|
Читайте также: |
1. Асқарова У. Б. Экология және қоршаған ортаны қорғау А. 2004
2. Молдахметов З.М., Газалиев А.М., Фазылов С.Д. «Экология негіздері». Қарағанды, 2002
3. Дарибаева А.О., Оразбаева Р.С. «Экология негіздері». Астана, 2001
4. Ә. Бейсенова, А. Самақова «Экология және табиғатты тиімді пайдалану»Алматы, 2004
5. Оспанова Г.С. Экология А. 2002 ж
Дәріс 2 тақырыбы Мұнай және газ туралы жалпы түсінік және олардың сипаттамалары Мақсаты; Студенттер мұнайдың құрамымен, ашылу тарихы, қасиетімен, өнімдері, қолданылуы жайлы мағлұмат беру, экологияға әсерін біледі. Өткен тақырыпты пысықтай отырып, оны талдау.
Қарастырылатын сұрақтар:
1. Мұнайдың шығу тарихы
2. Мұнай құрамы және қасиеті
3.Мұнай өнімдері
4.Ұнғыма бұрғылау тәсілдері және оның қоршаған орта компонеттеріне әсері
Лекцияның қысқаша мазмұны:
1.Ертеректе «тас майы» деп аталған мұнайдың болашағы зор екенін болжаған орыс ғалымы М.В. Ломоносов, Пенсильваниядаең алғаш рет мұнай ұңғымасы бұрғыланғанға дейін жүз жыл бұрын, мұнайдың шығуы жайлы өзінің бірегей теориясын ұсынған еді. «Жер қойнауында тереңнен орналасқан шымтезекті шөгінділерден жерасты ыстығымен қою, майлы материя шығарылып, саңылаулар арқылы ағады... Бұл дегеніміз – сирек, әртүрлі сұрыпты, жанатын және құрғақ, қатты материялардың пайда болуы, бұл тас майы – мұнайдың негізі...», – деп жазады 1763 жылы М.В. Ломоносов.
Мұнайды қыздыру кезінде мұнайға біраз ұқсайтын қарамайларды беретін көмір мен тақтатастардан шығу теориясы да орыс ғалымдары – академиктер Паллас пен Абихтікі болған еді. Алайда ол кезде олардың қорытындыларының мұнайды іздестіруде практикалық мағынасы аз еді.
Ең жемісті болғаны өткен ғасырдың соңында Д. И. Менделеев ұсынған мұнайдың бейорганикалық шығу теориясы еді. Ұлы орыс химигінің айтуы бойынша, жер шарының орталық ядросы темір және құрамдарында көміртегі бар басқа металдардың қоспаларынан құралады. Жер қыртысындағы жарықтардан өткен сулардың әсерінен бұл ядро жеңіл көмірсуларды – ацетилен,этилен және т.б. түзеді. Жер жарықтары арқылы жоғары жер қыртысының суық бөліктеріне көтеріле бере олар мұнайдың негізгі құраушы бөліктері болып табылатын ауыр көмірсулар қоспасына айналады.
Харичков және басқа да орыс ғалымдары мұндай әдіспен табиғи мұнайға ұқсас сұйық – жасанды мұнайды алды. Д.И. Менделеев теориясы бойынша мұнай қарқынды тау түзілу орындарында кездеседі. Мұны жиі бақылауға болады, сондықтан Д.И. Менделеев қорытындыларын барлаушылар мұнайды іздеуде көп уақыт қолданды. Мұнай өнеркәсібінің дамуы барысында, әдетте, мұнай кездесуі тау түзілу процестері қосымша фактор болып табылатын жағдайларда кездесетініне көз жетті.
Мұнай көбінесе теңіздің түбінде, соның ішінде жағажайлық шөгінділерде жиі табылады. Сірә, теңіз өсімдіктері мен жануарлары қалдықтары судың түбіне жинақтала беруінен болар. Өйткені онда су ағысы болмайды, ол тыныштықта тұратындықтан, оған ауаның келуі қиындай түседі. Ауаның әсерінен бұл қалдықтар тотығар еді, ал ауа болмағандықтан, бактериялардың әсерінен бұл қалдықтар құрамы бойынша мұнайға ұқсас, бірақ оларда толығымен мұнайға айналмайтын процестер өтеді. Мұндағы түсініксіз жайт: осы қалдықтардан мұнай қалайша түзіледі? Әңгіме мынада: онда хлорофилдің, яғни өсімдіктердің жасыл түсі негізінің және басқа да екі жүз градустан жоғары температурада тұрақсыз болатын заттардың қалдықтары табылған. Ал барлық мұнайға жақын өнімдерді алатын белгілі химиялық реакциялар тек жоғары температураларда өтеді.
Ақыры 1930 жылы ірі кеңес ғалымы – академик Н.Д. Зелинский бұл жерде катализ, яғни өздері аз өзгеріске ұшырайтын заттардың әсерінен химиялық өзгерістерді тездететін құбылыс орын алатынын дәлелдеді. Катализаторлармен өсімдіктерге, бактериялық әсердің өнімдеріне жақын орналасқан заттарға әсер етіп, ол жасанды мұнайды екі жүз градустан төмен температурада алды. Осылайша сұрақтың жауабы шешілді, бірақ түпкілікті емес: ол тәжірибесінде қолданған катализаторлар табиғатта болуы мүмкін емес, олар өте тұрақсыз еді.
Табиғатта мұнай түзілуді іске асыратын заттарды ұзақ іздегеннен кейін химия ғылымдарының докторы, профессор Андрей Владимирович Фрост бұл, әдетте, мұнай қыртыстарын жауып тұратын кейбір сазбалшықтардың қатысымен болатынын анықтады. Өсімдіктер және жануарлар қалдықтарымен бірге тұнып, сазбалшықтар, жануарлар сүйектері мен микроағзалар кейін мұнай түзетін фактор болып табылатын материалдың негізін түзеді. Лай – бұл сазбалшық, өсімдік және басқа да қалдықтардың түр өзгерген қоспасы – бактериялардың әсерінен құмды және басқа да кеуекті тау жыныстарымен қапталады. Олар, өз кезегінде, мұнай мен су өтпейтін сазбалшық және басқа да тау жыныстарының қабаттарымен қапталып, температурасы шамамен жүз градустай қабаттарға дейін түседі. Мұнда мұнай түзілу процесі аяқталады; құрамында лай болатын мұнай біртіндеп қабаттасады да, біз мұнай кенорындарынан табатын кеуекті тау жынысына енеді.
Мұнайдың шығуының жаңа теориясының зор тәжірибелік маңызы бар. Ол мұнайшы-геологтарды мұнайдың түзілу жағдайларын анықтау әдісімен таныстырады. Мұнай қалай пайда болатынын білетін кен барлаушылары оны іздеу орындарын тез анықтайды. Геологиялық жағдайларға байланысты мұнайдың болатын жерлерін және оның мүмкін орын ауыстыру жолдарын анықтауға болады.
Заманауи ғылымда мұнайдың шығуы туралы екі негізгі гипотезалар бар.
1.Мұнайдың органикалық – жыныстық – миграциялық түзілу теориясы. Вассаевич мұнайдың ожм түзілу теориясын ұсынған. Бұл теорияда екі аргументация бар:
1. Геологиялық аргументация.
А) көптеген мұнай қорлары жыныстық қорлармен кездеседі. Жер жыныстары мұнай үшін сыйымдылықта және мұнай түзілу ортасы да болады.
Б) мұнай, көмір, битум түзілуі өзара байланысты.
В) мұнай түзілу процестері барлық дәуірлерде жүрген. «Мұнай жасы» 500 млн немесе 20-30 млн жыл болуы мүмкін.
2. Геохимиялық аргументация.
А) Мұнайда және жер жыныстарының битумоидтарында (хлороформмен бөлініп алынған бөлігі) биогенді табиғаты бар оптикалық активті заттар. Оларды биологиялық маркер деп атайды.
Б) Жер жыныстарының битумоидтарындағы және мұнайдағы жеке көмірсутектердің мөлшерінің қатынасы ұқсас болады.
3. Органикалық теория бойынша мұнайдың түзілуінің көзі бұл төмен өсімдіктік және жануарлардың, организмдердің органикалық қалдықтары. Бұлар суда өмір сүрсе планктон, судың түбінде өмір сүрсе бентос деп аталады. Бұл заттарды түзуде бактериялар ролі өте маңызды. Ағзалар ыдырауы кезінде мынадай химиялық заттар түзіледі: гумустық лигнинді, көмірсулар (клетчатка), белоктар (амин қышқылдары), шайырлар (липидтер), стероидтар, шайырлы қышқылдар (янтарь), көмірсутектер (терпендер). Бастапқы түзілген субстрат бактериялар әсерінен бактериялық биомассаға айналады. Осының нәтижесінде белок тәріздес заттар мөлшері 100-200 есе, амин қышқылдары мөлшері 10-20 есе, көмір қышқылдар 12-20 есе, липидтер мөлшері 4-8 есе кемиді. Сондай-ақ, полимерлену мен поликонденсация жүреді. Нәтижесінде хераген түзіледі. Хероген тотыққанда ондағы сутек мөлшері 8-10% → 3-4% кемиді. Күкірт мөлшері 8-10% шейін артады. Хераген жер жынысына сорбцияланып, органо-минералды комплекс түзеді. Осы тұнба 100-200 м тереңдікке түскенде анаэробты, бактериалды немесе диагенетикалық процестер тоқтап, органикалық заттар тотығуы азаяды. Хераген катагенетикалық немесе физика химиялық өзгерістерге жоғары қысым мен температура әсерінен ұшырайды. Тереңдікке – қысым мен температураға байланысты мынадай сатылар болады:
а) 1,5-2 км тереңдік, температура 50-60°С болғанда декарбоксильдеу, дегидротация, шеткі функционалдық топтардың түзілуі жүреді. Нәтижесінде су, аммиак, көмірқышқыл газы, метан, күкіртсутегі бөлінеді.
б) 2-3 км тереңдік, 80-170°С температура херогеннің деструкциясы жүреді. Битумоидтар түзіледі. Бұл алкандар, циклоалкандар, гетероциклді қосылыстар, шайырлі асфальтенді қосылыстар комплексі. Бұл саты мұнай түзілуінің басты фазасы – МБФ (ГФН). Көмірсутектер түзілуімен қатар олардың резервуарларға жинақталуы де жүреді.
в) МБФ аяқталған соң 4-6 км 250°С кероген өзгеріске ұшырайды:
1) кокстік сатысы;
2)көмірсутектік газдар көп түзіледі, яғни бұл саты газ түзілуінің басты фазасы ГБФ.Бұл фаза аяқталғанда кероген құрамында С 85-90%, Н – 1,5-3% болады.
г) 6 км-ден артық тереңдікте,мұнда газ өнімдерін жоғалтып, көмірге айналады. Бұл саты антрацит сатысы деп аталады.
2. Биогенді теориямен қатар, мұнайдың шығуының абиогенді (бейорганикалық) теориясы дамыды. Мұнайдың бейорганикалық түзілуінің үш түрлі гипотезасы:
1) Менделеевтың абиогенді немесе карбидтік гипотезасы (1978ж). Осы теория негізіне металдардың балқыған карбидтерінің сумен әрекеттесіп көмірсутектердің түзілу мүмкіндігі жатыр:
CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2
Түзілген көмірсутектер жоғарғы қысым мен температура әсерінен жоғары көтеріліп жердің беткі қабатына келеді. Бұл теория бір кен орнында мұнай құрамының алуан түрлі болуын, сондай-ақ мұнайды құрамында тірі организмдер қалдықтары бар шөгінді жыныстардар табатындығын түсіндіре алмады.
2) 1892 жылы В.Д. Соколов мұнайдың бейорганикалық шығу тегінің «космостық» теориясын ұсынды. Осы гипотезаға сәйкес мұнай Жер мен Күн жүйесінің басқа да планеталары түзілу сатысында космостық материяның басқа түрлерімен Жерге түсуі мүмкін космостың біріншілік көмірсутектері-нен түзіледі. Бұған да негіз бар, өйткені кометалар көмірсутекті газдар мен көміртек атомының бар екендігі анықталған, ал сутегі болса космоста кең тараған.
3) 1960 жылы Н.А. Кудрявцев мұнайдың шығу тегінің «магматикалық» гипотезасын ұсынды. Бұл гипотезаға сәйкес мұнай магмада азғана мөлшерде түзіледі, ал сосын кеуек құмдақты толтыра отырып сызаттар мен жыраттар арқылы жоғары көтеріледі. Автор екі түрлі реакцияға сүйенген: 1) Фишер реакциясы (СО және Н арасындағы реакция), 2) көмірсутектердің бос радикалдардан түзілу реакциясы.
Бұл процестер қазір де жалғасуда.
2.Мұнай (персия тілінен neft- тұтанатын) – жанғыш, майлы, түсі – кен орнына байланысты ашық қоңырдан қара- қоңырға дейін болатын, өзіне тән иісі бар сұйықтық. Ол судан жеңіл, тығыздығы 0,80- 0,95 г /см, суда ерімейді, органикалық ерткіште ериді.
Мұнай – органикалық заттар қоспасы, кен орындаына байланысты мұнайдың сапалық –сандық құрамы әртүрлі.
Кез келген мұнайдың құрамына үш түрлі, қаныққан, циклопарафин, арамат көмірсутектер кіреді. Мұнайда көмірсутектердің басқа қосындылары бар. Олар – органикалық қышқылдар, Н2 S, күкірторганикалық қосылыстар. Шығарылатын мұнайда судан бөлгенде, өңдеуге жіберілетін тауарлық мұнай алынады.
Мұнай – судан жеңіл, өзіне тән иісі бар, көбінесе кара түсті болып келетін жанғыш майлы сұйықтық. Оның түсі жоғары молекулалы шайырлы заттардың құрылысы мен санына байланысты, ашық сары түстен қараға дейін өзгере алады, кейбір мұнайлар жарыққа шағылысқанда жасыл немесе пурпур түске флуоресцирленеді.Мұнайдың сапасы және оны әрі қарай өңдеу маңызды физикалық және химиялық сипаттамалармен аныкталады.
Мұнай түрлері бір-бірінен мынадай қасиеттері бойынша ерекшеленеді: түсі, тығыздығы, қайнау температурасы, тұткырлығы, химиялық кұрамы, ұшқыштығы. Дегенмен кез-келген мұнай – суда мүлдем ерімейтін, құрамы бойынша – көп компонентті (бірнеше мың әртүрлі химиялық қосылыстар) көміртек атомдарының саны 100-ге дейін жететін және одан да көп гетероорганикалық қосылыстар мен кейбір металдардың коспасынан тұратын көмірсутектердің күрделі коспасы. Мұнайдың химиялық құрамының әртүрлілігіне қарамастан оның элементік құрамы бес химиялық әлементтің – көміртек, сутек, оттек, күкірт, азоттың міндетті түрде болуымен сипатталады. Мұнай мен мұнай өнімдерінің көп бөлігін көміртек (83-87%) және сутек (12-14%) құрайды
Гетероатомдық косылыстардың мөлшері мұнайдың жасы мен шығу тегіне байланысты. Гетереатомды гетероорганикалык косылыстар - кұрамында күкірт, азот және оттегі бар қосылыстар, сонымен қатар барлык мұнайда болатын минералды қосылыстар. 1.2 сурет – Мұнайдын химиялық кұрамының диаграммасы Шикі мұнай келесі фракциялардан тұрады (1.1 кесте). Кұрамына байланысты жеңіл және ауыр мұнай деп бөледі. Жеңіл мұнайдың кұрамында аз мөлшерде май фракциясы болады, бірақ ол өте сирек кездеседі. Жеңіл мұнайда әдетте бензин, нафталар мен керосин, ал ауыр мұнайда газойль мен мазут көп болады. Бензин мөлшері шамамен 20-30% болатын мұнай көп кездеседі. Мұнайдың және мұнай өнімдерінін тауар ретіндегі сапасы әртүрлі технологиялык параметрлермен сипатталады және бұл көрсеткіштер әр алуан. Фракциялык және химиялык кұрамынан баска негізгі көрсеткіштері: - тығыздығы; - молекулалық массасы; - тұткырлығы; - температуралык сипаттамалары (тұтану, лаулау, өздігінен лау-лау, кату температурасы және баскалары). Оптикалық қасиеттері. Мұнай мен мұнай өнімдеріне флуоресценсия мен оппаласценсия (жарықтың шашырау) кұбылыстары тән. Ерігіштік. Мұнайда йод, күкірт, күкіртті сутек, күкіртті қосылыстар, шайырлар, өсімдіктер мен жануарлар майлары, ауа, көміртек оксидтері, газды алкандар және т.б. жақсы ериді. Мұнай мен мұнай өнімдері суда іс жүзінде ерімейді. Жылулық қасиеттері. Мұнайдың жылу өткізгіштік, жылусыйымдылық және басқа да жылулық-физикалық қасиеттері оның құрамындағы көмірсутектердің молекулалық массасына және молекулалық құрамына, жылуөткізгіштік температураға, жылусыйымдылык тығыздық пен температураға байланысты. Жоғары жылуөткізгіштік алкандарға, би- және үшциклдік тармақталған кұрылымдарға тән. Алкандардың жылу өткізгіштігі ең жоғары, ал ароматты көмірсутектердікі ең төмен болып саналады.
1987 жылы мұнайлардың тығыздығы бойынша жалпы жіктелу схемасы қабылданған:
– жеңіл мұнайлар – 870,3 кг/м3;
– орта – 870,3-920,0 кг/м3;
– ауыр – 920,0-1000 кг/м3;
– өте ауыр – 1000 кг/м3 жоғары, тұткырлығы 10000 мПа/с кем емес;
– табиғи битумдар – 1000 кг/м3, тұткырлығы 10000 мПа/с жоғары.
Химиялық классификация мұнай кұрамында бір немесе бірсыпыра көмірсутектер кластары басым болуына негізделген. Бұл классификация бойынша мұнайдың алты түрін ажыратады:
1) парафинді;
2) парафин-нафтенді;
3) нафтенді;
4) парафин-нафтен-ароматты;
5) нафтен-ароматты;
6) ароматты.
Сонымен қатар мұнайлар физикалық сипаттамалар бойынша жіктеледі. Күкірттің массалык үлесі бойынша азкүкіртті мұнай – I класқа, күкіртті – II класка, жоғарыкүкіртті – III класқа, аса жоғары күкіртті – IV класқа жатады.
3.Мұнай өнімдері – көмірсутектер мен олардың туындыларының қоспасы; мұнай мен мұнай газдарынан алынатын жеке химиялық қосылыстар. Мұнай өнімдері отын, майлар, битумдар, ауыр көмірсутектер және әр түрлі мұнай өнімдері сияқты негізгі топтарға бөлінеді. Отын негізіндегі мұнай өнімдеріне көмірсутекті газдар мен бензин, лигроин, керосин, дизель отыны, мазут, т.б. жатады. Мұнайға серік газдар пайда болуы жөнінен табиғи газдарға жатады. Олардың бұлай ерекше аталуы мұнай кенімен бірге кездесуіне байланысты – олар мұнайда еріген күйде болады немесе мұнай кенінің үстін "бүркеп" жатады. Мұнай жоғары көтерілгенде, қысым кенет төмендейді, газдар сұйық мұнайдан бөлініп шығады.
Ертерек кезде мұнайға серік газдар пайдаланылмайтын, мұнай өндіретін жерде оны жағып жіберетін. Қазір ондай газдарды жинап алады, өйткені олар, табиғи газ сияқты жақсы отын және бағалы химиялық шикізат болып табылады. Құрамында метанмен бірге басқа да көмірсутектер: этан, пропан, бутан, пентанның едәуір мөлшері болғандықтан, серік газды пайдалану мүмкіндігі табиғи газға қарағанда тіпті едәуір кең. Сондықтан табиғи газға қарағанда химиялық өңдеу жолымен серік газдан заттарды көп мөлшерде алуға болады. Серік газдарды тиімді пайдалану үшін оларды құрамдары жақын қоспаларға бөледі. Пентан, гексан және басқа көмірсутектердің қалыпты жағдайда сұйық күйде болатын қоспалары газды бензин түзеді(олар мұнайдан ішінара газбен бірге ұшып шығады). Одан кейін пропан мен бутанның қоспасы бөлінеді. Газды бензин мен пропанбутан қоспасын бөліп алғаннан кейін құрғақ газ қалады, оның басым көпшілігі метан мен этан қоспасынан құралады.
Газды бензин құрамында өте ұшқыш сұйық көмірсутектер бар, сондықтан оны двигательдерді от алдырған кезде тез тұтандыру үшін бензинге қосады. Пропан мен бутан сұйылтылған газ түрінде, жанармай ретінде тұрмыста пайдаланылады. Құрамы жөнінде табиғи газға ұқсас құрғақ газ ацетилен, сутегі және басқа да заттар алу үшін, сол сияқты отын ретінде пайдаланылады. Мұнайға серік газдар химиялық өңдеуге арналған және жеке көмірсутектер – этан, пропан, н-бутан, т.б. бөлініп алынады. Ал олардын қанықпаған көмірсутектер алады. Мұнай – молекулалық массалары әр түрлі, қайнау температуралары да бірдей емес көмірсутектердің қоспасы болғандықтан, айдау арқылы оны жеке фракцияларға(дистиляттарға бөледі, мұнайдың құрамында С5 – Сn көмірсутектері бар және 40-200°С аралығында қайнайтын бензин құрамында С8-С14 көмірсутектері болатын 150-200°С аралығында қайнайтын лигроин, құрамында С12-С18 көмірсутектері болатын және 180-300°С аралығында қайнайтын керосин алады, бұлардан кейін газойль алынады. Бұның бәрі – ашық түсті мұнай өнімдері. Бензин ұшақ пен көліктердің поршенді двигательдері үшін жанармай ретінде қолданылады. Сол сияқты бензин майды, каучукты еріткіш ретінде, матаны тазартуға, т.б. қолданылады. Лигроин трактор үшін жанармай болады.
Керосин – трактор, реактивті ұшақтар мензымырандардың жанармайы. Ал газойльден дизель жанармайы өндіріледі. Мұнайдан ашық түсті өнімдерді бөліп алғаннан кейін қара түсті тұтқыр да қоймалжың сұйықтық қалады, ол – мазут. Қосымша айдау арқылы мазуттан автотрактор майы, авиация майы, дизель майы, т.б. жағармайлар алады. Мазутты өңдеп жағрмай алумен қатар оны химиялық әдіспен өңдеу арқылы бензинге айналдыруға болады, бу қазаны қондырғыларында сұйық отын ретінде пайдаланылады.
Мұнайдың кейбір сорттарынан қатты көмірсутектер қоспасы – парафиндер алынады; Қатты және сұйық көмірсутектерді араластырып вазелин алады. Табиғи газ – жер қойнауында анаэробты органикалық заттарндың ыдырауынан пайда болған газдар қоспасы.
4.Ұңғыма туралы түсінік. Ұңғыма — тау жыныстарының қалыңдығына салынатын тереңдігі бірнеше метрден бірнеше километрге дейін, диаметрі 75 мм жоғары болатын дөңгелек қималы кен қазбасы. Ұңғыма элементтері: сағасы — бетке шығатын жері; забой — түбі; оқпан немесе қабырға — бүйірлік беті. Оқпан осі бойымен сағадан забойға дейінгі арақашықтық — ұңғыма ұзындығы, ал тігінен ось проекциясы бойынша арақашықтық оның тереңдігі болып табылады.
Ұңғымаларды, әдетте бір аралықтан екінші аралыққа диаметрді азайта отырып бұрғылайды. Әдетте, бастапқы диаметрі 900 мм-ден аспайды, ал соңғысы 75 мм-ден аз болуы сирек. Ұңғымалардың тереңдеуі забойдың бүкіл ауданы бойымен (тұтас бұрғылау) немесе оның шеткі бөліктері бойымен (ұстандық бұрғылау) жыныстарды бұзу арқылы жүзеге асырылады. Соңғы жағдайда ұңғыма ортасында жыныс-өзек (жыныстың цилиндрлік бағаны) қалады, оны өткен қима жыныстарын зерделеу үшін беттік қабатқа оқтын-оқтын көтеріп отырады. Ұңғымаларды құрлықта да, теңізде де арнайы бұрғылау қондырғылары арқылы бұрғылайды. Мұнай мен газды өндірудің үздіксіз өсуі тек ондаған жаңа мұнай мен газ кен орындарын барлауды және пайдалануға беруді қамтамасыз ететіндей мыңдаған ұңғымаларды бұрғылаған жағдайда ғана мүмкін болады.
Ұңғымаларды бұрғылау тәсілдері. Мұнай мен газ ұңғымаларын бұрғылау кезіндегі барлық механикалық бұрғылау кезіндегі барлық механикалық бұрғылау тәсілдерінің ішінде айналмалы бұрғылау кең қолданылады. Айналмалы бұрғылау кезінде жыныстардың бұзылуы қашауға біруақытта жүктеменің және айналдырушы моменттің әсер етуі нәтижесінде жүзеге асады. Жүктеме әсерінен қашау жынысқа енеді, ал айналдырушы момент әсерінен оны опырады, бөлшектейді және қажайды.
Бұрғылаудың — роторлық және забойлық қозғалтқыштарды (турбобұрғы немесе электробұрғы) пайдаланатын екі тәсілі бар. Ротарлық бұрғылау кезінде қозғалтқыштың қуаты шығар арқылы роторға мұнараның орталығындағы ұңғыманың сағасының үстінде орнатылған айналмалы механизмге беріледі. Ротор бұрғылау бағанасын қашаумен бірге айналдырады. Бұрғылау бағанасы жетекші құбырдан және оған ауыстырма көмегімен винттелген бұрғылау құбырынан тұрады. Забойлық қозғалтқышпен бұрғылау кезінде қашау білікке, ал бұрғылау бағаны, әдетте ротормен айналмайды.
Сонымен, роторлық бұрғылау кезінде қашаулың жынысқа тереңдеп енуі ұңғыма осі бойымен жылжып отыратын айналмалы бұрғылау бағанасы арқылы жүреді, ал забойлық қозғалтқышпен бұрғылау кезінде айналмайтын бұрғылау бағанасы арқылы жүреді. Айналмалы бұрғылаудың өзіне тән ерекшелігі — забойда қашаудың жұмыс істеп тұрған барлық уақыты кезінде ұңғыманы сумен немесе арнайы дайындалатын сүйықтармен жуу болып табылады. Ол үшін қозғалтқыштан іске қосылатын екі бұрғылау сорғылары көмегімен жуғыш сұйықтық құбыр арқылы мұнараның оң бұрышында бекітілген қадауша-құбырға айдалады, одан әрі майысқақ бұрғылау құбыршегіне, тік люгке және бұрғылау бағанына барады. Қашауға жеткен соң, жуғыш сұйықтық онда бар тесік арқылы өтіп, ұңғыма қабырғасы мен бұрғылау бағаны арасындағы сақиналық кеңістік бойымен беткі қабатқа көтеріледі. Мұнда науда және тазартқыш механизмдерде жуғыш сұйықтық бұрғыланған жыныстардан тазартылады, содан соң бұрғылау сорғылардың қабылдау сыйымдылықтарына түседі және қайтадан ұңғымаға айналады.
Ұңғыма тереңдеген сайын кронблоктан, белдік блоктан, ілгектен және белдік арқаннан тұратын полиспасты жүйеге ілінген бұрғылау бағаны ұңғымаға беріледі. Жетекші құбыр ротордың бүкіл ұзындығына енгенде, шығырды қосады, жетекші құбырдың бар ұзындығына бұрғылау бағанын көтереді және элеватор немесе ротор үстеліндегі сыналар көмегімен бұрғылау бағанын іледі. Содан соң, алдын ала көлбеу ұңғымаға (шурфқа) ұзындығы жетекші құбырдың ұзындығындай етіп бекітілген жетекші құбырды тік люкпен бірге винтпен бұрап ашып, айналдыра қойылған құбырларға ағызады. Бұл ұңғыманы алдын ала мұнараның оң бұрышына, оның орталықтарынан аяғына дейінгі арақашықтықтың шамамен ортасына бұрғылайды. Содан соң, бұрғылау бағанын оған екіқұбырды бұрып винттеу арқылы ұзартады, оны элеватордан немесе сыналардан алып, ұңғымаға екіқұбыр ұзындығына түсіреді, элеватор немесе сынарлардан алып, ұңғымаға екіқұбыр ұзындығына түсіреді, элеватор немесе сыналардың көмегімен ротор үстеліне іледі, шурфтан жетекші құбырды тік люкпен көтереді, оны бұрғылау бағанына винттеп бекітеді, бұрғылау бағанын сыналардан немесе элеватордан босатады, қашауды забойға дейін жеткізеді де, әрі қарай бұрғылауды жалғастырады.
Тозған қашауды ауыстыру үшін ұңғымадан бүкіл бұрғылау бағанын көтереді, содан соң оны қайта түсіреді. Түсіру-көтеру жұмыстарын сонымен қатар, полиспасты жүйе көмегімен де жүргізеді. Шығыр барабаны айнал-ған кезде, белдік арқан барабанға оралып немесе одан шешіліп, белдік блок пен ілгектің көтерілу немесе түсуін қамтамасыз етеді. Ілмекке штроптар мен элеватор көмегімен көтерілген немесе төмен түскен бұрғылау бағанын іледі.
Бұрғылау бағанын көтерген кезде оларды бұрап, сек-цияларға бөледі, ал олардың ұзындығы мұнара биіктігімен анықталады (мұнара биіктігі 41 м кезінде 25 м жуық). Бұрап алынған секцияларды шамдар деп те атайды, оларды мұнара фонарының шамдалына орнатады. Бұрғылау бағанасын ұңғымаға кері ретпен түсіреді. Сонымен, ұңғыма забойындағы қашаудың жұмыс жасау үдерісі бұрғылау бағанын ұзарту кезінде жөне тоз-ған қашауды ауыстыру кезіндегі түсіру-көтеру жұмыс-тарымен тоқтатылып отырады. Забой қозғалтқыштарының екі түрі — турбобұрғы және электрбұрғы кең қолданылады.
Турбобұрғымен бұрғылау кезінде турбобұрғы білігінің айналуы, бұрғылау бағаны бойымен турбобұрғыға келетін жуғыш сұйыңтықтың ағынының гидравликалық энергиясының, қашау берік байланысқан турбобұрғы білігіне түсетін механикалық энергияға айналуы есебінен болады. Электробұрғымен бұрғылау кезінде энергия оның қозғалтқышына, секциялары бұрғылау бағаны ішінде концентрлі бекітілген кабель бойымен беріледі.
Әдетте, ұңғыма қимасының жоғарғы учаскелерінде осы заманғы шөгінділер болады, олар бұрғылау үдерісі кезінде айналып тұратын сұйықтық ағынымен оңай шайылып отырады. Сондықтан да, ұңғыманы бұрғылауды бұрғылау қондырғысы негізі астындағы жыныстардың шайылуына қарсы сәйкес шаралар ңолданғаннан кейін ғана бастайды. Ол үшін ұңғыманы бұрғыламас бұрын, тұрақты жыныстарға дейін (4-8 м) шурф салады және оған жоғарғы бөлігінде кесілген терезесі бар құбыр түсіреді. Құбыр мен шурф қабырғасы арасындағы кеңістікті тоқпақ тастар және цементті ерітіндімен толтырады. Нәтижесінде ұңғыманың сағасы берік, сенімді бекітіледі. Құбыр терезесіне қысқа металдық науа дәнекерленіп, ол арқылы ұңғыманы бұрғылау кезінде жуғыш сұйықтық науалық жүйеге және тазалау механизмдеріне бағытталады. Шурфта орнатылған құбырды бағыт деп атайды.
Бағытты қондырғаннан кейін және басқа да бірқатар жұмыстарды (жабдықтарды бақылап қарау, құралдарды құру және жөндеу, полиспасты жүйені жабдықтау, жетекші құбыр астына шурфты бұрғылау) жүргізгеннен соң, құрылған бұрғылау қондырғысының дайындығы жөнінде акт жасайды және ұңғыманы бұрғылауға кіріседі.
Бұрғылау үдерісін күрделендіретін (әдетте 50-400 м) тұрақсыз, жұмсақ, жарықшақты және кавернозды жыныс- тарды бұрғылаған соң, бұл горизонттарды жабады және оқшаулайды, ол үшін ұңғымаға винттелген болат құбырлардан тұратын айнала орнатылатын бағананы — шеген бағананы түсіреді, ал оның құбырдан тыс кеңістігін цементтеп тастайды. Бірінші айнала орнатылатын шеген бағана кондуктор депаталады.
Кондукторды түсірген соң, әрдайым ұңғыманы жобалық тереңдікке дейін бұрғылау, жаңа күрделендіруші горизонттардан өтетіндіктен немесе дәл осы ұңғыманы пайдалануға жатпайтын өнімді қаттарды жабу қажет болған жағдайларда жүргізілмейді. Мұндай жағдайларда аралық деп аталатын екінші шеген бағананы түсіру жөне одан әрі оны цементтеу қажеттілігі туындайды. Одан әрі ұңғыма тереңдеген сайын оқшауландыруды қажет ететін горизонттар қайта кездесуі мүмкін. Мұндай жағдайда, екінші аралық бағана деп аталатын үшінші шеген бағананы түсіреді және цементтейді. Бұл жағдайда, мұның алдында түсірілген шеген бағана бірінші аралық бағана деп аталады. Күрделенген бұрғылау жағдайларында, мұндай аралық бағаналардың саны үшеу, тіпті төртеу болуы да мүмкін.
Ұңғыманы жобалық терендікке дейін бұрғылағаннан кейін пайдалану бағанасын түсіреді жөне цементтейді. Ол мұнай немесе газды ұңғыма забойынан сағасына дейін көтеру үшін немесе өнімді қатқа ондағы қысымды сақтау үшін, су (газ) айдау үшін қажет. Пайдалану бағанасын түсірген және цементтеген соң, құбырдан тыс кеңістікте түзілетін цементтік сақинаның сапасын тексереді жөне ұңғыма сағасындағы барлық шеген бағаналарды арнайы жабдықтарды қолданып, бір-біріне орап, таңып қояды. Шеген бағаналарды орналастырудың диаметрлерін, ұңғыманың үлкен диаметрден кіші диаметрге өту тереңдігін, шеген бағаналарды түсіру тереңдігі мен оларды цементтеу аралықтарын көрсету ұңғыма қүрылымы туралы түсінікті құрайды.
Егер ұңғымаға бағыт пен кондуктордан басқа, тек пайдалану бағанасын түсірсе, онда құрылымды бір бағаналы деп атайды. Егер ұңғымаға бағыт пен кондуктордан басқа, аралық және пайдалану бағаналарын түсіретін болса, онда қүрылымды екі бағаналы (бір аралық бағана кезінде) немесе үш бағаналы (екі аралық бағана кезінде) деп атайды. Ұңғыма құрылысын кен орнының геологиялық ерекшеліктерін (опырылымдар, сіңірілімдер, сулы зоналардың жату терендіктері, өнімді горизонттардың орналасу тереңдіктері), өндірілетін өнімнің түрін (мұнай немесе газ), пайдалану және бұрғылау тәсілдерін, бұрғылау техникасы мен технологиясын ескеріп таңдайды. Соңғы пайдалану бағанасын түсірген соң, орындалуы пайдалану бағанасына қаттан мұнай ағынының жүруін және ұңғыманы пайдалануға беруді қамтамасыз ететін жұмыстарға кіріседі.
Бұрғылау қашаулары. Қашау — ұңғыма забойында оның енуі кезінде тау жыныстарын механикалық бұзуға арналған бұрғылау құрал-сайманы. Жыныстарға өсер ету сипаты бойынша қашауларды төмендегідей жіктеуге болады: 1. Кесіп-опыратын қашау — қалақшалың қашаулар, қаттылығы үлкен емес, жемірлігі аз тұтқыр және пластикалық жыныстарды (тұтңыр саздар, берік-тігі аз сазды таңтатастар жөне т.б.) бұрғылауға арналған. 2. Ұсатып-опыратын қашау — шар қашаулар, орташа қаттылықтағы, қатты, мықты, өте мықты жемірліксіз және жемірлікті аз жыныстарды бұрғылауға арналған. 3. Кесіп-қажайтын қашаулар — алмастық және қатты қорытпалы жыныс бұзушы қосымшалары бар қашаулар. Олар орташа қаттылықтағы жыныстарды, сонымен қатар жоғары пластикалық тұтқырлығы аз жыныстардың орта-ша қаттылықтағы, тіпті жемірлігі аз қатты жыныстармен кезектесіп келетін жыныстарды бұрғылауға арналған: Бұрғылау қашаулары тағайындалуы бойынша үш түрге бөлінеді: 1) тау жыныстарын тұтас забойымен бұзатын қашаулар; 2) тау жыныстарын сақиналың забойымен бұзатын қашаулар (ұстынды ңашау); 3) арнайы тағайындалған ңашаулар.
Тұтас және ұстындың бұрғылайтын қашаулар ұңғыманы тереңдетуге арналған, ал арнайы қашаулар бұрғыланған ұңғымадағы (ұңғыманың оқпанын кеңейту және тегістеу) және айналдыра түсірілген мұнаралардағы (цементтік тасты бұрғылау) жұмыстарға арналған. Түтас бұрғылау үшін де, ұстындық бұрғылау үшін де жоғарыда көрсетілген принциптердің кез келгені бойынша тау жыныстарын бұзуға мүмкінщілік беретін қашау-лар жасалынған. Бұл дәл берілген тау жынысының физика-химиялық ңасиеттеріне сәйкес қашау типін таңдауды жеңілдетеді. Диаметрлері 46 мм-ден 580 мм-ге дейін қашаулар шығарылады. Бұрғылау кезінде барлау, кейде пайдалану ұңғымасынан да периодты түрде, стратиграфиялық қиманы жасау, тесіп өткен тау жынысының литологиялың сипаттамаларын зерделеу, жыныстар кеуектеріндегі мұнай мен газдың мөлшерін білу жөне т.б. үшін, бұзылмаған тұтастар (жынысөзектер) түрінде жыныстар алынып отырады. Жынысөзекті бетке шығару үшін ұстындың қашаулар қолданылады, Мұндай қашаулар бұрғылау басынан және бұрғылау басының корпусына бұранда көмегімен қосылған бағаналық жиынтықтан тұрады.
Жынысөзек алу арқылы жүретін бұрғылау кезінде жыныстардың қасиеттеріне байланысты шар тәрізді, алмасты және құрышқорытпалы бұрғылау бастары қолданылады. Бұрғылау басына шарлар, бұрғылау кезінде ұңғыма забойы ортасында жыныстар бұзылмай, жыныс-өзек (2) түзілуіне мүмкіншілік жасайтындай етіп бекі-тіледі. Түрлі жыныстарда жынысөзек алатын бұрғылауға арналған төрт, алтышарлы жөне тіпті сегізшарлы бұрғы-лау бастары болады. Алмасты жөне ңұрышқорытпалы бұрғылау бастарындағы жыныс бұзушы элементтердің орналасуы да тау жыныстарын ұңғыма забойының тек шет жақтарында бұзуға мүмкіншілік береді. Түзілетін тау жынысының ұстыны ұңғыма тереңдегенде ұстындық жиынтықңа келеді, ол корпустан және ұстындық құбырдан (топырақ тасығыштан) тұрады. Ұстындық жиынтық корпусы бұрғылау басын бұрғылау бағанасына қосу, топырақ тасығышты орналастыру және оны механикалық заңымданудан сақтау үшін, сонымен қатар жуғыш сұйықтықтың және топырақ тасығыштың арасынан өткізу үшін қажет.
Топырақ тасығыш жынысөзекті қабылдау, бұрғылау кезінде оны сақтау үшін және оны беткі қабатқа шығару кезінде пайдаланылады. Бұл қызметтерді орындау үшін топырақ тасығыштың төменгі бөлігіне жыныс-өзекті жұлғыштар мен жынысөзекті ұстағыштар, ал жоғарғы жағына — топырақ тасығыш жынысөзекпен толған кезде, одан шығатын сұйыңтықты өзінен өткізіп отыратын — шарлы клапан орнатылады. Топырақ тасығышты ұстындық жиынтық корпусына және бұрғылау басына орнатудың тәсіліне қарай ұстындың қашаулардың топырақ тасығышы алынатын және топырақ тасығышы алынбайтын түрлері болады. Топырақ тасығышы алынатын ұстындық қашаулар бұрғылау бағанасын көтермей-ақ, топырақ тасығышты жынысөзекпен бірге көтеруге мүмкіндік береді. Ол үшін бұрғылау бағанасына арқан арқылы ұстағыш түсіреді, оның көмегімен ұстындық жиынтықтан топырақ тасығышты шығарып, оны беткі қабатқа көтереді. Содан соң, осы ұстағышты пайдаланып, бос топырақ тасығышты ұстындық жиынтық корпусына түсіреді және орнатады жөне жынысөзек алу арқылы жүретін бұрғылауды жалғастырады. Топырақ тасығышы алынатын ұстындық қашауларды турбиндік бұрғылау кезінде, ал топырақ тасығышы алынбайтындар — роторлық бұрғылау кезінде пайдаланылады.
Бұрғылау бағанасы. Бұрғылау бағанасы (16-сурет) қашауды (забойлық қозғалтқыш пен қашауды) жер бетілік жабдықтармен (тік люгпен) жалғастырады жөне ол жетекші құбырдан (4), бұрғылау құбырларынан (8) жөне ауырландырылған бұрғылау құбырларынан (АБҚ) (13) тұрады. Бұрғылау бағанасының жоғарғы бөлігі жетекші құбырдан (4) тұрады, ол тік люгке (1) жетекпгі құбырдың жоғарғы ауыстырғышы (3) және тік люг ауыстырғышы (2) арқылы байланыстырылады. Жетекші құбыр бірінші бұрғылау құбырына (8) жетекші құбырдың төменгі ауыстырғышы (5), қорғаушы ауыстырғыш (6) және бұрғылау құлпының (7) жалғастырғышы арқылы байланыстырылады. Бұрғылау құбырлары (8) екі бөлшектен бұрғылау құлпының жалғастырғышы (7) және бұрғылау құлпының ниппелдері (9) тұратын бұрғылау құлпының көмегімен немесе байланыстырғыш жалғастырғыш (10) көмегімен бұралады. АБҚ (12) жөне (13) қандай да бір байланыстырғыш элемент-терді қолданбай-ақ, тікелей бұралып жалғанады. Жоғарғы АБҚ бұрғылау құбырына ауыстырғыш (11) көмегімен, ал төменгі АБҚ (13) қашауға (роторлық бұрғылау кезінде) немесе қашаумен бірге забойлық қозғалтқышқа (турбиндік бұрғылау және электрбұрғымен бұрғылау кезінде) ауыстырғыш (14) көмегімен жалғанады.
Бұрғылау бағанасы айналуды роторлық бұрғылау кезінде роторға беруге және жуғыш сұйықтықты турбобұрғыға (турбиндік бұрғылау кезінде), қашауға және ұңғыма забойына (барлық бұрғылау төсілдерінде) беруге; ток өткізгіштің жеке секцияларын жөндеуге (электр-бұрғымен бұрғылау кезінде); забойға жүктеме жасауға; қашауды, турбобұрғыны, электрбұрғыны көтеру және түсіру үшін; қосалқы жұмыстарды жүргізуге (ұңғыманы қайта қазу, кеңейту және жуу, қаттарды сынау және т.б.) арналған.
Бұрғылау бағанасының роторлық тәсіл кезіндегі жөне забойлық қозғалтқышпен бұрғылау тәсілі кезіндегі жұмыс істеу жағдайлары әр түрлі. Роторлық тәсілде ротордан айналуды қашауға жөне забойға жүктеме беретін бұрғылау бағанасына бірқатар жүктемелер түседі. Бұрғылау бағанасы ұңғыманың забойына жанаспаған жағдайда айналмайды, ол созылымдық әсерде болады да, вертлюгте максимумға жетеді. Ұңғыманы бұрғылау үдерісінде бұрғылау бағанасының жоғарғы бөлігі созылады да,оның забойға тиетін төменгі жағы қысылады. Сонымен, бұрғылау бағанасы бұрғылау кезінде созатын жөне қысатын күш-тердің әсеріне ұшырайды да, ендеше созу және қысу кернеулерін сезінеді.
Айналу моментін ротордан қашауға беру кезінде созу және қысу кернеулерінен басқа бұрғылау бағанасында айналдыру кернеуі болады; сондай-ақ орталықтан тепкіш күштің әсерінен майыстырушы кернеуі де болады, оның әсері ұңғыманың сағасынан забойына қарай артады. Бұрғылау бағанасына айтылған күштердің бөрінің бірден өсер етуі оның жұмыс істеу жағдайын роторлық бұрғылау төсі -16-сурет. Бұрғылау кезінде күрделендіреді. Нәти-бағанасы жесінде бұрғылау құбырында, бұрғылау құлпында және бұрғылау бағанасының басқа элементтерінде апаттар жиі болып тұрады.
Дата добавления: 2015-10-24; просмотров: 383 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Пәннің мақсаттары мен міндеттері | | | Ауа бөлшектерінің қозғалысы. |