Абатты гидравликалық жарудың түрлері

Қабатты гидравликалық жаруды енгізудің үлкен масштабтары және осы облыста жүргізілген көптеген теориялық және эксперименталды зерттеулер әртүрлі технологиялық схемаларың пайда болуына және жетілуіне әсер етті.

Мұнай қабатының немесе жеке өнімді объектілердің физика-геологиялық және пайдалану сипаттамаларына, сонымен қатар технологиялық схеманың тиімділік шартына байланысты қабатты гидравликалық жару тәсілінің қандай да бір түрі таңдалынады.

ҚГЖ түрлері жарықтардың бағытымен және санымен анықталады. Жарықтардың бағыты бойынша тік (вертикаль) және көлденең (горизонталь), ал олардың санына бойынша – бірнеше еселі (селективті) және аралық бойынша жару болып бөлінеді.

Сонымен қатар, ҚГЖ тәсілінің келесідей түрлері де бар: магнийлі гидравликалық жару; құм ағынды перфорациямен байланыстырылған гидравликалық жару; жарыққа құм енгізбей, қышқылмен көп этапты жару.

Тік гидравликалық жару

Қабаттың өткізгіштігі қалыпты және өте аз (нольге жақын) болғанда көлденең гидравликалық жаруды қолдану күтіліп отырғандай эффект берген жоқ. Сондықтан өнімді қабаттың орташа өткізгіштігін қабат қалыңдығы бойынша тік жарықтарды жасау арқылы көтеру туралы ойлар пайда болды.

Көп жағдайда өнімді қабатың қалыңдық бойынша өткізгіштігі қабат бойынша өткізгіштігінен 5-6 есе төмен және әртүрлі болып келеді. Демек, мұндай қабатарда қабатты қалыңдығы бойынша “тесіп өтетін” және бір мезгілде қабат бойынша таралатын жарықтарды жасаған тиімдірек болар еді. Мұндай пішінді жарықтардағы мұнайдың ағыны көлденең жарықтардағыға қарағанда жоғары болады.

Өткізгіштігі аз қабатқа абсолют фильтрацияланбайтын жару сұйықтығын айдау кезінде тек қана тік жарықтар түзілетіні теориялық жағынан дәлелденген. Бір жағынан, мұндай жарықтарда жасау үшін қажетті қысым көлденең жару кезіндегі қысымға қарағанда төмен. Бұл жанама және вертикаль тау қысымына байланысты.

Тік гидрожаруды қолдану 1953 жылы Сассек және Уайминг (АҚШ) мұнай кен орындарында басталды, себебі кәдімгі гидрожаруды пайдалану қажетті тиімділікті бермеді. Жүргізілген тәжірибелер тік гидрожару нәтижесінде алынған тиімділік көлденең гидрожаруға қарағанда жоғары екенін көрсетті.

Бірнеше еселі немесе аралық бойынша гидравликалық жару

Гидравликалық жарудың бұл түрінің мәні мынада: перфорациямен ашылған өнімді қабаттың шегінде бір емес, кезек-кезек бірнеше жарық түзіледі. Осыған байланысты қалыңдығы салыстырмалы түрде аз (2-4 м) біртекті мұнай қабатарда бірнеше еселі гидрожару жүргізу тиімді емес. Осылайша, қабатты бірнеше есе жару тәсілінің қолдану облысы қалың, өзара әсерлеспейтін қатты бөлшектенген қабатшалармен шектеледі. Мұндай қабатшаларда бірнеше есе гидрожаруды қолданудың тиімділігі жарықтардың өнімділігі әртүрлі болуына қарамастан кәдімгі гидрожаруға қарағанда сөзсіз жоғары болады. Көп еселі жаруды алу үшін, яғни қабаттың барлық фильтрациялық зонасы бойынша бірнеше жарықты жасау үшін тығындаушы зат керек. Тығындаушы затқа қойылатын талаптар келесідей: ол жарықтың немесе перфорациялық саңылаудың кірер жерін тығындау керек және жарықты жасау мен бекітуден кейін ұңғы өнімімен ығыстырылып шығуы немесе онда еріп кетуі керек, яғни тығындаушы зат жарықтан ұңғыға сұйықтықтың ағуына кедергі жасамау керек.

Тығындаушы заттарға кальций нафтанаты, жартылай эбонитті серпімді шарлар және әртүрлі напалдар жатады. Зертаханалық зерттеулер нәтижесі бойынша кальций нафтанаты құммен толтырылған жарықтарды тығындау үшін жарайтынын көрсетті. Бірақ, аз мөлшерде ол шөгіп, өзінің беріктігін, сусымалығын және сынғыштығын жоғалтады. Сондықтан оны пайдалану ұсынылмайды. Саңылауларды серпімді кішкене шарлармен тығындау шегендеуші колоннаның цементтік сақинасында бұзылыстар болған жағдайда мүмкін болмайды, себебі кішкене шарларды қолданбас бұрын колоннаның сыртындағы цеметтік сақинаның жағдайын зерттеу керек. Тығындау үшін напалдар ең жақсы материал болып табылады.

Мұнай қабатын бірнеше есе гидрожару келесі технологиялық схема бойынша жүреді: гидрожарудың ірбір операциясынан кейін құм тығыны жасалады, екі типті пакер қолданылады, гидрозатвор және перфорациялық саңылауларды серпімді кішкене шарлармен тығындау қолданылады.

Жартылай эбонитті шарларды пайдалану кезінде перфорациялық саңылаудардың өлшемін ескеру керек. Егер мұнай қабаты кәдімгі оқ-дәрілік перфорациямен ашылған болса, шарлардың диаметрі 16-18 мм болуы керек; ал егер бұл мақсатта кумулятитві префорация қолданса, шарлардың өлшемі 13 мм-ден аспау керек. Шарлар жасалған материал перфорация саңылауы арқылы сығылып өтіп кетпеу үшін жоғары салмақты көтеруі керек. Саңылаулардың шетінде кедір-бұдырлардың болуы немесе олардың формасының дөңгелекке сәйкес келмеуі саңылаулардың тығыз тығындалуна кедергі келтіреді. Сонымен қатар, шегендеуші құбырда жарықтар болған кезде перфорациялық саңылауларды тығындауға болмайды. Аталған кемшіліктердің әсерінен жартылай эбонитті кішкене шарларды пайдалану аясын шектейді.

Абразивті перфорациялы гидравликалық жару

Пайдалану колонналарын абразивті перфорациялауды 1960 жылдан бастап, ал гидравликалық жаруды абразивті перфорациямен қоса 1962 жылдан бастап қолдана бастады. Жасалған тәжірибелер айдау қарқыны бірдей болған жағдайда жарықты жасау үшін қажетті қысым абразивті перфорациямен қоса істелген гидрожару кезінде абразивті перфорацияға қарағанда ондаған аттмосфераға төмен екенін көрсетті. Қысымның төмендеуі гидрожарудан бұрын тығыз перфорация жасау кезінде де байқалған.

Жүргізілген тәжірибелердің нәтижелері бұл екі тәсілді қатар қолдану барысында ұңғыдан өндірілетін мұнай шығымының қатты өсуі байқалмайтыны көрсетті.

Ұңғының түп маңы аймағына әсер еткен кезде мұнай шығымының өсуі жару сұйықтығы және сұйықтық-құмды қоспа абразивті перфоратормен жасалған каналға түскен жағдайда болады. Демек, абразивті перфорациямен қоса жүргізілетін гидрожару технологиясын жару және құм тасығыш сұйықтықтар абразивті перфорация каналы арқылы таужынысына қарай бағытталатындай етіп өзгерту керек.

Магнийлі гидравликалық жару

Қабатты магниийлі гидравликалық жару кәдімгі гидрожару технологиясы бойынша жүргізіледі. Өлшемі 0,2-2 мм немесе ұнЕАҚ түріндегі магниий құм тасығышпен бірге жарыққа айдалады, сонан соң 15%-тік тұз қышқылы айдалады. Оны басу үшін гидрожару кезінде қолданылған сұйықтық алынады, бірақ оның көлемі құбырлардың немесе колоннаның көлемінен біршама көп болады.

Экзотермиялық реакцияны алу үшін қажетті қышқыл мөлшері 1 кг магнийға 35-40л болып табылады. Экзотермиялық реакцияның нәтижесіндегі бөлінетін жылу мөлшері 5000 ккал, ал жыныстың қызу температурасы 100-130 С дейін жетеді. Мұндай температура парафин мен шайырлы-асфальтенді заттарды ерітуге жеткілікті.

Ваккумды ыдысты гидравликалық жару

Егер вакуумды ыдысты белгілі бір тереңдікте ұңғы ішінде орналастырып қандай да бір тәсілмен бұзсақ, онда пайда болған толқындардың күші қабатты гидравликалық жаруға қажетті гидродинамикалық қысымды ауыстыруы мүмкін.

Мұнайлы қабатарды гидравликалық жару барысында айдалатын сұйықтықтың қысымы әсерінен жарық қабаттың ең әлсіз бөлігінде түзіледі. Кейбір жағдайда мұндай жарықтар қабаттың өнімді емес бөлігінде түзіледі. Мұндай жағдайларды соқпа толқындарды пайдаланған кезде болдырмауға болады, яғни соқпа толқыннның күшін өнімді қабаттың мұнайға қаныққан бөлігіне бағыттауға болады.

Соқпа толқындарды пайдаланып жүргізілген гидравликалық жару алғаш рет Огайо кен орнындағы (АҚШ) тереңдігі 305 м газ ұңғысында қолданылды. Ұңғы түбіндегі қысым 210 атм кезінде сұйықтық айдау арқылы гидравликалық жаруды жүргізу ешқандай нәтиже бермеді.

Соқпа толқынның күшін пайдалану мақсатында ұңғыға диаметрі 101 мм, ұзындығы 610 мм ыдыс түсіріп, оны өнімді қабатың маңында орналастырды. 140 атм артық қысым және айдау жылдамдығы 1,3л/сек кезінде ұңғыны сумен толтырған соң сағалық қысым 49 атм-ге дейін түсіп кетті. Айдау қарқыны 13,2 л/сек кезінде ұңғы сағасындағы қысым 112 атм-ге дейін көтерілді, яғни ұңғының қабылдауы 10 есе артты, ал бұл өз кезегінде ыдыстың бұзылғанын және жарықтың пайда болғанын дәлелдеді. Осы операцияны жүргізген соң ұңғының тәуліктік шығымы 2 есе артты.

Вакуумды ыдыстың бұзылуы кезінде сұйықтық бір мезетте (секндтың мыңнан бір бөлігінде) вакуумды кеңістікті толтыруға ұмтылады. Бұл мезгілде қабаттық сұйықтық осы кеңістікті толтыруға ұмтылады, бұл кеуекті каналдардың тазаруына әсерін тигізеді. Осы сәтте қозғалыстағы сұйықтың тоқтауы салдарынан ыдыстың маңайында көлемі бойынша аз, бірақ күші мықты сығылу толқыны пайда болып, ұңғы қабырғасына жылжитын соқпа толқынға айналады. Оның максимал мәні артық және гидростатикалық қысымдардың қосындысынан екі есе үлкн болады. Пайда болу көзінен алшақтаған сайын соқпа толқынның амплитудасы төмендейді. Соқпа толқынның көзінен фильтрдің перфорациялық саңылауларына дейінгі арақашықтығы 5-6 см-ден аспайтындықтан, толқын күші жарық жасауға жеткілікті болады.

Соқпа толқыннның күші ыдысқа түскен қысымның мәніне және вакуумды кеңістіктің көлеміне байланысты болады.

Қабатты құм енгізбей қышқылмен бірнеше кезеңді жару

Құм енгізбей қабатты жару мұнай кәсіпшіліктерінде ғана емес, сонымен қатар барлау ұңғыларын сынау және меңгеру кезінде де қолданылады.

Қабатты түзілген жарықтарға құм енгізбей қышқылмен бірнеше кезеңді жаруды тығыз гранулалы жыныстардан түзілген (өткізгіштіктері бірнеше немесе ондаған миллидарси болатын құмтастар мен саздардың кезектесіунен құралған) қабатттарда жүргізу ұсынылады. Сонымен қатар, бұл тәсілді туфогенді, корбонатты, жарықшақты жыныстардан түзілген қабаттарда және пайдалану ұңғыларының түп маңы аймағының жыныс кеуектерінде уақыт өте кальций, магний және т.б. тұздары шөгетін (жыныстардың өткізгіштігін төмендетіп, сұйықтықтың қабатттан ұңғыға жылжуына кедергі келтіретін) кездерде қолдануға болады.

Қабатты түзілген жарықтарға құм енгізбей қышқылмен бірнеше кезеңді жару (гидроқышқылды жару деп те аталады) алғаш рет 1957 жылы енгізілген.

Қабатты бірнеше кезеңді қышқылмен жару технологиясының мәні мынада: ұңғының түп маңы аймағына әсер ету мақсатында қышқылды өңдеу мен гидравликалық жару қатар қолданылады (айдау қарқыны және қысымы жоғары жағдайда). Бірнеше кезеңді жару кезінде тұз қышқылдарының әсерінен жыныстардың кеуектері карбонаттардан босайды, ал мұнайлы бөліктегі сазды бөлшектер ериді және жыныстардың сыналануы жүреді. Осылайша бірнеше кезңді қышқылмен жару кезінде бір технологиялық процесс барысында екі физика-химиялық әсер ету жүреді.

Қабатты гидравликалық жару тәсілін тиімді қолдану үшін игеру объектілерін таңдау шарттары

Қабатты гидравликалық жару әдісін қолдану объектілерін таңдау белгілі геолого – техникалық шарттармен шектелген, бұл шарттарды орындамау ҚГЖ – дың тиімділігінің төмендеуіне немесе кері нәтижелерге әкелуі мүмкін. Геологиялық жағдайларды және ҚГЖ – ды қолданудың тәжірибесін анализ жасау негізінде ҚГЖ жүргізу баянды нәтиже беретін объектілерді таңдау шарттары жасалған.