше, жуылған құмның мөлшері азаяды.

Байланыстырушы саздардың ылғалдануы және капиллярлық күштердің әрекеті су ағып жатқан кезде өнімді коллекторлардың жойылуында шешуші болып табылады.

Төменгі ұңғыма аймағының бұзылуының негізгі себебі-ұңғыманың қабырғаларына қысым градиентінің жоғары мөлшері және сұйықтықтың сүзу жылдамдығы. Қысымның жоғары градиенттері және цементтейтін материалдың беріктігінің жеткіліксіздігі кезінде құмтас дәндері негізгі массивтен бөлініп, ұңғымаға шығарылады.

Ұңғыманы салу кезінде жуу сұйықтығының бағанының гидростатикалық қысымы төменгі шұңқыр аймағындағы кернеуді теңестіреді және ұңғыма қабырғаларының тұрақтылығын сақтауға көмектеседі. Ағынды шақырған кезде (ұңғыманы пайдалану) ұңғыманың тепе - теңдік күйі бұзылады, борпылдақ жыныстардың бұзылуы және пластикалық ағымы жүреді, резервуардағы сұйықтықтың кенжарға ауысуы кезінде сүзу процестерімен күшейеді.

Ағынның үлкен мәндерімен созылу күштері кенжардың бұзылуына және тау жыныстарының ұңғымадан шығарылуына немесе олардың кенжарға жиналуына әкеледі. Ұңғыманың жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, ұңғыманың түбіндегі қысымның төмендеуі және бұзылған аймақтың радиусы және мұнай горизонттарындағы кернеу соғұрлым жоғары болады. Тау жыныстарының серпімділік шегінен асатын сыни созылу кернеулеріне жеткенде, тау жыныстарының бұзылуы мүмкін, содан кейін құм ұңғымаға шығарылады.

Тау жыныстарын ұзақ уақыт жүктеу кезінде статикалық шаршау құбылысы байқалады, бұл коллектор материалының біртіндеп бұзылуына әкеледі. Статикалық шаршау деп аталатын статикалық жүктеме кезіндегі уақытқа тәуелділіктің болуын көптеген зерттеушілер атап өтті. Осыған байланысты көптеген мұнай, газ, газ конденсаты және су ұңғымалары әртүрлі құрылымдағы сүзгілермен жабдықталған. Олардың болуы төменгі шұңқыр аймағындағы кернеулердің қайта бөлінуіне, гидравликалық қарсылықтардың жоғарылауына, төменгі шұңқыр аймағындағы тау жыныстарының шаршау бұзылыстарына төзімділігінің артуына, құмның пайда болуының төмендеуіне және сүзу арналарының қайта құрылуына әкеледі.

Әлсіз цементтелген коллектордың бұзылу механизмі үлгінің бетінен конус тәрізді тау жыныстарының бөлінуі ретінде қарастырылады, оның шыңы жуу кезінде сүзу бағытына қарама-қарсы бағытта қозғалады. Теориялық болжамдардың негізінде төменгі шұңқыр аймағындағы кернеу жоғары жыныстардың салмағымен, сұйықтықтың қысымымен және жыныс қаңқасының кернеуімен жасалады деген болжам жатыр:

^P_г ^{ P}_пл^{ }cк^{, (5)}

мұндағы Рг-жалпы тау қысымы, МПа; Рпл-қабат флюидінің қысымы, МПа;

СК-жыныс қаңқасындағы кернеу, МПа.

Тау жынысының қаңқасындағы қалыпты кернеулердің бағыты резервуардың геологиялық және топографиялық жағдайларына байланысты.

Өнімді резервуарды ашқан кезде бос бет пайда болатындығына байланысты, қысымның барлық үш компоненті жақын аралық аймақта өзгереді, бұл кеуек коллекторының деформациясына және оның сүзу қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі.

Тау жыныстарының сығылу күші өнімді коллекторға жуғыш сұйықтықтың инераланбаған фильтраты әсер еткен кезде бірнеше есе азаяды.

Құмның пайда болуының, құм штепсельдерінің пайда болуының себептерінің бірі-ұңғымалардың кенжарларының дизайнын таңдаудың ашылу тәсілдеріне сәйкес келмеуі.

Өнімді қабаттарға қарсы корпус құбырларын тесудің қолданыстағы әдістері цемент тасының бұзылуына әкеледі, ал ашылған жерлерден едәуір қашықтықта, бұл Ұңғымаларды суландыруға және тіпті тұрақты коллекторларда құмды шығаруға әкеледі.

Бағандағы бойлық жарықтардың пайда болуы, цемент тасының тұтастығын бұзу, байланыс тығыздығының бұзылуы цемент тасы-жыныс, цемент тасы-корпус бағанасы құмды алып тастауға және құм кептелістерінің пайда болуына әкеледі.

Бұдан басқа, ұңғымаларды игеру кезінде, әдетте, өнімді горизонттардың кенжар маңы аймағын тұз-қышқылмен өңдеу (СҚО), қабаттың гидравликалық жарылуы (ГРП) арқылы ынталандырушы өңдеу жүргізіледі. Бұл операциялардың тән ерекшелігі – өнімді қабаттардың төменгі шұңқырлы аймағына жоғары артық қысым жасау-депрессия мен репрессия. Депрессия 15-20 МПа – ға жетеді, ал репрессия-30-50 МПа. Бекітпе элементтері мен ұңғыма сүзгісіне осындай жоғары гидродинамикалық жүктемелердің әсері – бағаналық кеңістіктегі қабаттардың бөлінуінің тығыздығын бұзудың негізгі факторларының бірі, бағаналық және қабаттық сұйықтықтардың ағындары, плантациялық сулардың ұңғыманың түбіне ағуы, өнімді суландыру және құм шығару.

Кішкентай депрессияларда кеуектіліктің жоғарылауына әкелетін ұсақ бөлшектердің (жұрнақ) ұзақ уақыт біртіндеп шығарылуы мүмкін. Ығысу күштерінің критикалық мәніне жеткенде кеуекті ортаның құрылымы құм бөлшектерінің ығысуына байланысты бұзылады.

Қираудың басталуы өлшемсіз коэффициентпен (К)сипатталатын тау жынысының кейбір шекті жалпы кернеулі күйімен байланысты деп саналады:

мұндағы с-тау жыныстарының бүйірлік таралу коэффициенті;

Н - өнімді қабаттың жату тереңдігі; g-еркін құлаудың үдеуі;

тау жынысының тығыздығы; рзаб-кенжар қысымы;

СЖ – жыныстың қысылу беріктігі.

К = 1 кезінде тау жыныстарының тепе – теңдігі және К>1 кезінде-шиеленіс күйі байқалады.

Пластикалық аймақтың Құмы құмның үстіңгі қабатының қысымымен анықталатын үйкеліс күшімен ұңғымаға шығарылудан сақталуы мүмкін. Пластикалық аймақтың кез-келген тереңдігіндегі қысым мөлшері құмның қалыңдығының салмағына және тау жыныстарының тау қысымына байланысты.

Сығымдау қысымының жоғарылауымен құмды шығару азаятыны анықталды; 0,3 МПа қысу қысымына жеткенде, құмды шығару тұрақтанады және тұрақты мәнге ие болады; сазды цементі бар құм қатайтуға бейім болуы мүмкін.

Көбінесе резервуардағы құм түйірлері арасындағы байланыстырушы рөлді ұңғыма сұйықтығының өзі орындайды. Мысалы, тұтқырлығы жоғары мұнай мен битум кен орындарында. Мұндай кен орындарында құмның резервуардан ұңғымаға өту қарқындылығы депрессияның мөлшеріне байланысты. Депрессия неғұрлым жоғары болса, құдыққа соғұрлым көп құм түседі. Алайда, ұңғыма сұйықтығының жоғары тұтқырлығына байланысты ұңғымада құм штепселі пайда болмауы мүмкін. Барлық құм мұнайда қалқыма күйінде қалады және онымен бірге жер бетіне шығарылады.

Техниканы, тұрақсыз коллекторлары бар Ұңғымаларды аяқтау технологиясын зерттеуге және дамытуға байланысты жұмыстарда коллектордың бұзылу себептерін жіктеу және пайда болу жағдайларына сүйене отырып, оларды үш негізгі топқа бөлу ұсынылады: геологиялық, технологиялық және техникалық. Бұл топтардың сипаттамасы келесідей:

1. Геологиялық факторлар: қойнауқаттың жату тереңдігі және қойнауқаттық қысым; тау-кен қысымының көлденең құраушысы; қойнауқаттың цементтелу дәрежесі, оның тығыздалуы және табиғи өткізгіштігі; өндірілетін флюидтің сипаты және оның фазалық жай-күйі; қойнауқаттық құмның сипаттамасы (бұрыштылығы, саздылығы); шоғырлы суларды шоғырға енгізу және цементтеуші материалдың еруі; құм шығарудың ұзақтығы.

2. Технологиялық факторлар: ұңғыманың дебиті; қаттағы репрессия мен депрессияның мөлшері; табиғи өткізгіштіктің нашарлауы (тері эффектісі); сүзу жүктемелері және құмның капиллярлық адгезиясының бұзылуы.

3. Техникалық факторлар: кенжардың құрылымы; сүзу жүретін кенжардың беті (қабатты ашу аралығы, перфорациялық каналдар ашық немесе бітелген және т.б.).

3-сурет-тұрақсыз коллекторлардың бұзылу себептері және құм шығару