Деформацияланған жарықшақты қабатта қысымның таралуы
С.БӘЙІШЕВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ УНИВЕРСИТЕТІ
Казбекова Гульзия Куанышовна Айтикеев Нұржигит Тагибергенович Есқалина Құралай Төлегенқызы
ЖЕРАСТЫ ГИДРОМЕХАНИКАСЫ
дәрістер жинағы
С.БӘЙІШЕВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ УНИВЕРСИТЕТІ
Мұнай-газ және тау-кен ісі кафедрасы
Казбекова Гульзия Куанышовна Айтикеев Нұржигит Тагибергенович Есқалина Құралай Төлегенқызы
ЖЕРАСТЫ ГИДРОМЕХАНИКАСЫ
дәрістер жинағы
С.Бәйішев ат.Ақтөбе университетінің оқу-әдістемелік кеңесінде мақұлданды. (Хаттама № 20 )
ӘОЖ 622
К 14
Рецензенттер: Алдамжаров Н.Н. - т.ғ.к., С.Бәйішев ат. Ақтөбе университеті
Набока О.М. - ЖШС АктюбНИГРИ, Қабат физикасы зертхана меңгерушісі
Казбекова Гульзия Куанышовна, Айтикеев Нұржигит Тагибергенович, Есқалина Құралай Төлегенқызы
К 14 Жерасты гидромеханикасы: дәрістер жинағы : 5В050800 -
Мұнай-газ ісі мамандығының студенттеріне арналған Казбекова Г.К., Айтикеев Н.Т., Ескалина К.Т. - Ақтөбе : С.Бәйішев ат.Ақтөбе университеті, 2016ж. - 144б.
Дәрістер жинағында - жерасты гидромеханикасы кеуекті және жарықшақты-кеуекті тау жыныстарында мұнайдың, судың және газдың жылжу заңдары келтірілген. Сондай-ақ жерасты сұйықтарының және газдардың жылжу үрдістері қарастырылған. Жерасты гидромеханикасы пәнін оқығаннан кейін студент, кенорынды игеруді жобалау және ұңғыманы бұрғылауда кеуекті ортадағы судың, газдың, мұнайдың сүзілу заңдылықтарын қолдануды, физикалық процестерді және қабаттарда жүріп жатқан түрлі заңдылықтар туралы түсініктерді меңгереді.
Дәрістер жинағы жоғары оқу орындары 5В050800 - Мұнай-газ ісі мамандығы студенттері мен оқытушыларына арналған.
ӘОЖ 622
К 14
(C) Казбекова Г.К., Айтикеев Н.Т., Ескалина К.Т.
(C)С.Бәйішев атындағы Ақтөбе университеті, 2016ж.
КІРІСПЕ
Жерасты гидромеханикасы сұйықтықтардың, газдардың және олардың қоспаларының кеуекті және жарықшақты тау жыныстарында сүзгіленуі туралы ғылым болып табылады. Сүзгілеу ағымы, яғни кеуекті немесе жарықшақты ортадағы сұйықтықтың (газдың, газ бен сұйықтықтың қоспасының) ағымы жерасты гидромеханикасының объектісі болып табылады. Жерасты гидромеханикасы мұнай және газ кенорындарын игеру және мұнайгазды алу технологиясы теориясының құрам бөлігі болып табылады. Жерасты гидромеханикасының заңдарын білу берілген қабат жағдайы үшін кенді игерудің ұтымды режимдері мен жүйелерін таңдауда қажет. Кенді игерудің гидродинамикалық модельдеуі жерасты гидромеханикасының тура есебін шешу шегінде алынған және сүзгілену үрдісін нақты жағдайда сипаттайтын математикалық теңдеулерді пайдалануға негізделген. Қабаттың сүзгілену сипаттамаларын анықтау мақсатымен игеру үрдісін бақылау және реттеу үшін қабаттардың және ұңғылардың гидродинамикалық зерттеулерін жүргізеді. Бұл зерттеулерді мәліметтерін өңдеуі жерасты гидромеханикасының кері есебін шешуге негізделген. Жерасты гидромеханикасы басқа ғылымдарда да кең қолданылады: гидрогеологияда, инженерлік геологияда, гидротехникада, т.б. Судың қаныққан грунттарда сүзгіленуін зерттеудің алғашқы тәжірибелерін француз ғалымы А. Дарси жүргізген. Ол 1856 ж. сүзгілену жылдамдығының қысым градиентінен тәуелділігін көрсететін эксперименталдық заңын тұжырымдаған. Осы жылдары басқа француз ғалымы Ж. Дюпюи монографиясын жариялаған. Онда грунт суларының сүзгілену теориясы келтірілген, құдықтар дебиттерінің формулалары шығарылған және сүзгілену есептері шешілген. Жерасты гидромеханикасының дамуына Ч. Слихтер және М. Маскет атты америкалық ғалымдар да айтарлықтай үлесін қосқан.
Сүзгілену теориясының ресей мектебінің негізін қалаушылар - профессор Н. Е. Жуковский және академик Н. Н. Павловский, ал ресейлік мұнайгаз жерасты гидромеханикасының негізін қалаушысы - академик Л. С. Лейбензон. Сонымен қатар, мұнайгазсу қабаттарындағы сұйықтықтар мен газдардың сүзгілену теориясына С. А. Христианович, Б. Б. Лапук, И. А. Чарный, В. Н. Щелкачев, т.б. зор үлесін қосқан.
ЖЕРАСТЫ ГИДРОМЕХАНИКАСЫ ПӘНІ ЖӘНЕ ЖАЛПЫ ТҮСІНІК
1. Пәннің қысқаша мазмұны
2. Мұнай және газ кенорындарын игеру жүйесін жобалағанда жерасты гидромеханикасының мәні
Гидромеханика (гидравлика) - cұйықтықтың механикалық қасиеттерін, cұйықтықтың қозғалысы мен тепе - теңдік заңдарын, cұйықтықтың қатты беттермен әсерін зертейтін ғылым.
Гидромеханика - заңдары мен қортындылары техникалық және инженерлік есептерді шығаруға керек техникалық қолданбалы пән.
Гидромеханика инженерлік білімнің негізін құрайтын ғылымдардың бірі және өзі бірнеше бөлімнен тұрады.
"Гидростатика" бөлімінде гидростатиканың негізгі теңдеуі шығарылады, тыныштықтағы cұйықтықтың қысымы анықталады және және cұйықтықтың жазық және қисық беттерге әсері қаралады.
"Гидродинамика" бөлімінде cұйықтық қозғалысының негізгі заңы мен Д. Бернулли теңдеуі, cұйықтық қозғалысының режимдері мен гидравликалық кедергілердегі арын жоғалтуы оқылады.
"Құбыр жүйесін гидравликалық есептеу" жай және күрделі құбыр жүйесін инженерлік есептеуге керек негізгі бөлім болып есептеледі.
" Сұйықтықтың саңылау мен саптамадан ағуы" бөлімінде cұйықтықтың кіші және үлкен саңылау мен саптамадан ағуын есептеу көрсетіледі.
Гидравлика - тепе-теңдік заңдылықтарын, сұйықтықтың механикалық қозғалысын зерттейтін ғылым. Гидравлика сөзі гректің hydraulikós - сулы, nydor - су, aulos - құбыр деген сөзінен шыққан.
Пәнді білу - гидравликаның негізгі заңдарын білу, өзен, көл, теңіз, жер асты суларын қолдануға арналған гидротехникалық қондырғыларды пайдалану, құрылысты жобалауға қажет инженерлік есептеулерді үйрену үшін қажет.
Болашақ маман:
oo Гидростатика мен гидравликаның негізгі заңдарын
oo Сұйықтықтардың физикалық қасиеттерін
oo Сұйықтық қозғалыстарының түрлерін, ағыстың гидравликалық параметрлерін
oo Сұйықтық қозғалысының режимін
oo Құбырдың гидравликалық есептеулерін
oo Сұйықтықтың кеуекті ортада фильтрациялануын білуі қажет.
Гидравликаның алғашқы еңбектері:
Гидравлика саласы бойынша ең алғашқы еңбектердің бірі болып Архимедтің О плавающих телах атты трактаты саналады.
XV-XVI ғ.ғ. Леонардо да Винчи (1452-1419) О движении и измерении воды еңбегін жазды. Ол тек 40 жылдан кейін басылып шығарылды.
С. Стевин (1549-1620) Гидростатика бастамасы кітабын жазды.
Г. Галилей(1564-1642) 1612 ж. Судағы денелер және олардың қозғалысы кітабын жазды.
Е. Торичелли (1608-1647) тұтқыр сұйықтықтың резервуар тесігінен ағу жылдамдығын есептейтін формуланы ойлап тапты.
Б. Паскаль (1623-1662) орта ғасырларда гидравликалық машиналардың көп мөлшерде пайда болуына негіз болған қысымның сұйықтыққа берілу заңын ашты.
Н. Ньютон (1643- 1723) 1686 ж. сұйықтықтағы ішкі үйкелісі туралы гипотезаны ойлап тапты.
Сұйықтықтар және олардың физикалық қасиеттері
Сұйықтық - аққыштық қасиеті және үзілу деформациясына аздаған келергісі бар, кез келген жай күштердің әсерінен өзінің пішімін өзгерте алатын физикалық дене.
Сұйықтықтың екі түрі болады: тамшылы және газ тәрізді.
Тамшылыға қарапайым сұйықтықтар ( су, мұнай, керосин, майлар т.б.) жатады.
Газ тәрізді сұйықтыққа газдар ( ауа, азот, пропан т.б.) жатады.
Тамшылы мен газ тәрізді сұйықтықтардың айырмашылығы күштің әсерінен сығылуы болып табылады. Тамшылы сұйықтықтар сығылмайды, ал газ тәрізді сұйықтықтар оңай сығылады. Күштің әсерінен пішінін өзгертеді.
Тамшы тәрізді және газ тәрізді сұйықтықтардың негізгі ерекшелігі сыртқы күштердің әсерінен сығылуы (көлемін өзгертуі). Тамшы тәріздес сұйықтар қиын сығылады, ал газ тәрізді сұйықтықтар жеңіл сығылады, яғни аз ғана сыртқы күш әсерінен өзінің көлемін бірнеше рет өзгерте алады.
Сұйықтықтардың қозғалу заңдылықтарын зерттеу үшін идеал және
реал түсінігі енгізілген.
Идеал - тұтқыр емес, абсолют қозғалғыш, үйкеліс күші жоқ, ішкі күштердің әсеріне абсолют өзгеріссіз сұйықтықтар болып табылады. Бұндай сұйықтықтар шын мәнде жоқ. Бұл модель теориялық шешімдер мен зарттеулерді жеңілдетуге арналған.
Реал - тұтқыр,сығылмайтын, созылу және сығылу күштеріне кедергі жасайтын, үйкеліс күші бар сұйықтықтар.
Реал сұйықтықтар ньютондық және ньютондық емес (бингемовтік) болуы мүмкін. Ньютондық сұйықтықтарда - сұйықтықтардың бір қабатының қозғалысы екіншіге қатысты беттесу кернеуінің (ішкі үйкеліс) мөлшері қозғалыс жылдамдығына пропоционал. Бұл заңдылықты 1686 жылы Ньютон орнатты. Сондықтан бұл сұйықтықтарды ( су, майлар, бензин, каросин, глицерин ) ньютондық деп аталады.
Ньютондық емес сұйықтықтар қозғалғыш, тыныштық күйінде беттесу кернеуі (ішкі кедергі) болады. Оның мөлшері сұйықтықтың түріне байланысты. Бұл ерекшелікті алғаш рет Ф.Н.Шведов 1889жылы, кейін Бингем 1916жылы байқады. Сондықтан бұл сұйықтықтар ( битон, гидроқоспалар, саз тәрізді ерітінділер, коллойдтар қату температурасына жақындағанда мұнай өнімдері) бингемовтік деп аталады.
Сұйықтықтың негізгі қасиеттері
Сұйықтықтың тығыздығы - бұл бірлік көлемді толтырған сұйықтықтың
салмағы, өлшем бірлігі:
кг : m м3 V
Сұйықтықтың меншікті салмағы - бұл бірлік көлемді сұйықтықтың
H
ауырлық күші, өлшем бірлігі: :
м3
G
V
Ауырлық күші
G mg
болғандықтан, сұйықтықтың тығыздығы мен
меншікті салмағы арасындағы есептеу формуласын аламыз:
g
(1.1)
Меншікті салмақ өлшенген жерде ауырлық күшінің үдеуіне g тәуелді болғандықтан, есептеу кезінде тығыздықтың шамасын қолданамыз.
кг
Техникалық есептеуде судың тығыздығын
кг
10
м3
, сынаптың
тығыздығын сын 13,6 м3 деп қабылдаймыз.
Сұйықтықтың физикалық қасиеттері.
Гидромеханика курсында сұйықтықтың келесі физикалық қасиеттерімен танысамыз: сұйықтықтың сығылуы мен тұтқырлығы, капилляр түрінде болуы және кавитация.
Сұйықтықтың физикалық қасиеті тұтқырлыққа тоқталсақ, бұл сұйықтық қабатының бір біріне қатысты қозғалуына қарсыласа білу қабілеті.
Техникалық есептеу мен есеп шығарған кезде тұтқырлықтың екі коэффициентін қолданады: тұтқырлықтың динамикалық коэффициенті ,
өлшем бірлігі Пас; тұтқырлықтың динамикалық коэффициентінің сұйықтық тығыздығына қатынасы- тұтқырлықтың кинематикалық коэффициенті :
(1.2)
Тұтқырлықтың динамикалық коэффициенті мен сұйықтық тығыздығының өлшем бірліктерін қоя отырып, тұтқырлықтың кинематикалық коэффициентінің СИ жүйесіндегі өлшем бірлігін аламыз:
м 2
.
с
Сұйықтықтың эксперименталды тұтқырл ығы вискозиметрмен
анықталады. Вискозиметрмен Энглер градусі деп аталатын салыстырмалы тұтқырлығы да анықталады.
Тұтқырлықтың шартты кинематикалық коэффициентіне көшу үшін Уббелоданың эмпириялық формуласын қолданады:
0.0731 E 0.0631 10 4
(1.3)
E
Тұтқырлықтың кинематикалық коэффициентінің шамалары кітаптардың қосымша бөлімінде келтірілген, оны есептеу кезінде қолданамыз.
Тығыздық (ρ) дегеніміз- массаның (m) көлемге (w) қатынасы.
ρ=mW, кгм[3]
Химиялық құрамына байланысты сұйықтықтарды бір компонентті, таза сұйықтық немесе көп компонентті сұйық қоспалар болып бөлінеді. Қоспалардың тығыздығын келесі формуламен анықтауға болады:
m1 m2
W1 W2
1W1 2W2
W1 W2
Мұндағы: m1 ,мен m2 ; W1 мен W2 және r1 мен r2 сәйкесінше сұйықтықтардың массасы, тығыздығы, көлемі.
Судың максимал тығыздығы 4 °С температурада 1000 кгм[3]. Ол 4,08, 3,8, 3,4°С сәкесінше 0,1, 0,4, 1,0 МПа максимал мәнге жереді. Атмосфералық қысымда температурасы 15°С судың тығыздығы 999 кгм[3]. Тұздың концентрациясы 35 гл болғанда температурасы 0°С теңіз суының концентрациясы 1028,1 кгм[3]. Тұздың мөлшері 1 гл өзгерсе, сәйкесіше тығыздық 0,8 кгм[3] өзгереді.
Сұйықтықтың меншікті салмағы (ϒ) - сұйықтық салмағының көлемге қатынасы.
G
W
g
Егер Ньютонның 2 заңын қолданып G=mg теңдігінің екі жағын көлемге W бөлсек, тығыздық пен меншіктік салмақ арасындағы айырмашылықты байқай аламыз.
G mg W W
Мұндағы: G-ауырлық күші, g- еркін түсу үдеуі, м[2]с.
Кейбір сұйықтықтардың 20 [о]С температурадағы меншікті салмағы.
Сұйықтық
3
Меншіктік салмақ γ, Нм
3
Тығыздық ρ, кгм
Сынап
132900
13547
Теңіз суы
10010 - 10090
1002 - 1029
Табиғи су
9790
998,2
Минералды май
8600 - 8750
877 - 892
Мұнай
8340 - 9320
850 - 950
Керосин
7770 - 8450
792 - 840
Этил спирті
7740
789,3
Бензин
7250 - 7370
739 - 751
Сығылуы. Реал сұйықтықтарды сыққанда көлемі азаяды. Қысым өзгергенде сұйықтықтың көлемін өзгерту қасиеті көлемдік сығылу коэффициентімен (bW) сипатталады. Яғни қысымның өзгерісіндегі сұйықтық көлемінің өзгерісі.
b = Па[-1],
W 1
W W p p
Мұндағы: ∆W - көлемдік өзгеріс, Δρ - тығыздық өзгерісі.
Ұлғаю температурасы. Сұйықтықтың көлемдік W өзгеру қасиеті температураның ұлғаю коэффициенті (bt), яғни сұйықтықтың көлемдік өзгерісінің тұрақты қысымда 1°С температура өзгерісіне (t) қатынасы болып табылады.
bt = оС-1.
W W ( t )
Таблицада судың ұлғаю коэффициенті көрсетілген.
Қысым Р ,
5
Па*10
1°С температурадағы температуралық ұлғаю коэффициенті ß
t
1-10
10-20
40-50
60-70
90-100
1
0,000014
0,000150
0,000422
0,000556
0,000719
100
0,000043
0,000165
0,000422
0,000548
0,000704
200
0,000072
0,000183
0,000426
0,000539
0,000682
500
0,000149
0,000236
0,000429
0,000523
0,000661
900
0,000229
0,000289
0,000437
0,000514
0,000621
Белгілі температурада сұйықтықтың тығыздығын, температуралық ұлғаю коэффициентін біле отырып басқа температурадағы сұйықтықтың тығыздығын анықтауға болады.
ρi=
(1 t (ti t))
d
Тұтқырлық - ішкі үйкеліс, сұйықтықтағы ұсақ бөлшектердің қозғалыс кезінде бір-біріне кедергі жасауы. Тұтқыр ағыстың негізгі заңын Ньютон орнатты:
t = +- m
dy
мұндағы: τ- сұйықтықтың беттесу кернеуі,
мұндағы: T- тангенсиал күш,
w- беттесу ауданы,
τ = Tw,
Қозғалу жылдамдығының градиенті:
d
= 2 1
dy ( y2 y1 )
Сұйықтықтың тұтқырлығын өлшейтін приборды - вискозмаетр ( латынша viscosus- тұтқыр) деп атайды. Вискозиметрдің ең көп тараған түрлері: капиллярлы, ротациондық, құлайтын шаригі бар, ультрадыбыстық.
Меншікті жылу сыйымдылық. Судың 0°С температурадағы меншікті жылу сыйымдылығы 4180 Дж кг. Ол температураға тәуелді өзгереді, +35°С температурада максимумға жетеді.
Меншікті балқу жылуы. Меншікті балқу жылуы мұздың суға айналған кезінде 330 кДжкг құрайды. Бу түзілудің меншікті жылуы қалыпты қысым мен 100°С температурада 2250 кДжкг тең.
Электроөткізгіштік. Химиялық түрде су электр тогын өткізбейді. Оның 18°С температурадағы меншікті электр өткізгіштігі 4,3*10[-8] Ом[-1]*cм[-1] тең.
Тақырыпты бекітуге арналған сұрақтар:
1. Жерасты гидромеханикасы нені зертейді?
2. Сұйықтықтар және олардың физикалық қасиеттері
3. Сұйықтықтардың негізгі физикалық қасиеттерін ата.
4. Электроөткізгіштік деген не?
5. Идеал және реал сұйықтықтардың айырмашылығы неде?
ФИЛЬТРАЦИЯ ТЕОРИЯСЫНЫҢ ЭЛЕМЕНТТЕРІ
1. Жарықшақты қабаттардың классификациясы.
2. Сүзілу көрінісі.
3. Дарси заңы.
Жарықшақты қабаттардың классификациясы.
Тау жыныстары - бір немесе бірнеше минералдардан құралып, жер қабығында өзіне тән геологиялық денелер түзеді.
Жаратылу тегіне байланысты тау жыныстары магмалық, шөгінді және метаморфтық үш үлкен топқа жіктеледі.
Магмалық тау жыныстары жер қойнауындағы болатын силикатты балқыма-ерітіндінің (магма) жер бетіне жетіп (оны енді лава дейді) қатаюынан немесе жер қойнауында кептеліп кристалдануынан пайда болады. Магмалық жыныстар көбіне кристалды құрылымды болып, нығыз ұдайы өте қатты біркелкі массивтер түзеді. Олардың үлгісі ретінде тереңде кристалданған гранитті, немесе жер бетінде төгілген базальтты атаған жөн. Әрине, бұл жыныстар арасынан жан-жануарлардың, өсімдіктердің қалдықтарының табылуы мүмкін емес.
Шөгінді тау жыныстары жер бетінде су бассейндерінің түбінде органикалық және анорганикалық заттардың шөгуінен пайда болады. Байырғы жыныстардың экзогендік процестер әсерінен бұзылған түйіршіктері мен жануарлардың, өсімдіктердің қалдықтары біртіндеп шөге келе қат- қабаттар түзеді. Шөгінді тау жыныстары жаралу тегінде байланысты үгінді (механикалық шөгінділер), химиялық (хемогенді), органогенді және аралас топтарға жіктеледі.
Метаморфтық тау жыныстары деп байырғы шөгінді, магмалық, типті метаморфтық тау жыныстарының тереңге батып өзгеруінен жаралған жыныстарды атайды. Осылайша өскен температура мен қысым әсерінен бұрынғы нығыз, сом магмалық жыныстар тақталанады, ал шөгінді жыныстар кристалл құрылымды жынысқа көшеді.
Мұнай мен газ классификациясы туралы сұрақтар бойынша И.О.Брод, Н.А.Еременко, А.А.Бакиров және т.б. ғалымдар өз еңбектерін арнады.
Мұнай мен газ кеніштеріне байланысты классификация төртке бөлінеді (1-кесте), А.А. Бакиров бойынша.
1- кесте- Кеніштер классификациясы
Класс
Топ
Түр
Қақпандар түрі
Күмбезді
Қарапайым және бұзылмаған құрылымдардың антиклиналі мен күмбезі; жарылысты бұзылыстармен күрделендірілген; тұзды
күмбезді құрылымдар
Құрылымды
Антиклиналды және күмбезді
Тектоникалық экрандалған ілініп тұратын
Қарапайым және күрделі құрылымдардың структурасы. Жарылыстармен күрделендірілген құрылымдар,
т.б.
Моноклиналды
Бұзылған моноклиналдар
Моноклинальдың жарылысты бұзылыстарымен экрандалған
Рифогенді Литологиялық
Рифты массивтер Литологиялық экрандалған
Еңкіш немесе ысырылған коллекторлар
Қабаттың қалыпқа келуі бойынша выклинделетін коллекторлардый аймқтары; өткізгішті жыныстардың аз өткізгішті жыныстармен
ауысуы
Литологиялық шектелген
Экрандалған
Асфальт пен битумның экрандалған шөгінділері
Литологиялық
шектелген
Бау және жең
тәріздес
Палеорек қазбаларының
құмды түзілістері
Стратиграфиялық
Эррозияға ұшыраған коллекторлар және оларды өткізгіштігі аз жыныстармен жабылуы
Қарама қайшылықты
тектоникалық құрылымдар
Антиклиналь мен моноклинальдардың
стратиграфиялық жетілдірілмеген аймағы
Останцтты
Палеорельефтің көмілген
останцттер бетінің эродирленген аймағы
Шығып тұрған
Кристалды фундаменттің шығып тұрған аймағы
Құрылымдық кеніштер классына әртүрлі локальды тектоникалық құрылымдарға ие кеніштер жатады. Олар: күмбездік, тектоникалық экрандалған және мұнай мен газдың контактілі кеніштері.
Күмбезді кеніштер локальды құрылымдардың күмбезді бөліктерінде түзіледі. Күмбезді кеніштерді сұлбасы 11-суретте көрсетілген.
Мұнай мен газдың тектоникалық экрандалған кеніштері әртүрлі ысырылымдар аймағында түзіледі. Мұндай кеніштер күмбезде, қанаттарда немесе переклинальдарда орналасуы мүмкін.
Контактілі кеніштер тұзды штокпен, сазды диапирмен немесе вулканогенды түзілістермен шектесетін өнімді қабаттарда түзіледі. Литологиялық кеніштер классында екі кеніштерді ажыратады: литологиялық ажыратылған және литологиялық шектелген. Литологиялық экрандалған кеніштер қабат-коллекторларының шектелген аймақтарында орналасқан.
Литологиялық шектелген кеніштер қазбалы палеоректердің құмды түзілістерінен, жағажайлық құмдықтармен түзілген және барлық жағынан аз өткізгіштікті жыныстармен қоршалған (14-сурет).
Рифогенді класқа жататын кеніштер рифті массивтер денелерінде түзіледі.
Стратигарфиялық кеніштердің түзілуі келесі коллекторларда жүргізілді: эррозиямен кесілген коллекторлар өткізгіштігі аз қабаттармен жабылған.
Стратиграфиялық кеніштердің класстары антиклинальдарда, күмбез тәріздестерде және моноклинальдарда кездесуі мүмкін (16а-сурет). Оларға фундаменттің көмілген иілмелі кристалды жыныстардың бөліктерінде орналасқан кеніштер де жатады.
Тау жыныстарының арасындағы барлық қуыстардың аумағын ақиқаттық немесе теориялық кеуектілік деп атайды. Жыныс арасындағы қуыстарды қосқандағы қосынды көлемін алынған жыныстың сыртқы аумағына қатынасы
кеуектілік коэффициенті деп аталады. Ол былай табылады:
V
Kn n
V
(2.1)
kn - жыныстың кеуектілік коэффициенті; Vn - жыныстың (үлгінің) қуыс көлемі; Vn - сол жыныстың (үлгінің) аумағы.
Кеуектіліктің проценттік мағынасын табу үшін 1 формула арқылы табылған мағынаны 100-ге көбейту керек:
k Vn 100%
n V
(2.2)
мұндағы: kn - жыныстың кеуектілік проценті.
Қуыс-кеуектердің мұнайға, суға, газға қанығуы және олардың қуыс қаналдарымен жылжуы қуыстың аумағына байланысты. Көлденеңі ірілеу қуысқа сұйық оңай кіреді де ол тарту күшінің әсерінен кеуектің саңлауларымен әжептеуірге жылжиды. Майда кеуектерге (капилляр кеуектер) сұйықтың енуі үшін күшті қысым керек болғандықтан сұйықтың кеуектік қаналдармен жылжуы қиынға түседі.
Қысымның кемуінен жыныстың өзінен сұйық пен газды өткізу қабілетін оның өткізгіштігі дейді. Жыныстар жақсы да, шамалы да өткізгіш, бірақ та абсолютті өткізбейтін жыныстар болмайды. Өткізгіштік деп тау жыныстарының қысымдары айырмашылығы кезінде өз бойынан сұйықтық
пен газды өткізу қабілетін айтады. Қуыстылық пен бірге өткізгіштік те мұнай коллекторларының негізгі көрсеткіштері болып саналады. Егер қуыстылық қабаттың сиымдылығын көрсететін болса, ал өткізгіштік қуысты ортаның өткізу қабілетін сипаттайды. Өткізгіштік көрсеткіші мынадай көптеген факторлармен сипатталады: тау жыныстарын құрайтын әртүрлі түйіршікті материалдың іріктелу дәрежесі, седиментационды процестермен тау жыныстарының қуысты кеңістігінің құрылымының өзгеру дәрежесі және т.б.
Қуысты ортаның өткізгіштігі тек қана қуысты кеңістіктің құрылымынан емес, сонымен қатар қабат флюидінің түрі мен оның қозғалу тәртібіне де байланысты болып келеді. Осыған байланысты, мұнайлы жыныстардың өткізгіштік қасиеттерін сипаттауда абсолютті, (физикалық), тиімді (фазалық) және тиісті өткізгіштік ұғымдары енгізілген.
Абсолютті өткізгіштік деп өткізгіш қуысты ортаның газбен физикалық- химиялық өзара әсерлесуі болмаған, қуысты ортаның газбен толық толуы жағдайындағы газды өткізу қабілетін айтады. Өткізгіштіктің өлшем бірлігі ретінде м[2] қабылданған. Тау жыныстарының өткізгіштігін өлшеу үшін көбіне мкм[2] (микрометр) қолданылады.
Өткізгіштік. Шөгінді тау жыныстарының өз бойынан қысыммен сұйық (мұнай, су) пен газ өткізу қасиетін өткізгіштік деп атайды. Өткізгіштік - тау жыныстарының коллекторлық сипаттамаларының негізгі көрсеткіштерінің бірі. Өткізгіштік жыныс ішіндегі сұйықтың көлемін сипаттамайды; ол тек қана сұйық пен газдың кеуектік саңлауын бойлап жылжу қабілетін көрсетеді. Тау жыныстарын сипаттау және бағалау жайында кейде бір-біріне қатынасты шамалы екі ұғымды - өткізгіштік пен кеуектікті - шатастырып қала берсе бірдей қылып теңдестіріп отырады. Кеуектік жыныстар ішіндегі кемік- қуыстардың аумағын көрсетеді, ал өткізгіштікке келсек, ол мұнай мен газдың бір бөгетте кездесіп, соның жанындағы өзінше бір торға ілігеді де жинала бастайды.
Өткізгіштік коэффициенті арқылы мұнай-газ орналасқан қабаттардың өзінен сұйық пен газды өткізу қабілетін білуге болады:
k Q L
n F (P P )
(2.3)
1 2
Бұнда, kn - өткізгіштік коэффициентті; Q - үлгіден өтетін сұйықтың шығымы см[3]сек; - сұйықтықтың тұтқырлығы, спз; L - үлгі тастың ұзындығы, см; F - үлгі тастың кесін ауданы, см[2]; (P1 - P2) - үлгінің басы мен аяғындағы қысым айырмашылығы, атм.
Шөгінді тау жыныстарының өткізгіштігін өлшеу үшін Дарси (д) немесе оның мыңнан бір бөлігі миллидарси (мд) өлшем бірлігі қолданылады.
Коллекторлар. Сұйық пен газды өзінен өткізе алатын және олар үшін қойма бола алатын кеуекті және жарықшақты тау жыныстарын коллекторлар деп атайды.
Фильтрацияның сызықтық заңының қолдананылу шегі.
Сұйықтың, газдың, судың немесе олардың қоспаларының ұңғымаға келуі, ұңғымалар түбінде өнімді қабаттағы қысымнан төмен қысымның орнатылуы кезінде жүреді. Сұйықтың ұңғымаға ағылуы ерекше күрделі және де, есептеуге үнемі көне бермейді. Тек ұңғымаларды дұрыс геометриялық орналастыру кезінде (сызықтық немесе сақиналы ұңғымалардың қатары және дұрыс тор), сонымен қоса бір қатар жіберулерден (қабаббың тұрақтылығы, өткізгіштік және басқа параметрлер) түптегі берілген қысымдар кезінде бұл ұңғымалардың шығымы немесе керісінше берілген шығымдарда қысымды аналитикалық түрде есептеуге болады. Алайда әрбір ұңғыманың жанында бір текті қабатта сұйықтың ағымы радиалдыға жақын бола бастайды. Бұл есептеуге ауқымды түрде фильтрацияның радиалды сұлбасын қолдануға мүмкіншілік береді. Дифференциалды түрде жазылған Дарси заңына сәйкес фильтрацияның жылдамдығы келесі түрде жазылады:
K dp
V * dr
, (2.4)
Мұнда к- қабаттың өткізгіштігі; u-динамикалық тұтқырлық; dpdr - радиус бойлығындағы (ток сызығындағы ) қысымның градиенті. ГОК-ның барлық сызығында ағым бюірдей болады-басқаша айтқанда, айнымалы болып табылатын фильтрациясы жылдамдығы және қысым градиенті бұрыштық координатаның өзгерісі кезінде (біртекті қабат жағдайында) өзгеріссіз қалады, ол өз кезегінде сұйықтың көлемдік шығымын q қабаттық ауданының қимасына келетін фильтрацияның жылдамдығының туындысы ретінде бағалауға мүмкіншілік береді. Аудан ретінде ұңғыманың ортасынан жүргізілген еркін радиусы r бар цилиндрдің қимасының ауданын 2PIrh алуға болады.Мұнда h-қабаттың нақты қалыңдығы, сол арқылы фильтрациясы жүреді.
Онда
k dp kh
q 2 rhv 2 rh * dr *
(2.5)
жалпы жағдайда бірдей арақашықтықта ұңғыма осінен кез-келген радиустың бойымен ε өлшемі бірдей болған жағдайда ғана өзгереді деп алайық.. бұл жағдай сақиналы біртексіздік деп аталады. ε белгілі радиус функциясы түрінде берілді деп алайық, яғни
kh r
(2.6)
(2.6.) формуласын (2.5) формуласына енгізгенгенде және айнымалыларды бөлгенде, келесі функцияны аламыз
dr 2
r r q
* dp
(2.7)
(2.7.) дифференциалды теңдеуі бөлек айнымалылармен интегралдануы мүмкін, егер r фунциясы берілсе. Бөлек жағдайларда, егер су өткізгіштік
радиустан тәуелсіз және тұрақты болса, онда (2.7) фильтрация аймағының шегінде, яғни rс ұңғымасының қабырғасынан, Рс қысыммен сыртқы қоректену нұсқасы деп аталатын, тұрақты Рк қысымы бар Rк сыртқы шеңберіне дейін оңай интегралданады. Осылайша,
const
Rk
rc
кезінде
dr 2
Pk
*
Pc
r r q dp
1 * ln R ln r 2 * P P
(2.8)
k c q k c
(2.9) q-ға қатысты есептегенде, шеңберлі біртекті қабаттағы орталық ұңғымаға келетін ағынның классикалық формуласын аламыз:
q 2 * ln Pk Pc
ln Rk rc
(2.9)
Егер (2.8) айнымалы жоғарғы r және Р шегінде интегралдасақ, ұңғыма айналасындағы қысымды реттеу формуласын аламыз:
r
r dr
rc
2
q
P
* dp
Pc
(2.10)
шектерді және алгебралық түрлендіруді келтіргеннен кейін, яғни интегралдағаннан кейін келесі формуланы аламыз:
c
1 * ln r 2 * P P
(2.11)
rc q
P (r) қатысты теңдеуді шешкенде және (4.7) формуласын (4.8) қойғанда ұңғы айналасындағы қысымның таралу теңдеуін аламыз:
ln Rk
P r Pс Pk Pc * r
ln Rk
rc
(2.12)
егерде (2.8) катынасында айнамалының шектеуін жоғарғы емес астынғысын алсақ , онда р(r) өрнегін келесі турде жазуға болады:
ln Rk P r Pk Pk Pc * r
ln Rk
rc
(2.13)
(4.9) немесе (4.7) формуласына Rk отырып келтірілген r радиусының орнына, P(Pk)=Рк аламыз; r =rc болған кезде басқа шектік шартты аламыз.
P(rc)=Рс
Осылайша шектік шарттар орындалады. (4.9) және (4.10) формулалрдан Р(r) функциясы логарифмді болатындығын білеміз, яғни ұңғыма қабырғасына жақын жерде қысым қатты өзгереді, ал алшақтау жерде әлсіз өзгереді. Бұл ұңғыма қабырғасына тоқтың ағысының жақындауы кезінде фильтрация жылдамдығының жоғарлауымен түсіндіріледі, оғанқысым құлауының көп шығымы кетеді.
Радиус бойымен еркін өзгерес кезіндегі су өткізгіш кезіндегі ұңғымаға радиалды ағынның ағылуын қарастырайық (2.8) формуласының оң жағын интегралдап және келесі түрде нәтижесін көшіріп жазайық:
2 * P Pc
q Rk 1 dr
(2.14)
r
r * r
c
Интеграл асты функциясы
y r
1
r r
(2.15)
әртүрлі радиустерге берілген мәндерімен графикалық түрде тұрғызылып және rc және кез келген жуық интегралдау әдісімен интегралданады немесе берілген шектерде y(r) қисығының астындағы аудан планиметр арқылы өлшенеді.
Кейбір жағдайларда өндіретін ұңғыма бір уақытта өткізгіштігі, қалыңдығы, мұнай тұтқырлығы және де қабаттық қысымы әр түрлі қабатшаларды дренаждай алады. Алайда бұндай күрделі жүйеде ағынның келуі бірдей түп қысым (келтірілген ) кезде болады. Бұл кезде қабаттық қысымы түп қысымнан аз кейбір қабатшалар, сұйықты жұтуға қабілетті.
Әр жағдайда осында көп қабатты қабаттың жалпы ағылуы, әр қабатшадан келетін ағыстың алгебралық қосындысына тең болады:
n
q =q1+q2+. +qn= qi
1
(2.16)
радиалды ағынның формуласы қарапайым болғандықтан, жиі түрде инженерлі есептеулерде қолданылады. Нәтижесінде шығатын параметрлер л,h,u; (Рк-Рс) бағалану кезінде шығатын ақаулықтар q өлшеміне әсер етеді.
Ал Rk және rc өлшеулеріне келетін болсақ , олар логарифм белгісінің астында болғандықтан оларға қатысты елеулі ақаулықтар жіберіледі.
Мысал. Rk-ң нақты жіберілетін мәні Rk=100 м , ал есептеуде байқаусызда Rk=1000м мәні қабылданса , яғни қате 10 есеге жіберілді делік. Онда нақты ағыс
q 2 kh Pk Pc
* ln 1000.1
(2.17)
мұнда rc =0.1 м Есептелген ағыс
qес
2 kh* Pk Pc
* ln 10000.1
(2.18)
салыстыруды басқа да бірдей шарттарда (2.18) формуласына (2.19) формулаға бөле отырып жүргізейік.
qн qес
ln 10000 4 ln 1000 3
(2.19)
Бұдан q есеп = (34) qнақ яғни есептік шығым нақты шығымның 75%
құрайтын болады.
Басқа өндіру ұңғымаларының арасында орналасқанұңғыма үшін радиалды ағыстың формуласын қолданған кезде, Rk үшін көршілес ұңғымаға дейінгі жарты арақашықтықтың мәнінің бұрыш бойынша орташа өлшенген өлшемімін қабылдайды.радиалды ағыстың формуласы және жиі түрде белгілі шығым және қысым бойынша су өткізгішті анықтау үшұін қолданады.
Формулалар қабатта радиалды фильтрацияны сипаттағандықтан, онда оларға қабаттық жағдайларда мұнай тұтқырлығының мәнін қою қажет, яғни еріген газ мөлшерінің сәйкестігін ескергенде қабаттық температура мен қысым кезде. Есептелген q шығымы (сұйықтың көлемдік шығымы) қабаттық шарттар кезінде алынады. Шығымды қалыпты беттік шарттарға ауыстыру үшін есептелген шығымды қабаттық сұйықтың көлемдік коэффициентіне бөлу қажет.
Тақырыпты бекітуге арналған сұрақтар:
1. Мұнайгаз кеніштері дегеніміз не?
2. Күмбезді кеніштер құрылымы қалай ерекшеленеді?
3. Стратиграфиялық кеніштер құадай құрылымға ие болып келеді?
4. Литологиялық шектелген кеніштерді қалай ажыратуға болады?
5. Құрылымдық кеніштерге қандай кеніштер жатады?
6. Сұйықтың, газдың, судың немесе олардың қоспаларының ұңғымаға келуі қай кезде жүреді?
7. Дифференциалды түрде жазылған Дарси заңына сәйкес фильтрацияның жылдамдығы қандай түрде жазылады?
8. Радиус бойымен еркін өзгеріс кезіндегі су өткізгіш кезіндегі ұңғымаға радиалды ағынның ағылуы туралы не білесіңдер?
9. Фильтрацияның сызықтық заңының қолдананылу шегі қандай?
ЖАРЫҚШАҚТЫ ЖӘНЕ ЖАРЫҚШАҚТЫ - КЕУЕКТІ ҚАБАТТАРДАҒЫ СҮЗІЛУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ
1. Жарықшақты қабаттар жіктелуі.
2. Жарықшақтану көрсеткіштері.
3. Қабат өткізгіштігі.
4. Сызықты сүзілу заңының қолдану аясы.
Фильтрацияның сызықтық заңының қолдананылу шегі
Сұйықтың, газдың, судың немесе олардың қоспаларының ұңғымаға келуі, ұңғымалар түбінде өнімді қабаттағы қысымнан төмен қысымның орнатылуы кезінде жүреді. Сұйықтың ұңғымаға ағылуы ерекше күрделі және де, есептеуге үнемі көне бермейді. Тек ұңғымаларды дұрыс геометриялық орналастыру кезінде (сызықтық немесе сақиналы ұңғымалардың қатары және дұрыс тор), сонымен қоса бір қатар жіберулерден (қабаббың тұрақтылығы, өткізгіштік және басқа параметрлер) түптегі берілген қысымдар кезінде бұл ұңғымалардың шығымы немесе керісінше берілген шығымдарда қысымды аналитикалық түрде есептеуге болады. Алайда әрбір ұңғыманың жанында бір текті қабатта сұйықтың ағымы радиалдыға жақын бола бастайды. Бұл есептеуге ауқымды түрде фильтрацияның радиалды сұлбасын қолдануға мүмкіншілік береді. Дифференциалды түрде жазылған Дарси заңына сәйкес фильтрацияның жылдамдығы келесі түрде жазылады:
K dp
V * dr
, (3.1)
Мұнда к- қабаттың өткізгіштігі; u-динамикалық тұтқырлық; dpdr - радиус бойлығындағы (ток сызығындағы ) қысымның градиенті. ГОК-ның барлық сызығында ағым бюірдей болады-басқаша айтқанда, айнымалы болып табылатын фильтрациясы жылдамдығы және қысым градиенті бұрыштық координатаның өзгерісі кезінде (біртекті қабат жағдайында) өзгеріссіз қалады, ол өз кезегінде сұйықтың көлемдік шығымын q қабаттық ауданының қимасына келетін фильтрацияның жылдамдығының туындысы ретінде бағалауға мүмкіншілік береді. Аудан ретінде ұңғыманың ортасынан жүргізілген еркін радиусы r бар цилиндрдің қимасының ауданын 2PIrh алуға болады.Мұнда h-қабаттың нақты қалыңдығы, сол арқылы фильтрациясы жүреді.
Онда
k dp kh
q 2 rhv 2 rh * dr *
(3.2)
жалпы жағдайда бірдей арақашықтықта ұңғыма осінен кез-келген радиустың бойымен ε өлшемі бірдей болған жағдайда ғана өзгереді деп алайық.. бұл жағдай сақиналы біртексіздік деп аталады. ε белгілі радиус функциясы түрінде берілді деп алайық, яғни
kh
r
(3.3)
(3.6.) формуласын (3.5) формуласына енгізгенгенде және айнымалыларды бөлгенде, келесі функцияны аламыз
dr 2
r r q
* dp
(3.4)
(3.7.) дифференциалды теңдеуі бөлек айнымалылармен интегралдануы мүмкін, егер r фунциясы берілсе. Бөлек жағдайларда, егер су өткізгіштік
радиустан тәуелсіз және тұрақты болса, онда (3.7) фильтрация аймағының шегінде, яғни rс ұңғымасының қабырғасынан, Рс қысыммен сыртқы қоректену нұсқасы деп аталатын, тұрақты Рк қысымы бар Rк сыртқы шеңберіне дейін оңай интегралданады. Осылайша,
Pk
*
Rk dr 2
r r q dp
rc Pc
const
кезінде
1 * ln R ln r 2 * P P
(3.5)
k c q k c
(3.9) q-ға қатысты есептегенде, шеңберлі біртекті қабаттағы орталық ұңғымаға келетін ағынның классикалық формуласын аламыз:
q 2 * ln Pk Pc
ln Rk rc
(3.6)
Егер (3.8) айнымалы жоғарғы r және Р шегінде интегралдасақ, ұңғыма айналасындағы қысымды реттеу формуласын аламыз:
r
r dr
rc
2
q
P
oo dp
Pc
(3.7)
шектерді және алгебралық түрлендіруді келтіргеннен кейін, яғни интегралдағаннан кейін келесі формуланы аламыз:
c
1 * ln r 2 * P P
(3.8)
rc q
P (r) қатысты теңдеуді шешкенде және (3.7) формуласын (3.8) қойғанда ұңғы айналасындағы қысымның таралу теңдеуін аламыз:
ln Rk
P r Pс Pk Pc * r
ln Rk
rc
(3.9)
егерде (3.8) катынасында айнамалының шектеуін жоғарғы емес астынғысын алсақ , онда р(r) өрнегін келесі турде жазуға болады:
ln Rk P r Pk Pk Pc * r
ln Rk
rc
(3.10)
(4.9) немесе (4.7) формуласына Rk отырып келтірілген r радиусының орнына, P(Pk)=Рк аламыз; r =rc болған кезде басқа шектік шартты аламыз.
P(rc)=Рс
Осылайша шектік шарттар орындалады. (3.9) және (3.10) формулалрдан Р(r) функциясы логарифмді болатындығын білеміз, яғни ұңғыма қабырғасына жақын жерде қысым қатты өзгереді, ал алшақтау жерде әлсіз өзгереді. Бұл ұңғыма қабырғасына тоқтың ағысының жақындауы кезінде фильтрация жылдамдығының жоғарлауымен түсіндіріледі, оғанқысым құлауының көп шығымы кетеді.
Радиус бойымен еркін өзгерес кезіндегі су өткізгіш кезіндегі ұңғымаға радиалды ағынның ағылуын қарастырайық (2.8) формуласының оң жағын интегралдап және келесі түрде нәтижесін көшіріп жазайық:
q 2 * P Pc dr
(3.11)
Rk 1
r
r * r
c
Интеграл асты функциясы
y r
1
r r
(3.12)
әртүрлі радиустерге берілген мәндерімен графикалық түрде тұрғызылып және rc және кез келген жуық интегралдау әдісімен интегралданады немесе берілген шектерде y(r) қисығының астындағы аудан планиметр арқылы өлшенеді.
Кейбір жағдайларда өндіретін ұңғыма бір уақытта өткізгіштігі, қалыңдығы, мұнай тұтқырлығы және де қабаттық қысымы әр түрлі қабатшаларды дренаждай алады. Алайда бұндай күрделі жүйеде ағынның
келуі бірдей түп қысым (келтірілген ) кезде болады. Бұл кезде қабаттық қысымы түп қысымнан аз кейбір қабатшалар, сұйықты жұтуға қабілетті.
Әр жағдайда осында көп қабатты қабаттың жалпы ағылуы, әр қабатшадан келетін ағыстың алгебралық қосындысына тең болады:
n
q =q1+q2+. +qn= qi
1
(3.13)
радиалды ағынның формуласы қарапайым болғандықтан, жиі түрде инженерлі есептеулерде қолданылады. Нәтижесінде шығатын параметрлер л,h,u; (Рк-Рс) бағалану кезінде шығатын ақаулықтар q өлшеміне әсер етеді. Ал Rk және rc өлшеулеріне келетін болсақ , олар логарифм белгісінің астында болғандықтан оларға қатысты елеулі ақаулықтар жіберіледі.
Мысал. Rk-ң нақты жіберілетін мәні Rk=100 м , ал есептеуде байқаусызда Rk=1000м мәні қабылданса , яғни қате 10 есеге жіберілді делік. Онда нақты ағыс
q 2 kh Pk Pc
* ln 1000.1
(3.14)
мұнда rc =0.1 м Есептелген ағыс
qес
2 kh* Pk Pc
* ln 10000.1
(3.15)
салыстыруды басқа да бірдей шарттарда (2.18) формуласына (2.19) формулаға бөле отырып жүргізейік.
qн qес
ln 10000 4 ln 1000 3
(3.16)
Бұдан q есеп = (34) qнақ яғни есептік шығым нақты шығымның 75%
құрайтын болады.
Басқа өндіру ұңғымаларының арасында орналасқанұңғыма үшін радиалды ағыстың формуласын қолданған кезде, Rk үшін көршілес ұңғымаға дейінгі жарты арақашықтықтың мәнінің бұрыш бойынша орташа өлшенген өлшемімін қабылдайды.радиалды ағыстың формуласы және жиі түрде белгілі шығым және қысым бойынша су өткізгішті анықтау үшұін қолданады.
Формулалар қабатта радиалды фильтрацияны сипаттағандықтан, онда оларға қабаттық жағдайларда мұнай тұтқырлығының мәнін қою қажет, яғни еріген газ мөлшерінің сәйкестігін ескергенде қабаттық температура мен қысым кезде. Есептелген q шығымы (сұйықтың көлемдік шығымы) қабаттық шарттар кезінде алынады. Шығымды қалыпты беттік шарттарға ауыстыру үшін есептелген шығымды қабаттық сұйықтың көлемдік коэффициентіне бөлу қажет.
Сұйықтықтың, газдың және кеуекті ортаның күй теңдеулері
Қабат бойымен ұңғыма түбіне-қысымы ең төмен нүктелерге, сұйықтың фильтрациясының жүруі қабаттық энергия есебімен іске асады. Сұйық қабаттық қысым әсерінен сығылған түрде болады. Кен орынды пайдалану үрдісі кезінде, қабаттық қысым құлайды. Сондықтан сұйықты қабаттан қысым түспей тұрғанға дейін және қажетті депрессияны ұстау мүмкін болмайтын жағдайға дейін аклу қажет. Қабаттық қысымды үнемі бақылап тұрады және оның тез құлау жағдайы кезінде шоғырға жасанды әсер ету әдістерін қолданады, жиі түрде қабаттық қысымды ұстау әдістерін пайдаланады. Қабаттық қысымның төмендеу жылдамдығы, қабаттың энергетикалық қоректенуін сипаттайды, ол қабаттық сұйықты: мұнай, су және газды алу жылдамдығымен сипаттайды, ол өз кезегінде кен орынды игеру жобасымен және қабаттық қысымды ұстау әдісінің жүргізілуі немесе жүргізілмеуімен шартталды. Бұл жасанды факторлар басқа тұрғыдан, қабаттық энергияның қоры, қабат қысымының алғашқы мөлшері және оның төмендеу жылдамдығы табиғи факторларға да тәуелді:
* газ шапкасының болуына оның ұлғаю энергиясы кен орынды игеруде қолданылады;
* қабаттық жүйеде серпімді энергияның қоры;
* мұнайда еріген газдың болуы, оның ұлғаю энергиясы қабаттық сұйықтардың және газдардың ұңғы түбіне ығысуына әкеледі;
игеру объектісінің қабаттық нұсқа сыртындағы сумен қоректендіретін көзінің болуы және осы сумен қабаттағы мұнайдың орын басу қарқындылығының болатындығы.
* Гравитациялық фактор, ол құлау бұрышы үлкен қабаттарда мұнайды тиімді ығыстыруға себепкер болады.
Аталған фактор табиғи шарттармен анықталады және кен орынның қалыптасу үрдісімен байланысқан және технологқа тәуелсіз болады.
Каппилярлы-беттік күштер көбінесе кеуекті ортада, өзінің меншікті беттігімен қабаттық сұйықтың фильтрациясын тежейді, сондықтан аталған факторлармен бірге ұңғы түбіне сұйықтың келу қарқындылығын анықтайды.
Гидростатикалық қысым туралы түсінік.
Сыртқы күштердің әсерінен (беттік және массалық) сұйықтықта
гидростатикалық қысым деп аталатын ішкі тік кернеу пайда болады.Олай
болса, гидростатикалық қысым - бұл бірлік ауданда dA бірқалыпты
таралған тік бірлік күш dR :
p dR
dA
H
Қысымның өлшем бірлігі кернеудің өлшем бірлігімен сәйкес келеді:
м 2
.
Гидростатикалық қысымның қасиеттері.
Бірінші қасиеті: Қысым, тік кернеу сияқты, барлық уақытта ауданның ішкі жағынан перпендикуляр ( нормаль бойынша) бағытталады және қысым қаралған
нүкте координатасына тәуелді функция p f x, y, z . Қысым уақытқа
байланысты өзгермейді.
Екінші қасиеті: Нүктедегі қысым барлық бағытқа бірдей шамамен әсер етеді
5.2. Гидростатиканың негізгі теңдеуі. Абсолютті, манометрлік, вакуумметрлік қысым.
Тыныштық күйінде тұрған сұйықтықтың қысымын анықтау үшін гидростатиканың негізгі теңдеуін қолданады:
p p0 g h
(3.17)
Тыныштық күйінде тұрған сұйықтықтың кез келген нүктесіндегі
қысымы сұйықтықтың бетіндегі қысым p0 және нүктенің бату
тереңдігіндегі табаны бірге тең, сұйықтық бағанасының ауырлық күшінің
gh қосындысынан тұрады. gh көбейтіндісінің шамасы сұйықтықтың
салмақтық қысым немесе артық қысым деп аталады.
Cұйықтықтың бетіндегі қысым p0 атмосфералық қысымға тең болуы,
атмосфералық қысымнан артық немесе кем болуы мүмкін.
Атмосфералық қысымды ескере отырып, абсолютті нольден бастап есептелген қысым абсолютті қысым деп аталады. Егер, (1.1) теңдеуіндегі сұйықтықтың бетіндегі қысым атмосфералық қысымға тең болса p0 pa ,
онда "абс" деген индекс қойылып, абсолютті қысым деп есептелінеді:
pабс pа g h
(3.18)
Егер абсолютті қысым атмосфералық қысымнан артық болса, онда манометрлік немесе артық қысым деп аталады. Егер жабық резервуарда
pабс pa , онда манометрлік қысымның шамасы :
pман p0абс pa g h
Ашық резервуардың h тереңдігіндегі манометрлік қысымның шамасы :
pман g h
(3.19)
Атмосфералық қысымға жетпейтін вакуумметрлік қысым деп аталады:
pвак pа рабс , егер: pабс pa
(3.20)
Есептер шығарған кезде манометрлік қысымның шамасын "+" оң, ал вакуумметрлік қысымның шамасын "-" теріс деп аламыз.
Манометр қойылған жердегі абсолютті қысымды жазу үшін атмосфералық қысымға манометрлік қысымды қосу керек, яғни:
pабс pa pман
Ваккумметр қойылған жердегі абсолютті қысымды жазу үшін атмосфералық қысымға манометрлік ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Казбекова Гульзия Куанышовна Айтикеев Нұржигит Тагибергенович Есқалина Құралай Төлегенқызы
ЖЕРАСТЫ ГИДРОМЕХАНИКАСЫ
дәрістер жинағы
С.БӘЙІШЕВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ УНИВЕРСИТЕТІ
Мұнай-газ және тау-кен ісі кафедрасы
Казбекова Гульзия Куанышовна Айтикеев Нұржигит Тагибергенович Есқалина Құралай Төлегенқызы
ЖЕРАСТЫ ГИДРОМЕХАНИКАСЫ
дәрістер жинағы
С.Бәйішев ат.Ақтөбе университетінің оқу-әдістемелік кеңесінде мақұлданды. (Хаттама № 20 )
ӘОЖ 622
К 14
Рецензенттер: Алдамжаров Н.Н. - т.ғ.к., С.Бәйішев ат. Ақтөбе университеті
Набока О.М. - ЖШС АктюбНИГРИ, Қабат физикасы зертхана меңгерушісі
Казбекова Гульзия Куанышовна, Айтикеев Нұржигит Тагибергенович, Есқалина Құралай Төлегенқызы
К 14 Жерасты гидромеханикасы: дәрістер жинағы : 5В050800 -
Мұнай-газ ісі мамандығының студенттеріне арналған Казбекова Г.К., Айтикеев Н.Т., Ескалина К.Т. - Ақтөбе : С.Бәйішев ат.Ақтөбе университеті, 2016ж. - 144б.
Дәрістер жинағында - жерасты гидромеханикасы кеуекті және жарықшақты-кеуекті тау жыныстарында мұнайдың, судың және газдың жылжу заңдары келтірілген. Сондай-ақ жерасты сұйықтарының және газдардың жылжу үрдістері қарастырылған. Жерасты гидромеханикасы пәнін оқығаннан кейін студент, кенорынды игеруді жобалау және ұңғыманы бұрғылауда кеуекті ортадағы судың, газдың, мұнайдың сүзілу заңдылықтарын қолдануды, физикалық процестерді және қабаттарда жүріп жатқан түрлі заңдылықтар туралы түсініктерді меңгереді.
Дәрістер жинағы жоғары оқу орындары 5В050800 - Мұнай-газ ісі мамандығы студенттері мен оқытушыларына арналған.
ӘОЖ 622
К 14
(C) Казбекова Г.К., Айтикеев Н.Т., Ескалина К.Т.
(C)С.Бәйішев атындағы Ақтөбе университеті, 2016ж.
КІРІСПЕ
Жерасты гидромеханикасы сұйықтықтардың, газдардың және олардың қоспаларының кеуекті және жарықшақты тау жыныстарында сүзгіленуі туралы ғылым болып табылады. Сүзгілеу ағымы, яғни кеуекті немесе жарықшақты ортадағы сұйықтықтың (газдың, газ бен сұйықтықтың қоспасының) ағымы жерасты гидромеханикасының объектісі болып табылады. Жерасты гидромеханикасы мұнай және газ кенорындарын игеру және мұнайгазды алу технологиясы теориясының құрам бөлігі болып табылады. Жерасты гидромеханикасының заңдарын білу берілген қабат жағдайы үшін кенді игерудің ұтымды режимдері мен жүйелерін таңдауда қажет. Кенді игерудің гидродинамикалық модельдеуі жерасты гидромеханикасының тура есебін шешу шегінде алынған және сүзгілену үрдісін нақты жағдайда сипаттайтын математикалық теңдеулерді пайдалануға негізделген. Қабаттың сүзгілену сипаттамаларын анықтау мақсатымен игеру үрдісін бақылау және реттеу үшін қабаттардың және ұңғылардың гидродинамикалық зерттеулерін жүргізеді. Бұл зерттеулерді мәліметтерін өңдеуі жерасты гидромеханикасының кері есебін шешуге негізделген. Жерасты гидромеханикасы басқа ғылымдарда да кең қолданылады: гидрогеологияда, инженерлік геологияда, гидротехникада, т.б. Судың қаныққан грунттарда сүзгіленуін зерттеудің алғашқы тәжірибелерін француз ғалымы А. Дарси жүргізген. Ол 1856 ж. сүзгілену жылдамдығының қысым градиентінен тәуелділігін көрсететін эксперименталдық заңын тұжырымдаған. Осы жылдары басқа француз ғалымы Ж. Дюпюи монографиясын жариялаған. Онда грунт суларының сүзгілену теориясы келтірілген, құдықтар дебиттерінің формулалары шығарылған және сүзгілену есептері шешілген. Жерасты гидромеханикасының дамуына Ч. Слихтер және М. Маскет атты америкалық ғалымдар да айтарлықтай үлесін қосқан.
Сүзгілену теориясының ресей мектебінің негізін қалаушылар - профессор Н. Е. Жуковский және академик Н. Н. Павловский, ал ресейлік мұнайгаз жерасты гидромеханикасының негізін қалаушысы - академик Л. С. Лейбензон. Сонымен қатар, мұнайгазсу қабаттарындағы сұйықтықтар мен газдардың сүзгілену теориясына С. А. Христианович, Б. Б. Лапук, И. А. Чарный, В. Н. Щелкачев, т.б. зор үлесін қосқан.
ЖЕРАСТЫ ГИДРОМЕХАНИКАСЫ ПӘНІ ЖӘНЕ ЖАЛПЫ ТҮСІНІК
1. Пәннің қысқаша мазмұны
2. Мұнай және газ кенорындарын игеру жүйесін жобалағанда жерасты гидромеханикасының мәні
Гидромеханика (гидравлика) - cұйықтықтың механикалық қасиеттерін, cұйықтықтың қозғалысы мен тепе - теңдік заңдарын, cұйықтықтың қатты беттермен әсерін зертейтін ғылым.
Гидромеханика - заңдары мен қортындылары техникалық және инженерлік есептерді шығаруға керек техникалық қолданбалы пән.
Гидромеханика инженерлік білімнің негізін құрайтын ғылымдардың бірі және өзі бірнеше бөлімнен тұрады.
"Гидростатика" бөлімінде гидростатиканың негізгі теңдеуі шығарылады, тыныштықтағы cұйықтықтың қысымы анықталады және және cұйықтықтың жазық және қисық беттерге әсері қаралады.
"Гидродинамика" бөлімінде cұйықтық қозғалысының негізгі заңы мен Д. Бернулли теңдеуі, cұйықтық қозғалысының режимдері мен гидравликалық кедергілердегі арын жоғалтуы оқылады.
"Құбыр жүйесін гидравликалық есептеу" жай және күрделі құбыр жүйесін инженерлік есептеуге керек негізгі бөлім болып есептеледі.
" Сұйықтықтың саңылау мен саптамадан ағуы" бөлімінде cұйықтықтың кіші және үлкен саңылау мен саптамадан ағуын есептеу көрсетіледі.
Гидравлика - тепе-теңдік заңдылықтарын, сұйықтықтың механикалық қозғалысын зерттейтін ғылым. Гидравлика сөзі гректің hydraulikós - сулы, nydor - су, aulos - құбыр деген сөзінен шыққан.
Пәнді білу - гидравликаның негізгі заңдарын білу, өзен, көл, теңіз, жер асты суларын қолдануға арналған гидротехникалық қондырғыларды пайдалану, құрылысты жобалауға қажет инженерлік есептеулерді үйрену үшін қажет.
Болашақ маман:
oo Гидростатика мен гидравликаның негізгі заңдарын
oo Сұйықтықтардың физикалық қасиеттерін
oo Сұйықтық қозғалыстарының түрлерін, ағыстың гидравликалық параметрлерін
oo Сұйықтық қозғалысының режимін
oo Құбырдың гидравликалық есептеулерін
oo Сұйықтықтың кеуекті ортада фильтрациялануын білуі қажет.
Гидравликаның алғашқы еңбектері:
Гидравлика саласы бойынша ең алғашқы еңбектердің бірі болып Архимедтің О плавающих телах атты трактаты саналады.
XV-XVI ғ.ғ. Леонардо да Винчи (1452-1419) О движении и измерении воды еңбегін жазды. Ол тек 40 жылдан кейін басылып шығарылды.
С. Стевин (1549-1620) Гидростатика бастамасы кітабын жазды.
Г. Галилей(1564-1642) 1612 ж. Судағы денелер және олардың қозғалысы кітабын жазды.
Е. Торичелли (1608-1647) тұтқыр сұйықтықтың резервуар тесігінен ағу жылдамдығын есептейтін формуланы ойлап тапты.
Б. Паскаль (1623-1662) орта ғасырларда гидравликалық машиналардың көп мөлшерде пайда болуына негіз болған қысымның сұйықтыққа берілу заңын ашты.
Н. Ньютон (1643- 1723) 1686 ж. сұйықтықтағы ішкі үйкелісі туралы гипотезаны ойлап тапты.
Сұйықтықтар және олардың физикалық қасиеттері
Сұйықтық - аққыштық қасиеті және үзілу деформациясына аздаған келергісі бар, кез келген жай күштердің әсерінен өзінің пішімін өзгерте алатын физикалық дене.
Сұйықтықтың екі түрі болады: тамшылы және газ тәрізді.
Тамшылыға қарапайым сұйықтықтар ( су, мұнай, керосин, майлар т.б.) жатады.
Газ тәрізді сұйықтыққа газдар ( ауа, азот, пропан т.б.) жатады.
Тамшылы мен газ тәрізді сұйықтықтардың айырмашылығы күштің әсерінен сығылуы болып табылады. Тамшылы сұйықтықтар сығылмайды, ал газ тәрізді сұйықтықтар оңай сығылады. Күштің әсерінен пішінін өзгертеді.
Тамшы тәрізді және газ тәрізді сұйықтықтардың негізгі ерекшелігі сыртқы күштердің әсерінен сығылуы (көлемін өзгертуі). Тамшы тәріздес сұйықтар қиын сығылады, ал газ тәрізді сұйықтықтар жеңіл сығылады, яғни аз ғана сыртқы күш әсерінен өзінің көлемін бірнеше рет өзгерте алады.
Сұйықтықтардың қозғалу заңдылықтарын зерттеу үшін идеал және
реал түсінігі енгізілген.
Идеал - тұтқыр емес, абсолют қозғалғыш, үйкеліс күші жоқ, ішкі күштердің әсеріне абсолют өзгеріссіз сұйықтықтар болып табылады. Бұндай сұйықтықтар шын мәнде жоқ. Бұл модель теориялық шешімдер мен зарттеулерді жеңілдетуге арналған.
Реал - тұтқыр,сығылмайтын, созылу және сығылу күштеріне кедергі жасайтын, үйкеліс күші бар сұйықтықтар.
Реал сұйықтықтар ньютондық және ньютондық емес (бингемовтік) болуы мүмкін. Ньютондық сұйықтықтарда - сұйықтықтардың бір қабатының қозғалысы екіншіге қатысты беттесу кернеуінің (ішкі үйкеліс) мөлшері қозғалыс жылдамдығына пропоционал. Бұл заңдылықты 1686 жылы Ньютон орнатты. Сондықтан бұл сұйықтықтарды ( су, майлар, бензин, каросин, глицерин ) ньютондық деп аталады.
Ньютондық емес сұйықтықтар қозғалғыш, тыныштық күйінде беттесу кернеуі (ішкі кедергі) болады. Оның мөлшері сұйықтықтың түріне байланысты. Бұл ерекшелікті алғаш рет Ф.Н.Шведов 1889жылы, кейін Бингем 1916жылы байқады. Сондықтан бұл сұйықтықтар ( битон, гидроқоспалар, саз тәрізді ерітінділер, коллойдтар қату температурасына жақындағанда мұнай өнімдері) бингемовтік деп аталады.
Сұйықтықтың негізгі қасиеттері
Сұйықтықтың тығыздығы - бұл бірлік көлемді толтырған сұйықтықтың
салмағы, өлшем бірлігі:
кг : m м3 V
Сұйықтықтың меншікті салмағы - бұл бірлік көлемді сұйықтықтың
H
ауырлық күші, өлшем бірлігі: :
м3
G
V
Ауырлық күші
G mg
болғандықтан, сұйықтықтың тығыздығы мен
меншікті салмағы арасындағы есептеу формуласын аламыз:
g
(1.1)
Меншікті салмақ өлшенген жерде ауырлық күшінің үдеуіне g тәуелді болғандықтан, есептеу кезінде тығыздықтың шамасын қолданамыз.
кг
Техникалық есептеуде судың тығыздығын
кг
10
м3
, сынаптың
тығыздығын сын 13,6 м3 деп қабылдаймыз.
Сұйықтықтың физикалық қасиеттері.
Гидромеханика курсында сұйықтықтың келесі физикалық қасиеттерімен танысамыз: сұйықтықтың сығылуы мен тұтқырлығы, капилляр түрінде болуы және кавитация.
Сұйықтықтың физикалық қасиеті тұтқырлыққа тоқталсақ, бұл сұйықтық қабатының бір біріне қатысты қозғалуына қарсыласа білу қабілеті.
Техникалық есептеу мен есеп шығарған кезде тұтқырлықтың екі коэффициентін қолданады: тұтқырлықтың динамикалық коэффициенті ,
өлшем бірлігі Пас; тұтқырлықтың динамикалық коэффициентінің сұйықтық тығыздығына қатынасы- тұтқырлықтың кинематикалық коэффициенті :
(1.2)
Тұтқырлықтың динамикалық коэффициенті мен сұйықтық тығыздығының өлшем бірліктерін қоя отырып, тұтқырлықтың кинематикалық коэффициентінің СИ жүйесіндегі өлшем бірлігін аламыз:
м 2
.
с
Сұйықтықтың эксперименталды тұтқырл ығы вискозиметрмен
анықталады. Вискозиметрмен Энглер градусі деп аталатын салыстырмалы тұтқырлығы да анықталады.
Тұтқырлықтың шартты кинематикалық коэффициентіне көшу үшін Уббелоданың эмпириялық формуласын қолданады:
0.0731 E 0.0631 10 4
(1.3)
E
Тұтқырлықтың кинематикалық коэффициентінің шамалары кітаптардың қосымша бөлімінде келтірілген, оны есептеу кезінде қолданамыз.
Тығыздық (ρ) дегеніміз- массаның (m) көлемге (w) қатынасы.
ρ=mW, кгм[3]
Химиялық құрамына байланысты сұйықтықтарды бір компонентті, таза сұйықтық немесе көп компонентті сұйық қоспалар болып бөлінеді. Қоспалардың тығыздығын келесі формуламен анықтауға болады:
m1 m2
W1 W2
1W1 2W2
W1 W2
Мұндағы: m1 ,мен m2 ; W1 мен W2 және r1 мен r2 сәйкесінше сұйықтықтардың массасы, тығыздығы, көлемі.
Судың максимал тығыздығы 4 °С температурада 1000 кгм[3]. Ол 4,08, 3,8, 3,4°С сәкесінше 0,1, 0,4, 1,0 МПа максимал мәнге жереді. Атмосфералық қысымда температурасы 15°С судың тығыздығы 999 кгм[3]. Тұздың концентрациясы 35 гл болғанда температурасы 0°С теңіз суының концентрациясы 1028,1 кгм[3]. Тұздың мөлшері 1 гл өзгерсе, сәйкесіше тығыздық 0,8 кгм[3] өзгереді.
Сұйықтықтың меншікті салмағы (ϒ) - сұйықтық салмағының көлемге қатынасы.
G
W
g
Егер Ньютонның 2 заңын қолданып G=mg теңдігінің екі жағын көлемге W бөлсек, тығыздық пен меншіктік салмақ арасындағы айырмашылықты байқай аламыз.
G mg W W
Мұндағы: G-ауырлық күші, g- еркін түсу үдеуі, м[2]с.
Кейбір сұйықтықтардың 20 [о]С температурадағы меншікті салмағы.
Сұйықтық
3
Меншіктік салмақ γ, Нм
3
Тығыздық ρ, кгм
Сынап
132900
13547
Теңіз суы
10010 - 10090
1002 - 1029
Табиғи су
9790
998,2
Минералды май
8600 - 8750
877 - 892
Мұнай
8340 - 9320
850 - 950
Керосин
7770 - 8450
792 - 840
Этил спирті
7740
789,3
Бензин
7250 - 7370
739 - 751
Сығылуы. Реал сұйықтықтарды сыққанда көлемі азаяды. Қысым өзгергенде сұйықтықтың көлемін өзгерту қасиеті көлемдік сығылу коэффициентімен (bW) сипатталады. Яғни қысымның өзгерісіндегі сұйықтық көлемінің өзгерісі.
b = Па[-1],
W 1
W W p p
Мұндағы: ∆W - көлемдік өзгеріс, Δρ - тығыздық өзгерісі.
Ұлғаю температурасы. Сұйықтықтың көлемдік W өзгеру қасиеті температураның ұлғаю коэффициенті (bt), яғни сұйықтықтың көлемдік өзгерісінің тұрақты қысымда 1°С температура өзгерісіне (t) қатынасы болып табылады.
bt = оС-1.
W W ( t )
Таблицада судың ұлғаю коэффициенті көрсетілген.
Қысым Р ,
5
Па*10
1°С температурадағы температуралық ұлғаю коэффициенті ß
t
1-10
10-20
40-50
60-70
90-100
1
0,000014
0,000150
0,000422
0,000556
0,000719
100
0,000043
0,000165
0,000422
0,000548
0,000704
200
0,000072
0,000183
0,000426
0,000539
0,000682
500
0,000149
0,000236
0,000429
0,000523
0,000661
900
0,000229
0,000289
0,000437
0,000514
0,000621
Белгілі температурада сұйықтықтың тығыздығын, температуралық ұлғаю коэффициентін біле отырып басқа температурадағы сұйықтықтың тығыздығын анықтауға болады.
ρi=
(1 t (ti t))
d
Тұтқырлық - ішкі үйкеліс, сұйықтықтағы ұсақ бөлшектердің қозғалыс кезінде бір-біріне кедергі жасауы. Тұтқыр ағыстың негізгі заңын Ньютон орнатты:
t = +- m
dy
мұндағы: τ- сұйықтықтың беттесу кернеуі,
мұндағы: T- тангенсиал күш,
w- беттесу ауданы,
τ = Tw,
Қозғалу жылдамдығының градиенті:
d
= 2 1
dy ( y2 y1 )
Сұйықтықтың тұтқырлығын өлшейтін приборды - вискозмаетр ( латынша viscosus- тұтқыр) деп атайды. Вискозиметрдің ең көп тараған түрлері: капиллярлы, ротациондық, құлайтын шаригі бар, ультрадыбыстық.
Меншікті жылу сыйымдылық. Судың 0°С температурадағы меншікті жылу сыйымдылығы 4180 Дж кг. Ол температураға тәуелді өзгереді, +35°С температурада максимумға жетеді.
Меншікті балқу жылуы. Меншікті балқу жылуы мұздың суға айналған кезінде 330 кДжкг құрайды. Бу түзілудің меншікті жылуы қалыпты қысым мен 100°С температурада 2250 кДжкг тең.
Электроөткізгіштік. Химиялық түрде су электр тогын өткізбейді. Оның 18°С температурадағы меншікті электр өткізгіштігі 4,3*10[-8] Ом[-1]*cм[-1] тең.
Тақырыпты бекітуге арналған сұрақтар:
1. Жерасты гидромеханикасы нені зертейді?
2. Сұйықтықтар және олардың физикалық қасиеттері
3. Сұйықтықтардың негізгі физикалық қасиеттерін ата.
4. Электроөткізгіштік деген не?
5. Идеал және реал сұйықтықтардың айырмашылығы неде?
ФИЛЬТРАЦИЯ ТЕОРИЯСЫНЫҢ ЭЛЕМЕНТТЕРІ
1. Жарықшақты қабаттардың классификациясы.
2. Сүзілу көрінісі.
3. Дарси заңы.
Жарықшақты қабаттардың классификациясы.
Тау жыныстары - бір немесе бірнеше минералдардан құралып, жер қабығында өзіне тән геологиялық денелер түзеді.
Жаратылу тегіне байланысты тау жыныстары магмалық, шөгінді және метаморфтық үш үлкен топқа жіктеледі.
Магмалық тау жыныстары жер қойнауындағы болатын силикатты балқыма-ерітіндінің (магма) жер бетіне жетіп (оны енді лава дейді) қатаюынан немесе жер қойнауында кептеліп кристалдануынан пайда болады. Магмалық жыныстар көбіне кристалды құрылымды болып, нығыз ұдайы өте қатты біркелкі массивтер түзеді. Олардың үлгісі ретінде тереңде кристалданған гранитті, немесе жер бетінде төгілген базальтты атаған жөн. Әрине, бұл жыныстар арасынан жан-жануарлардың, өсімдіктердің қалдықтарының табылуы мүмкін емес.
Шөгінді тау жыныстары жер бетінде су бассейндерінің түбінде органикалық және анорганикалық заттардың шөгуінен пайда болады. Байырғы жыныстардың экзогендік процестер әсерінен бұзылған түйіршіктері мен жануарлардың, өсімдіктердің қалдықтары біртіндеп шөге келе қат- қабаттар түзеді. Шөгінді тау жыныстары жаралу тегінде байланысты үгінді (механикалық шөгінділер), химиялық (хемогенді), органогенді және аралас топтарға жіктеледі.
Метаморфтық тау жыныстары деп байырғы шөгінді, магмалық, типті метаморфтық тау жыныстарының тереңге батып өзгеруінен жаралған жыныстарды атайды. Осылайша өскен температура мен қысым әсерінен бұрынғы нығыз, сом магмалық жыныстар тақталанады, ал шөгінді жыныстар кристалл құрылымды жынысқа көшеді.
Мұнай мен газ классификациясы туралы сұрақтар бойынша И.О.Брод, Н.А.Еременко, А.А.Бакиров және т.б. ғалымдар өз еңбектерін арнады.
Мұнай мен газ кеніштеріне байланысты классификация төртке бөлінеді (1-кесте), А.А. Бакиров бойынша.
1- кесте- Кеніштер классификациясы
Класс
Топ
Түр
Қақпандар түрі
Күмбезді
Қарапайым және бұзылмаған құрылымдардың антиклиналі мен күмбезі; жарылысты бұзылыстармен күрделендірілген; тұзды
күмбезді құрылымдар
Құрылымды
Антиклиналды және күмбезді
Тектоникалық экрандалған ілініп тұратын
Қарапайым және күрделі құрылымдардың структурасы. Жарылыстармен күрделендірілген құрылымдар,
т.б.
Моноклиналды
Бұзылған моноклиналдар
Моноклинальдың жарылысты бұзылыстарымен экрандалған
Рифогенді Литологиялық
Рифты массивтер Литологиялық экрандалған
Еңкіш немесе ысырылған коллекторлар
Қабаттың қалыпқа келуі бойынша выклинделетін коллекторлардый аймқтары; өткізгішті жыныстардың аз өткізгішті жыныстармен
ауысуы
Литологиялық шектелген
Экрандалған
Асфальт пен битумның экрандалған шөгінділері
Литологиялық
шектелген
Бау және жең
тәріздес
Палеорек қазбаларының
құмды түзілістері
Стратиграфиялық
Эррозияға ұшыраған коллекторлар және оларды өткізгіштігі аз жыныстармен жабылуы
Қарама қайшылықты
тектоникалық құрылымдар
Антиклиналь мен моноклинальдардың
стратиграфиялық жетілдірілмеген аймағы
Останцтты
Палеорельефтің көмілген
останцттер бетінің эродирленген аймағы
Шығып тұрған
Кристалды фундаменттің шығып тұрған аймағы
Құрылымдық кеніштер классына әртүрлі локальды тектоникалық құрылымдарға ие кеніштер жатады. Олар: күмбездік, тектоникалық экрандалған және мұнай мен газдың контактілі кеніштері.
Күмбезді кеніштер локальды құрылымдардың күмбезді бөліктерінде түзіледі. Күмбезді кеніштерді сұлбасы 11-суретте көрсетілген.
Мұнай мен газдың тектоникалық экрандалған кеніштері әртүрлі ысырылымдар аймағында түзіледі. Мұндай кеніштер күмбезде, қанаттарда немесе переклинальдарда орналасуы мүмкін.
Контактілі кеніштер тұзды штокпен, сазды диапирмен немесе вулканогенды түзілістермен шектесетін өнімді қабаттарда түзіледі. Литологиялық кеніштер классында екі кеніштерді ажыратады: литологиялық ажыратылған және литологиялық шектелген. Литологиялық экрандалған кеніштер қабат-коллекторларының шектелген аймақтарында орналасқан.
Литологиялық шектелген кеніштер қазбалы палеоректердің құмды түзілістерінен, жағажайлық құмдықтармен түзілген және барлық жағынан аз өткізгіштікті жыныстармен қоршалған (14-сурет).
Рифогенді класқа жататын кеніштер рифті массивтер денелерінде түзіледі.
Стратигарфиялық кеніштердің түзілуі келесі коллекторларда жүргізілді: эррозиямен кесілген коллекторлар өткізгіштігі аз қабаттармен жабылған.
Стратиграфиялық кеніштердің класстары антиклинальдарда, күмбез тәріздестерде және моноклинальдарда кездесуі мүмкін (16а-сурет). Оларға фундаменттің көмілген иілмелі кристалды жыныстардың бөліктерінде орналасқан кеніштер де жатады.
Тау жыныстарының арасындағы барлық қуыстардың аумағын ақиқаттық немесе теориялық кеуектілік деп атайды. Жыныс арасындағы қуыстарды қосқандағы қосынды көлемін алынған жыныстың сыртқы аумағына қатынасы
кеуектілік коэффициенті деп аталады. Ол былай табылады:
V
Kn n
V
(2.1)
kn - жыныстың кеуектілік коэффициенті; Vn - жыныстың (үлгінің) қуыс көлемі; Vn - сол жыныстың (үлгінің) аумағы.
Кеуектіліктің проценттік мағынасын табу үшін 1 формула арқылы табылған мағынаны 100-ге көбейту керек:
k Vn 100%
n V
(2.2)
мұндағы: kn - жыныстың кеуектілік проценті.
Қуыс-кеуектердің мұнайға, суға, газға қанығуы және олардың қуыс қаналдарымен жылжуы қуыстың аумағына байланысты. Көлденеңі ірілеу қуысқа сұйық оңай кіреді де ол тарту күшінің әсерінен кеуектің саңлауларымен әжептеуірге жылжиды. Майда кеуектерге (капилляр кеуектер) сұйықтың енуі үшін күшті қысым керек болғандықтан сұйықтың кеуектік қаналдармен жылжуы қиынға түседі.
Қысымның кемуінен жыныстың өзінен сұйық пен газды өткізу қабілетін оның өткізгіштігі дейді. Жыныстар жақсы да, шамалы да өткізгіш, бірақ та абсолютті өткізбейтін жыныстар болмайды. Өткізгіштік деп тау жыныстарының қысымдары айырмашылығы кезінде өз бойынан сұйықтық
пен газды өткізу қабілетін айтады. Қуыстылық пен бірге өткізгіштік те мұнай коллекторларының негізгі көрсеткіштері болып саналады. Егер қуыстылық қабаттың сиымдылығын көрсететін болса, ал өткізгіштік қуысты ортаның өткізу қабілетін сипаттайды. Өткізгіштік көрсеткіші мынадай көптеген факторлармен сипатталады: тау жыныстарын құрайтын әртүрлі түйіршікті материалдың іріктелу дәрежесі, седиментационды процестермен тау жыныстарының қуысты кеңістігінің құрылымының өзгеру дәрежесі және т.б.
Қуысты ортаның өткізгіштігі тек қана қуысты кеңістіктің құрылымынан емес, сонымен қатар қабат флюидінің түрі мен оның қозғалу тәртібіне де байланысты болып келеді. Осыған байланысты, мұнайлы жыныстардың өткізгіштік қасиеттерін сипаттауда абсолютті, (физикалық), тиімді (фазалық) және тиісті өткізгіштік ұғымдары енгізілген.
Абсолютті өткізгіштік деп өткізгіш қуысты ортаның газбен физикалық- химиялық өзара әсерлесуі болмаған, қуысты ортаның газбен толық толуы жағдайындағы газды өткізу қабілетін айтады. Өткізгіштіктің өлшем бірлігі ретінде м[2] қабылданған. Тау жыныстарының өткізгіштігін өлшеу үшін көбіне мкм[2] (микрометр) қолданылады.
Өткізгіштік. Шөгінді тау жыныстарының өз бойынан қысыммен сұйық (мұнай, су) пен газ өткізу қасиетін өткізгіштік деп атайды. Өткізгіштік - тау жыныстарының коллекторлық сипаттамаларының негізгі көрсеткіштерінің бірі. Өткізгіштік жыныс ішіндегі сұйықтың көлемін сипаттамайды; ол тек қана сұйық пен газдың кеуектік саңлауын бойлап жылжу қабілетін көрсетеді. Тау жыныстарын сипаттау және бағалау жайында кейде бір-біріне қатынасты шамалы екі ұғымды - өткізгіштік пен кеуектікті - шатастырып қала берсе бірдей қылып теңдестіріп отырады. Кеуектік жыныстар ішіндегі кемік- қуыстардың аумағын көрсетеді, ал өткізгіштікке келсек, ол мұнай мен газдың бір бөгетте кездесіп, соның жанындағы өзінше бір торға ілігеді де жинала бастайды.
Өткізгіштік коэффициенті арқылы мұнай-газ орналасқан қабаттардың өзінен сұйық пен газды өткізу қабілетін білуге болады:
k Q L
n F (P P )
(2.3)
1 2
Бұнда, kn - өткізгіштік коэффициентті; Q - үлгіден өтетін сұйықтың шығымы см[3]сек; - сұйықтықтың тұтқырлығы, спз; L - үлгі тастың ұзындығы, см; F - үлгі тастың кесін ауданы, см[2]; (P1 - P2) - үлгінің басы мен аяғындағы қысым айырмашылығы, атм.
Шөгінді тау жыныстарының өткізгіштігін өлшеу үшін Дарси (д) немесе оның мыңнан бір бөлігі миллидарси (мд) өлшем бірлігі қолданылады.
Коллекторлар. Сұйық пен газды өзінен өткізе алатын және олар үшін қойма бола алатын кеуекті және жарықшақты тау жыныстарын коллекторлар деп атайды.
Фильтрацияның сызықтық заңының қолдананылу шегі.
Сұйықтың, газдың, судың немесе олардың қоспаларының ұңғымаға келуі, ұңғымалар түбінде өнімді қабаттағы қысымнан төмен қысымның орнатылуы кезінде жүреді. Сұйықтың ұңғымаға ағылуы ерекше күрделі және де, есептеуге үнемі көне бермейді. Тек ұңғымаларды дұрыс геометриялық орналастыру кезінде (сызықтық немесе сақиналы ұңғымалардың қатары және дұрыс тор), сонымен қоса бір қатар жіберулерден (қабаббың тұрақтылығы, өткізгіштік және басқа параметрлер) түптегі берілген қысымдар кезінде бұл ұңғымалардың шығымы немесе керісінше берілген шығымдарда қысымды аналитикалық түрде есептеуге болады. Алайда әрбір ұңғыманың жанында бір текті қабатта сұйықтың ағымы радиалдыға жақын бола бастайды. Бұл есептеуге ауқымды түрде фильтрацияның радиалды сұлбасын қолдануға мүмкіншілік береді. Дифференциалды түрде жазылған Дарси заңына сәйкес фильтрацияның жылдамдығы келесі түрде жазылады:
K dp
V * dr
, (2.4)
Мұнда к- қабаттың өткізгіштігі; u-динамикалық тұтқырлық; dpdr - радиус бойлығындағы (ток сызығындағы ) қысымның градиенті. ГОК-ның барлық сызығында ағым бюірдей болады-басқаша айтқанда, айнымалы болып табылатын фильтрациясы жылдамдығы және қысым градиенті бұрыштық координатаның өзгерісі кезінде (біртекті қабат жағдайында) өзгеріссіз қалады, ол өз кезегінде сұйықтың көлемдік шығымын q қабаттық ауданының қимасына келетін фильтрацияның жылдамдығының туындысы ретінде бағалауға мүмкіншілік береді. Аудан ретінде ұңғыманың ортасынан жүргізілген еркін радиусы r бар цилиндрдің қимасының ауданын 2PIrh алуға болады.Мұнда h-қабаттың нақты қалыңдығы, сол арқылы фильтрациясы жүреді.
Онда
k dp kh
q 2 rhv 2 rh * dr *
(2.5)
жалпы жағдайда бірдей арақашықтықта ұңғыма осінен кез-келген радиустың бойымен ε өлшемі бірдей болған жағдайда ғана өзгереді деп алайық.. бұл жағдай сақиналы біртексіздік деп аталады. ε белгілі радиус функциясы түрінде берілді деп алайық, яғни
kh r
(2.6)
(2.6.) формуласын (2.5) формуласына енгізгенгенде және айнымалыларды бөлгенде, келесі функцияны аламыз
dr 2
r r q
* dp
(2.7)
(2.7.) дифференциалды теңдеуі бөлек айнымалылармен интегралдануы мүмкін, егер r фунциясы берілсе. Бөлек жағдайларда, егер су өткізгіштік
радиустан тәуелсіз және тұрақты болса, онда (2.7) фильтрация аймағының шегінде, яғни rс ұңғымасының қабырғасынан, Рс қысыммен сыртқы қоректену нұсқасы деп аталатын, тұрақты Рк қысымы бар Rк сыртқы шеңберіне дейін оңай интегралданады. Осылайша,
const
Rk
rc
кезінде
dr 2
Pk
*
Pc
r r q dp
1 * ln R ln r 2 * P P
(2.8)
k c q k c
(2.9) q-ға қатысты есептегенде, шеңберлі біртекті қабаттағы орталық ұңғымаға келетін ағынның классикалық формуласын аламыз:
q 2 * ln Pk Pc
ln Rk rc
(2.9)
Егер (2.8) айнымалы жоғарғы r және Р шегінде интегралдасақ, ұңғыма айналасындағы қысымды реттеу формуласын аламыз:
r
r dr
rc
2
q
P
* dp
Pc
(2.10)
шектерді және алгебралық түрлендіруді келтіргеннен кейін, яғни интегралдағаннан кейін келесі формуланы аламыз:
c
1 * ln r 2 * P P
(2.11)
rc q
P (r) қатысты теңдеуді шешкенде және (4.7) формуласын (4.8) қойғанда ұңғы айналасындағы қысымның таралу теңдеуін аламыз:
ln Rk
P r Pс Pk Pc * r
ln Rk
rc
(2.12)
егерде (2.8) катынасында айнамалының шектеуін жоғарғы емес астынғысын алсақ , онда р(r) өрнегін келесі турде жазуға болады:
ln Rk P r Pk Pk Pc * r
ln Rk
rc
(2.13)
(4.9) немесе (4.7) формуласына Rk отырып келтірілген r радиусының орнына, P(Pk)=Рк аламыз; r =rc болған кезде басқа шектік шартты аламыз.
P(rc)=Рс
Осылайша шектік шарттар орындалады. (4.9) және (4.10) формулалрдан Р(r) функциясы логарифмді болатындығын білеміз, яғни ұңғыма қабырғасына жақын жерде қысым қатты өзгереді, ал алшақтау жерде әлсіз өзгереді. Бұл ұңғыма қабырғасына тоқтың ағысының жақындауы кезінде фильтрация жылдамдығының жоғарлауымен түсіндіріледі, оғанқысым құлауының көп шығымы кетеді.
Радиус бойымен еркін өзгерес кезіндегі су өткізгіш кезіндегі ұңғымаға радиалды ағынның ағылуын қарастырайық (2.8) формуласының оң жағын интегралдап және келесі түрде нәтижесін көшіріп жазайық:
2 * P Pc
q Rk 1 dr
(2.14)
r
r * r
c
Интеграл асты функциясы
y r
1
r r
(2.15)
әртүрлі радиустерге берілген мәндерімен графикалық түрде тұрғызылып және rc және кез келген жуық интегралдау әдісімен интегралданады немесе берілген шектерде y(r) қисығының астындағы аудан планиметр арқылы өлшенеді.
Кейбір жағдайларда өндіретін ұңғыма бір уақытта өткізгіштігі, қалыңдығы, мұнай тұтқырлығы және де қабаттық қысымы әр түрлі қабатшаларды дренаждай алады. Алайда бұндай күрделі жүйеде ағынның келуі бірдей түп қысым (келтірілген ) кезде болады. Бұл кезде қабаттық қысымы түп қысымнан аз кейбір қабатшалар, сұйықты жұтуға қабілетті.
Әр жағдайда осында көп қабатты қабаттың жалпы ағылуы, әр қабатшадан келетін ағыстың алгебралық қосындысына тең болады:
n
q =q1+q2+. +qn= qi
1
(2.16)
радиалды ағынның формуласы қарапайым болғандықтан, жиі түрде инженерлі есептеулерде қолданылады. Нәтижесінде шығатын параметрлер л,h,u; (Рк-Рс) бағалану кезінде шығатын ақаулықтар q өлшеміне әсер етеді.
Ал Rk және rc өлшеулеріне келетін болсақ , олар логарифм белгісінің астында болғандықтан оларға қатысты елеулі ақаулықтар жіберіледі.
Мысал. Rk-ң нақты жіберілетін мәні Rk=100 м , ал есептеуде байқаусызда Rk=1000м мәні қабылданса , яғни қате 10 есеге жіберілді делік. Онда нақты ағыс
q 2 kh Pk Pc
* ln 1000.1
(2.17)
мұнда rc =0.1 м Есептелген ағыс
qес
2 kh* Pk Pc
* ln 10000.1
(2.18)
салыстыруды басқа да бірдей шарттарда (2.18) формуласына (2.19) формулаға бөле отырып жүргізейік.
qн qес
ln 10000 4 ln 1000 3
(2.19)
Бұдан q есеп = (34) qнақ яғни есептік шығым нақты шығымның 75%
құрайтын болады.
Басқа өндіру ұңғымаларының арасында орналасқанұңғыма үшін радиалды ағыстың формуласын қолданған кезде, Rk үшін көршілес ұңғымаға дейінгі жарты арақашықтықтың мәнінің бұрыш бойынша орташа өлшенген өлшемімін қабылдайды.радиалды ағыстың формуласы және жиі түрде белгілі шығым және қысым бойынша су өткізгішті анықтау үшұін қолданады.
Формулалар қабатта радиалды фильтрацияны сипаттағандықтан, онда оларға қабаттық жағдайларда мұнай тұтқырлығының мәнін қою қажет, яғни еріген газ мөлшерінің сәйкестігін ескергенде қабаттық температура мен қысым кезде. Есептелген q шығымы (сұйықтың көлемдік шығымы) қабаттық шарттар кезінде алынады. Шығымды қалыпты беттік шарттарға ауыстыру үшін есептелген шығымды қабаттық сұйықтың көлемдік коэффициентіне бөлу қажет.
Тақырыпты бекітуге арналған сұрақтар:
1. Мұнайгаз кеніштері дегеніміз не?
2. Күмбезді кеніштер құрылымы қалай ерекшеленеді?
3. Стратиграфиялық кеніштер құадай құрылымға ие болып келеді?
4. Литологиялық шектелген кеніштерді қалай ажыратуға болады?
5. Құрылымдық кеніштерге қандай кеніштер жатады?
6. Сұйықтың, газдың, судың немесе олардың қоспаларының ұңғымаға келуі қай кезде жүреді?
7. Дифференциалды түрде жазылған Дарси заңына сәйкес фильтрацияның жылдамдығы қандай түрде жазылады?
8. Радиус бойымен еркін өзгеріс кезіндегі су өткізгіш кезіндегі ұңғымаға радиалды ағынның ағылуы туралы не білесіңдер?
9. Фильтрацияның сызықтық заңының қолдананылу шегі қандай?
ЖАРЫҚШАҚТЫ ЖӘНЕ ЖАРЫҚШАҚТЫ - КЕУЕКТІ ҚАБАТТАРДАҒЫ СҮЗІЛУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ
1. Жарықшақты қабаттар жіктелуі.
2. Жарықшақтану көрсеткіштері.
3. Қабат өткізгіштігі.
4. Сызықты сүзілу заңының қолдану аясы.
Фильтрацияның сызықтық заңының қолдананылу шегі
Сұйықтың, газдың, судың немесе олардың қоспаларының ұңғымаға келуі, ұңғымалар түбінде өнімді қабаттағы қысымнан төмен қысымның орнатылуы кезінде жүреді. Сұйықтың ұңғымаға ағылуы ерекше күрделі және де, есептеуге үнемі көне бермейді. Тек ұңғымаларды дұрыс геометриялық орналастыру кезінде (сызықтық немесе сақиналы ұңғымалардың қатары және дұрыс тор), сонымен қоса бір қатар жіберулерден (қабаббың тұрақтылығы, өткізгіштік және басқа параметрлер) түптегі берілген қысымдар кезінде бұл ұңғымалардың шығымы немесе керісінше берілген шығымдарда қысымды аналитикалық түрде есептеуге болады. Алайда әрбір ұңғыманың жанында бір текті қабатта сұйықтың ағымы радиалдыға жақын бола бастайды. Бұл есептеуге ауқымды түрде фильтрацияның радиалды сұлбасын қолдануға мүмкіншілік береді. Дифференциалды түрде жазылған Дарси заңына сәйкес фильтрацияның жылдамдығы келесі түрде жазылады:
K dp
V * dr
, (3.1)
Мұнда к- қабаттың өткізгіштігі; u-динамикалық тұтқырлық; dpdr - радиус бойлығындағы (ток сызығындағы ) қысымның градиенті. ГОК-ның барлық сызығында ағым бюірдей болады-басқаша айтқанда, айнымалы болып табылатын фильтрациясы жылдамдығы және қысым градиенті бұрыштық координатаның өзгерісі кезінде (біртекті қабат жағдайында) өзгеріссіз қалады, ол өз кезегінде сұйықтың көлемдік шығымын q қабаттық ауданының қимасына келетін фильтрацияның жылдамдығының туындысы ретінде бағалауға мүмкіншілік береді. Аудан ретінде ұңғыманың ортасынан жүргізілген еркін радиусы r бар цилиндрдің қимасының ауданын 2PIrh алуға болады.Мұнда h-қабаттың нақты қалыңдығы, сол арқылы фильтрациясы жүреді.
Онда
k dp kh
q 2 rhv 2 rh * dr *
(3.2)
жалпы жағдайда бірдей арақашықтықта ұңғыма осінен кез-келген радиустың бойымен ε өлшемі бірдей болған жағдайда ғана өзгереді деп алайық.. бұл жағдай сақиналы біртексіздік деп аталады. ε белгілі радиус функциясы түрінде берілді деп алайық, яғни
kh
r
(3.3)
(3.6.) формуласын (3.5) формуласына енгізгенгенде және айнымалыларды бөлгенде, келесі функцияны аламыз
dr 2
r r q
* dp
(3.4)
(3.7.) дифференциалды теңдеуі бөлек айнымалылармен интегралдануы мүмкін, егер r фунциясы берілсе. Бөлек жағдайларда, егер су өткізгіштік
радиустан тәуелсіз және тұрақты болса, онда (3.7) фильтрация аймағының шегінде, яғни rс ұңғымасының қабырғасынан, Рс қысыммен сыртқы қоректену нұсқасы деп аталатын, тұрақты Рк қысымы бар Rк сыртқы шеңберіне дейін оңай интегралданады. Осылайша,
Pk
*
Rk dr 2
r r q dp
rc Pc
const
кезінде
1 * ln R ln r 2 * P P
(3.5)
k c q k c
(3.9) q-ға қатысты есептегенде, шеңберлі біртекті қабаттағы орталық ұңғымаға келетін ағынның классикалық формуласын аламыз:
q 2 * ln Pk Pc
ln Rk rc
(3.6)
Егер (3.8) айнымалы жоғарғы r және Р шегінде интегралдасақ, ұңғыма айналасындағы қысымды реттеу формуласын аламыз:
r
r dr
rc
2
q
P
oo dp
Pc
(3.7)
шектерді және алгебралық түрлендіруді келтіргеннен кейін, яғни интегралдағаннан кейін келесі формуланы аламыз:
c
1 * ln r 2 * P P
(3.8)
rc q
P (r) қатысты теңдеуді шешкенде және (3.7) формуласын (3.8) қойғанда ұңғы айналасындағы қысымның таралу теңдеуін аламыз:
ln Rk
P r Pс Pk Pc * r
ln Rk
rc
(3.9)
егерде (3.8) катынасында айнамалының шектеуін жоғарғы емес астынғысын алсақ , онда р(r) өрнегін келесі турде жазуға болады:
ln Rk P r Pk Pk Pc * r
ln Rk
rc
(3.10)
(4.9) немесе (4.7) формуласына Rk отырып келтірілген r радиусының орнына, P(Pk)=Рк аламыз; r =rc болған кезде басқа шектік шартты аламыз.
P(rc)=Рс
Осылайша шектік шарттар орындалады. (3.9) және (3.10) формулалрдан Р(r) функциясы логарифмді болатындығын білеміз, яғни ұңғыма қабырғасына жақын жерде қысым қатты өзгереді, ал алшақтау жерде әлсіз өзгереді. Бұл ұңғыма қабырғасына тоқтың ағысының жақындауы кезінде фильтрация жылдамдығының жоғарлауымен түсіндіріледі, оғанқысым құлауының көп шығымы кетеді.
Радиус бойымен еркін өзгерес кезіндегі су өткізгіш кезіндегі ұңғымаға радиалды ағынның ағылуын қарастырайық (2.8) формуласының оң жағын интегралдап және келесі түрде нәтижесін көшіріп жазайық:
q 2 * P Pc dr
(3.11)
Rk 1
r
r * r
c
Интеграл асты функциясы
y r
1
r r
(3.12)
әртүрлі радиустерге берілген мәндерімен графикалық түрде тұрғызылып және rc және кез келген жуық интегралдау әдісімен интегралданады немесе берілген шектерде y(r) қисығының астындағы аудан планиметр арқылы өлшенеді.
Кейбір жағдайларда өндіретін ұңғыма бір уақытта өткізгіштігі, қалыңдығы, мұнай тұтқырлығы және де қабаттық қысымы әр түрлі қабатшаларды дренаждай алады. Алайда бұндай күрделі жүйеде ағынның
келуі бірдей түп қысым (келтірілген ) кезде болады. Бұл кезде қабаттық қысымы түп қысымнан аз кейбір қабатшалар, сұйықты жұтуға қабілетті.
Әр жағдайда осында көп қабатты қабаттың жалпы ағылуы, әр қабатшадан келетін ағыстың алгебралық қосындысына тең болады:
n
q =q1+q2+. +qn= qi
1
(3.13)
радиалды ағынның формуласы қарапайым болғандықтан, жиі түрде инженерлі есептеулерде қолданылады. Нәтижесінде шығатын параметрлер л,h,u; (Рк-Рс) бағалану кезінде шығатын ақаулықтар q өлшеміне әсер етеді. Ал Rk және rc өлшеулеріне келетін болсақ , олар логарифм белгісінің астында болғандықтан оларға қатысты елеулі ақаулықтар жіберіледі.
Мысал. Rk-ң нақты жіберілетін мәні Rk=100 м , ал есептеуде байқаусызда Rk=1000м мәні қабылданса , яғни қате 10 есеге жіберілді делік. Онда нақты ағыс
q 2 kh Pk Pc
* ln 1000.1
(3.14)
мұнда rc =0.1 м Есептелген ағыс
qес
2 kh* Pk Pc
* ln 10000.1
(3.15)
салыстыруды басқа да бірдей шарттарда (2.18) формуласына (2.19) формулаға бөле отырып жүргізейік.
qн qес
ln 10000 4 ln 1000 3
(3.16)
Бұдан q есеп = (34) qнақ яғни есептік шығым нақты шығымның 75%
құрайтын болады.
Басқа өндіру ұңғымаларының арасында орналасқанұңғыма үшін радиалды ағыстың формуласын қолданған кезде, Rk үшін көршілес ұңғымаға дейінгі жарты арақашықтықтың мәнінің бұрыш бойынша орташа өлшенген өлшемімін қабылдайды.радиалды ағыстың формуласы және жиі түрде белгілі шығым және қысым бойынша су өткізгішті анықтау үшұін қолданады.
Формулалар қабатта радиалды фильтрацияны сипаттағандықтан, онда оларға қабаттық жағдайларда мұнай тұтқырлығының мәнін қою қажет, яғни еріген газ мөлшерінің сәйкестігін ескергенде қабаттық температура мен қысым кезде. Есептелген q шығымы (сұйықтың көлемдік шығымы) қабаттық шарттар кезінде алынады. Шығымды қалыпты беттік шарттарға ауыстыру үшін есептелген шығымды қабаттық сұйықтың көлемдік коэффициентіне бөлу қажет.
Сұйықтықтың, газдың және кеуекті ортаның күй теңдеулері
Қабат бойымен ұңғыма түбіне-қысымы ең төмен нүктелерге, сұйықтың фильтрациясының жүруі қабаттық энергия есебімен іске асады. Сұйық қабаттық қысым әсерінен сығылған түрде болады. Кен орынды пайдалану үрдісі кезінде, қабаттық қысым құлайды. Сондықтан сұйықты қабаттан қысым түспей тұрғанға дейін және қажетті депрессияны ұстау мүмкін болмайтын жағдайға дейін аклу қажет. Қабаттық қысымды үнемі бақылап тұрады және оның тез құлау жағдайы кезінде шоғырға жасанды әсер ету әдістерін қолданады, жиі түрде қабаттық қысымды ұстау әдістерін пайдаланады. Қабаттық қысымның төмендеу жылдамдығы, қабаттың энергетикалық қоректенуін сипаттайды, ол қабаттық сұйықты: мұнай, су және газды алу жылдамдығымен сипаттайды, ол өз кезегінде кен орынды игеру жобасымен және қабаттық қысымды ұстау әдісінің жүргізілуі немесе жүргізілмеуімен шартталды. Бұл жасанды факторлар басқа тұрғыдан, қабаттық энергияның қоры, қабат қысымының алғашқы мөлшері және оның төмендеу жылдамдығы табиғи факторларға да тәуелді:
* газ шапкасының болуына оның ұлғаю энергиясы кен орынды игеруде қолданылады;
* қабаттық жүйеде серпімді энергияның қоры;
* мұнайда еріген газдың болуы, оның ұлғаю энергиясы қабаттық сұйықтардың және газдардың ұңғы түбіне ығысуына әкеледі;
игеру объектісінің қабаттық нұсқа сыртындағы сумен қоректендіретін көзінің болуы және осы сумен қабаттағы мұнайдың орын басу қарқындылығының болатындығы.
* Гравитациялық фактор, ол құлау бұрышы үлкен қабаттарда мұнайды тиімді ығыстыруға себепкер болады.
Аталған фактор табиғи шарттармен анықталады және кен орынның қалыптасу үрдісімен байланысқан және технологқа тәуелсіз болады.
Каппилярлы-беттік күштер көбінесе кеуекті ортада, өзінің меншікті беттігімен қабаттық сұйықтың фильтрациясын тежейді, сондықтан аталған факторлармен бірге ұңғы түбіне сұйықтың келу қарқындылығын анықтайды.
Гидростатикалық қысым туралы түсінік.
Сыртқы күштердің әсерінен (беттік және массалық) сұйықтықта
гидростатикалық қысым деп аталатын ішкі тік кернеу пайда болады.Олай
болса, гидростатикалық қысым - бұл бірлік ауданда dA бірқалыпты
таралған тік бірлік күш dR :
p dR
dA
H
Қысымның өлшем бірлігі кернеудің өлшем бірлігімен сәйкес келеді:
м 2
.
Гидростатикалық қысымның қасиеттері.
Бірінші қасиеті: Қысым, тік кернеу сияқты, барлық уақытта ауданның ішкі жағынан перпендикуляр ( нормаль бойынша) бағытталады және қысым қаралған
нүкте координатасына тәуелді функция p f x, y, z . Қысым уақытқа
байланысты өзгермейді.
Екінші қасиеті: Нүктедегі қысым барлық бағытқа бірдей шамамен әсер етеді
5.2. Гидростатиканың негізгі теңдеуі. Абсолютті, манометрлік, вакуумметрлік қысым.
Тыныштық күйінде тұрған сұйықтықтың қысымын анықтау үшін гидростатиканың негізгі теңдеуін қолданады:
p p0 g h
(3.17)
Тыныштық күйінде тұрған сұйықтықтың кез келген нүктесіндегі
қысымы сұйықтықтың бетіндегі қысым p0 және нүктенің бату
тереңдігіндегі табаны бірге тең, сұйықтық бағанасының ауырлық күшінің
gh қосындысынан тұрады. gh көбейтіндісінің шамасы сұйықтықтың
салмақтық қысым немесе артық қысым деп аталады.
Cұйықтықтың бетіндегі қысым p0 атмосфералық қысымға тең болуы,
атмосфералық қысымнан артық немесе кем болуы мүмкін.
Атмосфералық қысымды ескере отырып, абсолютті нольден бастап есептелген қысым абсолютті қысым деп аталады. Егер, (1.1) теңдеуіндегі сұйықтықтың бетіндегі қысым атмосфералық қысымға тең болса p0 pa ,
онда "абс" деген индекс қойылып, абсолютті қысым деп есептелінеді:
pабс pа g h
(3.18)
Егер абсолютті қысым атмосфералық қысымнан артық болса, онда манометрлік немесе артық қысым деп аталады. Егер жабық резервуарда
pабс pa , онда манометрлік қысымның шамасы :
pман p0абс pa g h
Ашық резервуардың h тереңдігіндегі манометрлік қысымның шамасы :
pман g h
(3.19)
Атмосфералық қысымға жетпейтін вакуумметрлік қысым деп аталады:
pвак pа рабс , егер: pабс pa
(3.20)
Есептер шығарған кезде манометрлік қысымның шамасын "+" оң, ал вакуумметрлік қысымның шамасын "-" теріс деп аламыз.
Манометр қойылған жердегі абсолютті қысымды жазу үшін атмосфералық қысымға манометрлік қысымды қосу керек, яғни:
pабс pa pман
Ваккумметр қойылған жердегі абсолютті қысымды жазу үшін атмосфералық қысымға манометрлік ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz