Газдардың мұнайда ерігіштігі
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ
БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Т. К. АХМЕДЖАНОВ
А. Т. ҚАРТАБАЙ, Т. У. ҚАМБАҚОВ
МҰНАЙ ЖӘНЕ ГАЗ КЕН ОРЫНДАРЫН ИГЕРУ ЖӘНЕ ПАЙДАЛАНУДЫҢ НЕГІЗДЕРІ
оқулық
Қазақстан Республикасының Білім және
ғылым министрлігі бекіткен
Алматы, 2011 ж.
УДК 665.6.7(075)
ББК 35.514 я7
А 94
Пікір берушілер:
А. Қ. Қасенов – техника ғылымдарының кандидаты, доцент
(Қ. И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ-нің кафедрасы);
А. Н. Нысангалиев – техника ғылымдарының докторы, профессор
(Қазақ мұнай-газ институты).
Д. Ж. Абдели – техника ғылымдарының докторы, профессор
(Қазақ-Британ техникалық университетінің Мұнай инженериясы
кафедрасы).
Т. К. Ахмеджанов, А. Т. Қартабай, Т. У. Қамбақов
Мұнай және газ кен орындарын игеру және пайдаланудың негіздері. Оқулық.
Алматы: ЖШС РПБК Дәуір, 2011.- 267 бет.
ISBN 978-601-217-211-9
Оқулықта кен орындары туралы негізгі геологиялық мәліметтер, мұнай,
газ, қабат сулары құрамы және қасиеті туралы негізгі мәліметтер
келтірілген. Кен орындарды игерудің нақты шартын ескере отырып, мұнай-газ
өндірудің негізгі технологиялық процестер, ұңғымалардың өнімділігін арттыру
әдістері, мұнай және газды жинау және дайындауы сипатталған. Ұңғымаларды
пайдалану тәсілдері, оны құбырмен тасымалдау, газдарды сепарациялау және
қабат суды тазалау сұрақтары қарастырылған. Кәсіптік құрал-жабдықтардың осы
саладағы соңғы жетістіктері ескерілген және принципиалды технологиялық
схемасы келтірілген, сонымен қатар кен орындардағы құрал-жабдықтарды
қолдану мысалдары келтірілген. Керекті формулалар және есептеулер,
материалдарды меңгеруді тексеру, бақылау және өзіндік бақылау үшін тестілік
сұрақтары, глоссарий берілген.
Оқулық ЖОО мұнай және газ мамандағы студенттеріне және колледж
оқушыларына арналған.
7 кесте, 98 ил., 11 әдебиеттер тізімі.
ISBN 978-601-217-211-9
УДК 665.6.7(075)
ББК 35.514 я7
© Т. К. Ахмеджанов, А. Т.
Қартабай,
Т. У. Қамбақов, 2011 ж.
© ҚР Жоғары оқу
орындарының
қауымдастығы, 2011 ж.
КІРІСПЕ
Қазақстанда мұнай көп уақыттан бері өндіріледі және пайдаланады,
дегенмен мұнай кен орындарын қарқынды игеру XIX– ғасырдың аяғы XX– ғасырдың
басынан басталған 1899 жылдың 13 қарашасында Қарашұңғылда 40 м тереңдіктен
№7 ұңғымадан жеңіл мұнайдың бірінші фонтаны атқылағаны белгілі. Сол
күннен Қазақстан Республикасында мұнай өнеркәсібінің дамуы басталады. 1911
жылы Доссор кен орыны Қазақстанда бірінші болып өңдірістік игеруге
еңгізіледі. Республикадағы мұнай өндіру өнеркәсібі соғысқа дейінгі жылдары
қарқынды дамыды. Жаңадан өнеркәсіп объектілері және жаңа мұнай кен орындары
ашылды (Байшұнас, Ескене, Шұбар Құдық, Сағыз, Жақсымай). Гурьевте мұнай
жабдықтарын шығаратын механикалық зауыт салынды, орталық ғылыми –
лабораториясы құрылды. Ұзындығы 847 шақырым Каспий–Орск мұнай құбыры мен
Қандыағаш–Гурьев темір жолы іске қосылды.
Құлсары кәсіпшілігіне нұсқа сыртынан су айдау және компрессорсыз газ
айдау әдістері енгізілді.
XX ғасырдың 60– жылдардың ортасына дейін республикада мұнай өндіру баяу
дамыды. Орта жылдық өнім өндіру 1,5 млн тоннадан аспады. Жалғыз мұнай
ауданы Ембі бассейні болды.
Манғышлақ түбегінде 50– жылдардың соңында терең барлау ұңғыларын
бұрғылау жұмыстары жүргізіле бастады, соның нәтижесінде Өзен және Жетібай
ірі кен орындары ашылды.1961 жылы Жетібай кен орнынан бірінші фонтанды
ұңғымадан мұнай алынды.
Аз уақыт ішінде жаңа кен орындарды игеру басталды. Манғышлақ–Мақат
темір жолы салынды. “Мангышлакнефть” кәсіпшілік бірлестігі құрылды, 1965
жылдан бері осы жердегі ашық кен орындарды игеру басталды.
Өзен кен орнындағы ең негізгі құрлымдар мұнай құбырлары мен қабат
қысымын ұстауға арналған су айдау құрлымдары, Өзен–Жетібай–Гурьев – Самара
мұнай құбырының бірінші тізбегінің ұзындығы 712 шақырым Өзен– Гурьев бөлігі
1969 жылы іске қосылды. Бұл мұнай құбыры парафинді мұнайды алыс ара-
қашықтықтарға тасымалдау мәселесінің бір беткей жаңа шешімі болды. Бозащы
түбегіндегі жаңа мұнайлы аймақтарды игеру өнім өндірудің өсуін қамтамасыз
етті. Қаражанбас және Қаламқас кен орындары пайдалануға енгізілді. Олардың
ерекшелігі өнімді қабаттың терең жатпауы, мұнайының меншікті салмағы және
құрамындағы ванадий үлесінің жоғары болуында.
Келесі 10 жылдықтағы Манғышлақ және Каспий маңы ойпатындағы пайдалануға
берілген кен орындар: Тенге, Тасболат, Шығыс Жетібай, Қаражанбас, Мартыши,
Қамысты және т. б.
1975 жылы республикада мұнай өндіру 23,9 млн тоннаға жетті және 1970
жылымен салыстырғанда 1,8 есеге өсті. 1976 жылы Теңіз құрлымындағы тұзасты
шөгінділерінің өнеркәсіптік мұнайлылығы анықталды және 1979 жылы осы кен
орны игеруге енгізілді, бұл кен орны мұнай қоры жағынан дүние жүзіндегі ең
ірілерінің бірі болып саналады.
Келесі жылдар ішінде Каспий маңы ойпатындағы Жаңажол, Қарашығынақ
аймақтарынан тұзасты шөгінділердегі мұнай-газды кен орындар ашылды.
1981–1992 аралығында республикадағы мұнай өндіру жоғары қарқынмен
дамыды. 1981 дылғы мұнай өндіру 19,1 млн тоннадан 1992 жылы 25,8 млн
тоннаға жетті.Маңызды оқиғалардың бірі Арысқұм майысуындағы Құмкөл ірі
мұнайгаз кен орнының ашылуы және Каспий маңы ойпатындағы ірі
мұнайгазоконденсатты Жаңажол, Қарашығанақ кен орындарының ашылуы болды. Осы
кен орындарының ашылуы Қазақстанның мұнай-газ саласындағы шикізат базасын
ұлғайтып, оны ірі өнеркәсіптік орталықтар қатарынан ерекшелердің қатарына
ығыстырды.
Қазақстан Республикасының экономикасы үшін мұнай-газ өнеркәсібінің
орны бөлек және өте маңызды болып табылады. Дүние жүзінде жылдан жылға
көмірсутектерді тұтыну өсіп келеді, өз кезегінде Қазақстанда мұнай өндіру
жыл сайын өсуде; жақын арада мұнай өндіру мөлшері 100 млн. тоннаға жеткізу
тұр. Мұнай-газ саласында мыңдаған адамдар жұмыс істеп өздерінің үлесін
қосуда. Сонымен қатар, салаға ірі жетекші шетелдік компаниялар
инвестицияларын тартуда.
Келтірілген маңызды проблеманы шешу салаға заманауи мамандарды
дайындауды қажет, оларды технологиялық және техникалық жетістіктермен
таңыстыру, өндіріске еңгізуді талап етеді.
Осы оқулықта болашақ мұнай-газ ісінің бакалаврлары қалаған мамандықты
меңгеру барысында бастапқы мәліметтерден хабардар болады. Атап айтқанда,
мұнай-газ кен орындарының геологиялық негіздірін, мұнай және газдың физика-
химиялық қасиеттерін, кен орындарын игеру және пайдаланудың анықтамаларын,
жағдайлары мен жабдықтарын, қабаттардың мұнайбергіштігін арттыру
тәсілдерін, кәсіпшілікте мұнай және газды жинау мен дайындаудың
ерекшеліктерін және т.б., оқып білуге мүмкіндік алады.
Оқулықта тәжірибелік жұмыстардың тізімі, тақырыптар бойынша бақылау
сұрақтары, өзіндік бақылау үшін тестілік сұрақтары, терминдерді түсіндіру
жазбалары (глоссарий) келтірілген.
Оқулық қазақ тілінде бірінші рет шығарылып отырғандықтан, авторлар
мұнайгаз ісі мамандардан келген ұсыныстарды талқылауға және қабылдауға
ашық.
1 МҰНАЙ-ГАЗ КӘСІПШІЛІК ГЕОЛОГИЯСЫНЫҢ НЕГІЗДЕРІ
1.1 Жер қабатының геологиясы
Жер құрылысы
Жер топталған сыртқы қаптамадан (геосфера) немесе жер қабығынан, ішкі
қабаттан, немесе мантиядан және ядродан тұрады.
Жер қабығы мен мантияны бөлетін шекара болып континентте 30-70 км және
мұхит түбінде 5-10 км жататын – Мохоровичич жазықтығы есептеледі, ал мантия
мен ядродан 2900 км орналасқан – Вихерт-Гуттенберг жазықтығы. Ядро –
радиусы 6371 км болатын Жердің ішкі денесі.
Континенттерде (континент қабығы) Жер қабығы үш қабатпен анықталған:
жоғарғы – шөгінді, орта – гранитті және төменгі – базальтті.
Мұхит түбіндегі Жер қабығы да үш қабаттан тұрады: жоғарғы – шөгінді,
орта – вулканды және төменгі – базальтті, ал гранитті қабат
ғалымдардың болжамынша, болмайды.
Жазық материкті түптер (өтпелі аудан қабығы) немесе шельфтер Жер
қабығының құрылысы, қабат қалыңдығы, жыныс тығыздығы бойынша континентальді
және мұхит аралығында орналасады.
Жер қабығының құрамы
Жер қабығы минералдардан тұратын тау жыныстармен түзілген. Жаратылысы
бойынша тау жыныстары атқыланған (магмалық), шөгінді және метаморфты деп
бөлінеді.
Магмалық тау жыныстары жер қабығының бетінде немесе жер қойнауында
магма деп аталатын силикатты ерітіндінің қату нәтижесінде пайда болған.
Магмалық жыныстар көбінесе кристал құрылымды болып келеді. Олар тығыз, көп
бөлігінде өте қатты, біртекті массив болып келеді. Магмалық жынысқа
базальт, гранит тән.
Шөгінді тау жыныстары магмалық жынысқа және су бассейндерінің түбінде
және материк бетіндегі жануарлар мен өсімдіктер қалдықтарымен құрамы мен әр
түрлі пішін бөлшектерінің жиналымдары мен магмалық жынысқа су мен желдің
механикалық және химиялық әсердің нәтижесінде түзілген [1].
Жаратылу тегіне байланысты тау жыныстары келесі төрт топқа бөлінеді.
Ι. Сынықты.
1. Қатаң сынықты: борпылдақ малталанған (ұсақталған) сынықтармен
(валунник, ұсақ жұмыр тас, гравий); цементтелген малталанған сынықтармен
(конгломерат, гравелит); борпылдақ бұрышты сынықтармен (глыбы, щебень,
древеса); цементтелген бұрышты сынықтармен (жентек тастар).
2. Орташа сынықты: борпылдақ (құмдар), цементтелген (құмтастар);
3. Ұсақ сынықты: борпылдақ (алевролиттер, супестер, лёстер);
цементтелген (алевролиттер, тасты лёстер);
4. Жіңішке сынықты (саздар, аргиллиттер).
Тау жыныстарының типтік шарттары 1.1-суретте келтірілген.
1.1-сурет. Тау жыныстары
Шөгінді жыныстар: 1 – әктас; 2 – бор; 3 – мергель; 4 – доломиттер; 5 –
саз; 6 – саздақ; 7 – сазды тақтатастар; 8 – құм; 9 – қисық жатқан қатпарлы
құм; 10 - сазды құм; 11 – құмтас; 12 – ұсақ жұмыр тас; 13 – конгломерат; 14
– жентек тастар; 15 – конкреция; 16 – лёсс; 17 – морена; 18 – әктастылық;
19 – мергелденген; 20 – темірленген; 21 – кремнийленген; 22 – пириттенген;
23 – пириттенген әктас; 24 – битумдалған тақтатас; 25 – көмір; 26 – торф;
27 – мұнайлылық құм; 28 – газды құм; 29 – сулы құм; 30 – фосфорит; 31 –
гипс; 32 – тұз.
Магмалық жыныстар: 33 – тереңдіктегі қышқылды жыныстар; 34 – орташа
тереңдегі қышқылды жыныстар; 35 – негізгі тереңдегі жыныстар; 36 – негізді
тереңдегі ультра жыныстар; 37 – қышқыл эффузивтер; 38 – орташа эффузивтер;
39 – негізгі эффузивтер; 40 – оттысұйық сел мен пемза; 41 – жанартаулы
туфтар.
Метаморфты жыныстар: 42 – гнейстер; 43 – кристалды тақтатастар; 44 –
метаморфты тақтатастар; 45 – мәрмәр; 46 – кварцит; 47 – роговиктер және
яшмалар; 48 – ирек түтіктер.
ΙΙ. Органогенді:
1. Карбонатты (органикалық жаратылысты әктастар, бор).
2. Кремнийлі (диатомит, трепел).
ΙΙΙ. Хемогенді:
1. Карбонатты (химиялық жаратылысты әктастар, әктасты туфтар –
травертиндер, доломиттер, сидериттер).
2. Кремнийлі (кремнийлі туфтер).
3. Темірлі (қоңыр темір тас).
4. Галоидты (тасты тұз, сильвинит).
5. Сульфатты (ангидрит, гипс).
6. Аллитті (латерит, боксит).
7. Фосфатты (фосфориттер).
8. Каустобиолеттер (торф, қазбалы көмір, мұнай, асфальт, жанғыш тақтатас,
газ).
IV. Аралас жаратылысты (әктасты құмтастар, құмтасты әктастар, мергельдер,
опокалар).
Метаморфтық тау жыныстарды байырғы шөгінді, магмалық типті тау
жыныстарының тереңде батып өзгеруінен жаралған жыныстарды айтады. Осылайша
өскен температура мен қысым әсерінен бұрынғы нығыз, магмалық жыныстар
тақталанады, ал шөгінді жыныстар кристалл құрылымды жынысқа көшеді.
Метаморфты тау жыныстарының ішінде кварциттер, мәрмәрлар, яшмалар,
тақтатастар, гнейстер көп кездеседі.
Геология уақыты
Тау жыныстарының жасын анықтау жер қабаттарының кезектесіп түзілу
ретін зерттеу нәтижесінде құралған. Органикалық қалдықтар, қабаттардың
құрамы, құрылысы және өзара тік және көлденең бағытта орналасу жайлы
негізінде жердің геологиялық тарихын сипаттайтын геохронологиялық саты
құрастырылған. Геохронологиялық сатыға сүйену арқылы уақыттың геологиялық
бөлшегінде құрастырылған тау жыныстырының жиынтығы көрсетілген
стратиграфиялық сатылардан құралған. Төменде негізгі геохронологиялық және
стратиграфиялық бөлімдердің қатынасы келтірілген, яғни уақыт интервалына
сәйкес құрылған жыныс жиынтығын немесе геологиялық уақыт интервалын
анықтайды.
Геологиялық уақыт интервалы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... Эра
Кезең Дәуір Ғасыр
Интервал кезінде құралған жыныстардың жиынтығы...Топ Жүйе Бөлім Ярус.
Солай эра кезінде топ деп аталатын тау жыныстарының кешені қалыптасты,
ал кезең кезінде жүйе деп аталатын тау жыныстары қалыптасты және т.с.
Геохронологиялық кестеде (1.1-кесте) әрқайсысы кезеңге бөлінген эра
деп аталатын 5 ірі геологиялық уақыт интервалы көрсетілген, ал әр кезең –
дәуірге бөлінген.
Геохронологиялық қатарды сонымен қатар анағұрлым ұсақ хронологиялық
интервалдармен құрауға болады: дәуірді ғасырларға бөледі.
Стратиграфиялық кестенің бөлімшелері де сондай атауға ие. Мысалы,
кайнозой эрасына кайнозой тау жыныстары сәйкес келеді, ал неогенді кезеңде
неоген жүйесінің кешенді жыныстар түзілген және т.б. Алайда дәуір атаулары
бөлім атауларымен жиі сәйкес келмейді.
1.1-кесте. Геохронологиялық кесте
Зон Эра Кезең Дәуір Ұзақтығы (эра
бастауынан
кейінгі
жасы), млн.
жыл
Фанерозой Кайнозой KZ Төрттік Q 1,8
Неоген N Плиоцен N2 22 (23±1)
Миоцен ni
Палеоген Р Олигоцен Р3 41 (65±3)
Эоцен Р2
Палеоцен P1
Мезозой MZ Бор К Кейінгі К2 70 (135±5)
Ерте ki
Юра J Кейінгі J3 55—60 (190±5)
Ортаңғы J2
Ерте J1
Триас Т Кейінгі Т3 40—45
Ортаңғы Т2 (230±10)
Ерте Т1
ПалеозоКейінгіПермь Р Кейінгі Р2 50-60
й PZ2 Ерте pi (285±15)
PZ
Тас көмір С Кейінгі С3 50—60
Ортаңғы С2 (350±10)
Ерте C1
Девон D Кейінгі D3 60 (405±10)
Ортаңғы D2
Ерте d 1
Ерте Силур S Кейінгі S2 25-30
PZ, Ерте Sг (435±15)
Ордовик О Кейінгі О3 45—50
Ортаңғы О2 (480±15)
Ерте О1
Кембрий € Кейінгі €3 90—100
Ортаңғы €2 (570±20)
Ерте €1
Венд (~680)
Протерозой PR
(2600±100)
Архей AR (4600±200)
Шөгінді тау жыныстарының жатыс пішіндері
Жер асты үрдістер әсерінен жер қабығында тербелмелі, қатпарлы және
жарылымды қозғалыстар орын алады. Тербелмелі қозғалыс әсерінен шогінді
қабаттар майысып, горизонтальді жатқан қабаттар өздерінің тік жатысын
жоғалтып, жатық ойыстар (синеклезалар) мен көтерілімдерді (антеклезалар)
құрайды.
Қатпарлы қозғалыстар әсерінен антиклинальмен синклинальдарды
сипаттайтын қатпарлар түзіледі (1.2-сурет).
Қатпарлар келесі элементтерге ие (1.3-сурет):
1) қанаттары А – қатпардың жақтаудағы бөлшектер (синклинальдарда олар
борт деп аталады);
2) құлып Б – қанаттарын тоғыстырған сызық (борт); Антиклинальдың қас
тұсы – ер, синклинальдың – мульда деп аталады;
3) остік жазықтық СДЕР;
4) қатпардың осі СF;
5) қатпардың бұрышы MDN.
Остік жазықтың кеңістіктегі жағдайына және қанаттарының құлау түріне
байланысты қатпар тік, еңкіш, төңкерілген, сұлаған (1.4-сурет) және
моноклиналь немесе флексура деп аталатын бірқанатты (1.5-сурет) болуы
мүмкін.
1.2-сурет. Толық қатпар.
Қабаттың қалыңдығы: АС – нақтылы; 1.3-сурет. Қатпардың
элементтері
ЛБ-көлденең; АД – тік
1.4-сурет. Қатпар а – тұрасызықты; б – қисықсызықты; в – төңкерілген; г –
сұлаған.
1.5-сурет. Моноклиналь
Қатпардың дүниенің жақтарына қарағандағы орналасу жағдайы көсілу және
құлау сызықтары арқылы табылады (1.6 сурет) .
1.6-сурет. Қатпардың дүниенің жақтарына қарағандағы орналасу жағдайы
Жер қабатының тербермелі және қатпарлы қозғалыс пішініне себепкер
болатына ажыраулы қозғалыстар бұзылыстардың лықсыма, қаусырма, ығыспа,
бастырма, опырық және жар-төбелердің пайда болуының қайтымсыз үрдісіне алып
келеді (1.7-сурет).
1.7 сурет. Ажыратушы бұзылымдар (М.М. Судо бойынша):
1 – лықсыма (сброс), 2 – қаусырма (взброс); 3 – ығыспа (сдвиг); 4 –
бастырма (надвиг); 5 – опырық (грабен), 6 – жар-төбе (горст)
1.2 Мұнай және газдың табиғи резервуарлары, тұтқыштары, кеніштері
және кен орындары
Жер қойнауында мұнай, су және газдың қоймасы болатын, жыныстармен
толық немесе жартылай қоршалған қоймалар қызметін коллекторлар атқарады.
Мұндай коллекторлар табиғи резервуарлар деп аталады.
Табиғи резервуарлардың негізгі үш түрлері болады және қабаттық,
массивті және литологиялық экрандалған деп аталады (1.8-сурет).
Белгілі жағдайда пайда болған мұнай және газ суға толы табиғи
резервуарларға түскен кезде оның жоғарғы жағына көшеді және тұтқышқа
түседі. Осылай, тұтқыш деп табиғи резервуардың мұнай мен газ жиналған
бөлігін айтады. Табиғатта тұтқыштардың әр түрлері кездеседі (1.9-сурет), ал
кең тарағаны қүмбезді.
Тұтқыштың кез келген түрінде мұнай мен газдың анағұрлым көп мөлшерінің
жиналған түрін – кеніш деп атайды.
1.10-суретте газ-мұнай кенішінің қүмбезді түрі, ал 1.11-суретте
массивті газды мұнайдың схемасы келтірілген. Сонымен қатар литологиялық
экрандалған, тектоникалық экрандалған және стратиграфиялық экрандалған
кеніштер бар.
Жер қойнауында біртектес құрылымдағы (мысалы, қабаттық) мұнай мен газ
кеніштерінің жиынтығы – мұнай және газ кен орындары деп аталады.
1.8-сурет. Табиғи резервуарлар: а - қабатты, б - массивті; в-
итологиялық экрандалған
1.9-сурет. Тұтқыштар: а - қүмбезді; б - литологиялық экрандалған; в -
тектоникалық экрандалған; г - стратиграфиялық экрандалған
1.10-сурет. Газмұнайлы қабаттық қүмбезді кеніштің схемасы.
Газдылық нұсқасы: 1 - ішкі; 2 - сыртқы мұнайлылық нұсқасы: 3 - ішкі; 4 -
сыртқы.
1.11-сурет. Газмұнайлы массивті кеніштің схемасы: 1-газдылықтың сыртқы
нұсқасы; 2- мұнайлылықтың сыртқы нұсқасы.
Бақылау сұрақтары:
1. Жаратылу тегіне байланысты тау жыныстары неше топқа бөлінеді?
2. Геологиялық уақыт қалай бөлінеді?
3. Жер асты үрдістер әсерінен жер қабығында қандай қозғалыстар орын
алады?
4. Қатпарлы қозғалыстар әсерінен түзілетін қатпарлар атаңыз?
5. Табиғи резервуарлардың түрлерін келтіріңіз.
6. Кеніштердің қандай түрлері болады?
2 МҰНАЙ ЖӘНЕ ГАЗ КЕН ОРЫНДАРЫН ҚҰРАЙТЫН ТАУ ЖЫНЫСТАРЫНЫҢ ФИЗИКАЛЫҚ
СИПАТАМАСЫ
2.1 Мұнай және газдың табиғи коллекторлары
Мұнай және газ кен орындарында мұнай мен газ қабат сулары сияқты тау
жыныстары құралған түйірлер арасындағы және сынықтар мен ондағы коверналы
жыныс арасындағы бос кеңістікті қанықтырады. Бөлек алған жиналымдар өте аз,
алайда олар қосылып үлкен, кейде тау жыныстың 50 %-на жететін көлемді
құрайды.
Мұнай және газ кен орындарын құрайтын тау жыныстары, олардың
қасиеттеріне байланысты әр түрлі роль атқарады, яғни ірі қуыстарының саны
көп болатын олардың кейбіреулері мұнай мен газ резервуарлары, ал құм,
құмтас, әктас, конгломераттарда кездеседі. Бұл жыныстар өткізгіштікке ие,
яғни жыныста өзара байланысқан бөлшектерді байланыстыратын көптеген
каналдар жүйесі арқылы сұйық пен газды өткізу қабілетіне ие.
Саздар шөгінді жыныс болып табылады, бірақ олар сұйықтық пен газды
өткізе алмайды, өйткені бос кеңістікті байланыстыратын каналдар мен бос
кеңістіктер өте аз болады. Сазды жынысқа тән аз, субкапиллярлы каналдарда
(диаметрлері 0,0002-дан аз) сұйықтық пен газдар осы каналдарда болатын
капиллярлы күштер әсерінен (үйкелу күші, жабысу күші) қозғалыссыз күйде
орналасады.
Мұнай және газ кен орындарының құрылуында саздар мұнай мен газбен және
сумен толған өткізгіш жыныстар қабатында өткізбейтін жабын ролін атқаралы.
Егер өткізгіш жыныстарды жабатын және жайғастыратын сазды жыныстар
болмағанда жер қабатындағы мұнай мен газ жер қабығының барлық қалыңдығында
таралып, жазықтыққа шығар еді.
Мүнай және газ кен орындарын құрайтын тау жыныстарының негізгі
физикалық параметрі болып келесілер табылады: кеуектілік, гранулометриялық
(механикалық) құрамы, өткізгіштік, меншікті бет ауданы, механикалық
қасиеттер. Тау жыныстарының осы параметрлерін мұнай және газ кен орнындарын
пайдалану және игерудің рационалды есептеулерін шешу үшін білу керек.
2.2 Тау жыныстарының кеуектілігі
Тау жыныстарының кеуектілігі деп – онда қатты заттармен толтырылмаған
бос қуыстың бар болуын айтады. Бұл бос қуыстар жер құрамында кездесетін
сұйықтар (су, мұнай) және газдар үшін қойма болады.
Толық (немесе абсолютті) кеуектілік коэффициенті жыныстың көрінетін
көлеміндегі барлық бос қуыстар көлеміне байланыс ретінде көрінетін
кеуектіліктің өлшемсіз коэффициентімен анықталады.
(2.1)
мұнда: m – кеуектілік коэффициенті; Vпор – тау жынысындағы барлық
қуыстардың көлемі; V0 – жыныс көлемі.
Кейде жыныстың кеуектілігін процентпен өрнектейді, яғни
(2.2)
Жыныстың толық кеуектілік коэффициентін мұнайдың абсолютті қорын
бағалау кезінде, сонымен қатар қабаттардың немесе сол қабаттардың
бөлімдерін салыстыру үшін қолданады.
Барлық бос қуыстар үнемі өзара байланыста болмайды. Әдетте кез келген
қабат бөлшегіндегі бос қуыстар басқа бос қуыстардан оқшауланған болады.
Кеуекті қабатты қанықтыратын сұйық пен газ тек өзара байланысқан бос
кеңістік арқылы қозғала алады. Сондықтан құрамында мұнай болатын жыныстарды
сипаттау үшін толық кеуектіліктен басқа, оның ашық кеуектілік коэффициентін
енгізеді.
Кеуектіліктің өлшемі жынысты құрайтын түйір пішіні мен өлшеміне,
түйірлердің біркелкі болмау сатысына, олардың тығыздықтарына және т.б.
тәуелді. Идеалды шарт үшін, яғни сұрыпталған және өлшемдері біркелкі
болатын сфералық түйірлерден тұратын жыныс үшін кеуектілік өлшемі түйірлер
көлеміне бағынышты болмайды, олардың өзара орналасуымен анықталады және 26-
дан 48% арасында өзгере алады.
Табиғи құмасты құмдақта түйіршіктердің пішіні мен өлшемдері бірдей
болмайды. Табиғи шартта түйіршіктер бұрыс пішінді түйірлерден немесе әр
түрлі өлшемдерден тұрады. Құмдақта түйіршіктердің тығыздалуы да әр түрлі
болуы мүмкін. Бұның барлығы мынаған әкеледі: табиғи құмтасты құмдақтың
кеуектілігі көп жағдайда фиктивті құмдақтың, яғни бір өлшемді шар пішінді
бөлшектен тұратын құмдақ кеуектілігінен әлдеқайда кем болады.
Құмтастарда, әктастарда және өзге цементтелген тау жыныстарында
кеуектілік құмтасты құмдаққа қарағанда өте аз, бос кеңістіктердің басқа
цементелген заттармен толығуы салдарынан.
Табиғи жағдайда кеуектіліктің көп мөлшері шөгінді цементтелмеген
немесе аз цементтелген жыныста және сазда болады. Сонымен қатар, кеуектілік
жынысты құрайтын түйірдің азаюынан артады, кеуектілік өлшемі түйір өлшеміне
бағынбайтын фиктивті құмдаққа қарағанда. Кеуектіліктің осы түйірлердің
өлшемінің азаюынан артуы мынамен түсіндіріледі: түйір пішіні оның өлшемі
азайған сайын анағұрлым бұрыс болады; бұрыс пішін кезінде түйірдің
орналасуы әлдеқайда тығыз болады және кеуектілік артады.
Кеуектілікке көп факторлардың әсерінен оның өлшемі кең көлемде
өзгереді ( 2.1-кесте).
2.1-кесте.
Кейбір тау жыныстарының толық кеуектілігінің өзгеру шегі
Жыныс Кеуектілік, %, бастап
- дейін
Сазды тақтатастар 0,54-1,4
Саздар 6-50
Құмдар 6-52
Құмтастар 3,5-29
Әктастар және доломиттер 0,6-33
Жыныстың жату тереңдігінің өсуінен кеуектілік жоғарыда жататын жыныс
әсерінен тығыздалуы салдарынан кемиді. Ең бұрыс кеуектілік карбонатты
жыныстарда болады: оларда үлкен жарықшақпен қатар, каверналар және бос
кеңістік арасында тығыз блоктар болады.
Мұнай қорын есептеу анықтау үшін гидродинамикалық есептеулерді жүргізу
кезінде әркелкі кеуектілікпен қатар кеуектіліктің орта өлшемін білу керек.
Жыныстардың кеуектілігін анықтаудың бірнеше тәсілдері бар.
2.3 Жыныстың гранулометриялық (механикалық) құрамы
Тау жыныстың гранулометриялық құрамы деп осы жынысты құрайтын әркелкі
іріліктегі түйірдің өлшемінің толық санын атайды.
Жыныстың гранулометриялық құрамын әдетте жыныстағы бөлек фракциялардың
(түйір өлшемі бойынша) жиынындағын пайызбен көрсетеді.
Цементтелген жыныс үшін (құмтастар) түйірдің өлшемін жыныс цементін
алдын ала бұзғаннан кейін анықтайды.
Көптеген зерттеулер көрсеткендей ұсақталған құрамға қуысты ортаның
маңызды қасиеттері тәуелді: өткізгіштік, кеуектілік, меншікті аудан,
капиллярлы қасиеті және т.б. Түйір бөлшектерінің өлшемдері олардың мұнаймен
әсерлесетін жазықтығының жалпы өлшемін шарттағандықтан, жыныстың
гранулометриялық құрамынан қабатта пайдалану біткен кезде қабатта түйір
жазықтығын жабатын пленка күйінде қалатын мұнайдың жалпы көлемі бағынады.
Мұнай кәсіпшілік тәжірибесінде құмның гранулометриялық құрамын білу
маңызды. Мысалы, мұнай кен орындарын пайдалану кезінде механикалық
сараптама негізінде ұңғыманы бұрғылау кезінде құмның ұңғымаға түсіп кетуін
болдырмайтын фильтрді таңдайды.
Тау жыныстарының бөлшектерінің өлшемі коллоидты бөлшектен галечник
және валунға дейін өзгереді.
Тәжірибеде түйір бойынша жыныстың құрамының келесі механикалық
фракцияларын көрсетеді: малтатас және қиыршықтас – 1 см-ден жоғары, гравий
– 1 см-ден 2мм-ге дейін; қатты құм – 2-ден 1мм-ге дейін; ірі құм – 1-ден
0,05 мм; орта құм – 0,5-0,25 мм; ұсақ құм – 0,25-0,1 мм; ірі алеврит – 0,1-
0,05 мм; ұсақ алеврит – 0,05-0,01 мм; сазды бөлшек – 0,01 мм төмен.
Зерттеулер көптеген мұнайы бар жыныстардың гранулометриялық құрамы
негізінен 1-ден 0,01 мм-ге дейінгі өлшемдері арқылы анықталады.
Жыныстың механикалық құрамы еленген және седиментациялық анализдер
жолымен анықталады. Себілмелі тау жыныстарының еленген анализі құрамында
өлшемі 0,05 мм-ден және одан жоғары фракциялардың болуын анықтау үшін
қолданады. Аз мөлшерлі бөлшектердің өлшемін құрамын анықтау үшін
седиментация әдісімен анықталады.
Зертханалық шарт кезінде еленген сараптаманы жүргізу кезінде әдетте
сымды немесе жібек електің саңылау өлшемі 0,053, 0,074, 0,105, 0,149,
0,210, 0, 297, 0,42, 0,5, 0,84, 1,68, 3,36 мм болатын (квадрат саңылаудың
өлшемі) қолданылады. Елек бұл кезде жоғарыда саңылауы үлкен елек болатындай
орналасады.
Мұнайға қанық құм мен құмтастың негізгі салмағы диаметрі 1-ден 0,01 мм-
ге дейінгі бөлшектен тұрады.
Жыныста құм фракциясының өлшемінің айырмашылығы неғұрлым көп болған
сайын оның әркелкілік коэффициенті соғұрлым жоғары болады. Түйірі әркелкі
мұнайға қанық ауданының әркелкілік коэффициенті кең аумақта өзгереді – 1-
ден 20-ға дейін.
2.4 Тау жыныстарының өткізгіштігі
Тау жыныстарының өткізгіштігі деп сұйықтықтар мен газдардың сүзілу
қасиетін айтады. Табиғатта абсолютті өткізбейтін тау жыныстары болмайды.
Белгілі қысым кезінде сұйықтық пен газды кез келген тау жынысы арқылы
өткізуге болады. Алайда мұнайлы және газды қабатта болатын қысым өзгерісі
әсерінен көптеген жыныстар сұйықтықтар мен газдарға өтімсіз болып табылады.
Барлығы тау жынысындағы саңылаулар мен саңылау каналдарының өлшеміне
бағынышты болып келеді.
Сұйықтар мен газдарға арналған жыныстың өткізгіштігі саңылауларды
жыныста біріктіретін каналдар мен саңылаулар аз болған сайын азаяды.
Саңылау каналдары үш түрге бөлінеді: жоғары капиллярлы, капиллярлы
және субкапиллярлы.
Жоғары капиллярлы каналдардың диаметрі 0,5 мм-ден көп болады. Онда
сұйықтық гидравлика заңына бағына қозғалады. Бұл каналдар түйірлері домалақ
пішінді тау жыныстарында болады, мысалы, гравилі жыныста.
Капиллярлы каналдар диаметрлері 0,5 және 0,0002 мм арасында болады.
Онда сұйықтық қозғалған кезде денелер бет аумағында пайда болатын сыртқы
күштер көрінеді: беттік тартылу, капиллярлы күштер, жабысу күші және ұстау
(сцепление) және т.б. Бұл күштер қабатта сұйық қозғалысына қосымша кедергі
жасайды, сондықтан осындай каналдардағы үздіксіз қозғалыс тек беттік
күштерді өтуге жететін қозғалыстар әсерінен болады.
Субкапиллярлы каналдардың диаметрлері 0,0002 м-ден кіші болады. Мұндай
микроскопиялық каналдардағы беттік күштердің көп болуы соншалық, әдетте
қабат жағдайындағы күштер оларды өтей алмайды, сондықтан субкапиллярлы
каналдарда сұйықтық қозғалысы болмайды. Сұйықтық субкапиллярлы құрылысқа ие
болатын жынысты қанықтырады және жынысқа қатысты жағдайға көшеді, содан
кейін қозғалыс тоқтайды.
Мұнай және газ кеніштерінің жыныстары негізінен капиллярлы каналдарға
ие. Сондықтан қабатта мұнай мен газ қозғалысы кезінде осы қозғалысқа
кедергі болатын күштер әсер етеді.
Мұнай және газ әдетте сазды жыныстан тұратын қабаттың өткізбейтін
жабындары субкапиллярлы кеуек пен каналдарға ие болады және онда сұйық
қозғалысы болмайды.
Тау жынысының кеуектілігі мен өткізгіштігінің өлшемдері арасында
тікелей байланыс болмайды. Мысалы, саздар 40-50%-ке жететін абсолютті
кеуектілікке ие, бірақ субкапиллярлы каналдар оларды өткізбейтіндей етеді.
Құмтас пен әктастар 8-15%-тен аспайтын кеуектілікке ие, бірақ өткізгіштігі
жағынан айырмашылық жасайды, өйткені олардың кеуектілік кеңістігінің
құрылысы капиллярлы және жоғары капиллярлы кеуектілік каналының жетілуімен
сипатталады.
Тау жынысының өткізгіштігінің мөлшерін анықтау үшін Дарсидің (ашқан
ғалым құрметінен) сызықты фильтрация заңын қолдананды, ол бойынша кеуекті
ортадағы фильтрация жылдамдығы қысым құлауына пропорционал және оның
тұтқырлығына кері пропорционалды тәуелділігімен анықталады:
(2.3)
мұнда: υ - сызықты фильтрацияның жылдамдығы; Q - 1 с ішіндегі жыныс арқылы
өтетін сұйықтықтың көлемдік шығымы; F - фильтрация ауданы; k -
пропорционалдылық коэффициенті, басқаша жыныстың өткізгіштік коэффициенті
деп аталады; µ - сұйықтықтың динамикалық тұтқырлығы; (р - жыныстың
үлгісінің ұзындығындағы қысым құлауы; L - сұйық фильтрациясының жүретін жол
ұзындығы.
Жоғарыда келтірілген теңдіктен (2.3) өткізгіштік коэффициенті
мынаған тең болады:
(2.4)
мұнда: Q – үлгі ұзындығы бойынша Р орта қысым кезіндегі мұнайдың немесе
газдың көлемдік шығымы.
Бұл теңдеуі бойынша тәжірибелік жағдайда сұйықтық бойынша жыныстың
өткізгіштігін анықтауда қолданылады.
Осылай СИ жүйесінде өткізгіштік коэффициенті ретінде 1 Па қысым
өзгерісінде 1 м ұзындықта 1 м2 үлгі ауданы арқылы фильтрация кезіндегі
ортаның өткізгішттігі алынады, тұтқырлығы 1Па·с болатын сұйықтық шығымы
1м2с болады.
k өлшемдігінің (аудан) физикалық мәні болып - өткізгіштіктің
фильтрация өтетін кеуекті отаның қима каналдарын сипаттауы табылады.
1 м2 өткізгіштік бірлігі үлкен және тәжірибелік есепке ыңғайсыз.
Сондықтан кәсіптік істе өткізгіштікті бағалау үшін әдетте тәжірибелік
бірлік – дарсиді (д) қабылдайды, ол 1 м2-тағы өткізгіштіктен 1012 есе кіші
(1 Д – қысым өзгерісі 1кгссм2 кезіндегі ұзындығы 1см, ауданы 1 см2 арқылы
өтетін фильтрация кезіндегі кеуекті ортаның өткізгіштігі, 1спз болатын
сұйықтың тұтқырлық шығымы 1см2с құрайды). 0,001 Д тең өлшем миллидарси деп
аталады. 1 кгссм3 = 105 Па, 1 см3 = 10-6 м3, 1 см2 = 10-4 м2 екенін
ескерсек, келесі қатынасты аламыз:
(2.5)
Табиғи мұнай коллекторының өткізгіштігі бір қабаттағы кең аралықта
өзгеруі мүмкін.
Қабаттағы мұнай мен газ ағыны қысым өзгерісі жоғары жыныс өткізгіштігі
аз мөлшерде де (10-20 мд аралығында және одан төмен) байқалады.
Көптеген мұнайлы және газды қабаттардың көп бөлшегі өткізгіштікті 100-
ден 2000 мд аралығында мәнге ие. Сазды қабаттар миллидарсидің мыңдық
болатын өткізгіштікке ие, сондықтан олар өткізбейтін болып табылады.
Мұнай және газ кен орындарының өндірістік жынысының сипаттық
ерекшелігі болып олардың көлденең өткізгіштігі (қабатталуы параллель) осы
жыныстың қабатталуына перпендикуляр бағытталатын үлкен болуы табылады. Бұл
қабатталудың перпендикуляр жыныс тығыздығының жоғары болуымен
түсіндіріледі.
Мұнай және газ кен орындарының кеуекті пайдалану кезінде мұнай, газ,
су немесе мұнай-су-газ қоспасы жылжиды. Кеуекті ортада не жылжитыны және
қозғалу сипатына байланысты бір ортаның өткізгіштігі әр түрлі болуы мүмкін.
Сондықтан құрамында мұнай болатын жыныстардың өткізгіштігін анықтау үшін
абсолютті, фазалы (тиімді) және салыстырмалы өткізгіштік деген ұғымдарды
енгізеді.
Абсолютті өткізгіш деп қуысты орта тек қана қарастырып отырған фазамен
толтырылды деген жағдайда, тек қандай да бір фазаның (газ немесе сұйық)
сүзілінуі байқалатын қуыс ортаның өткізгіштігін айтады. Абсолюттік өткізгіш
ретінде газ (азот) бойынша анықталған жыныстың өткізгіштігін есептеу
қабылданған.
Фазалы (тиімді) өткізгіштік деп қуыстың құрамында көп фазалы жүйенің
болуы кезіндегі берілген газ немесе сұйық үшін жыныстың өткізгіштігін
айтады. Фазалық өткізгіш жыныстың физикалық қасиетіне және олардың сұйықтық
пен газға қанығушылық деңгейіне тәуелді болады.
Қуысты ортаның салыстырмалы өткізгіштігі деп осы ортаның тиімді
өткізгіштігінің абсолюттікке қатынасын алады.
Мұнай және газ кен орындарын пайдалану кезінде ортада екі және үш
фазалары да бір уақытта болады және қозғалады. Осындай шарттарда ортаның
кез келген фазасының өткізгіштігі оның абсолютті өткізгіштігі едәуір аз.
Тәжірибелер көрсеткендей әр түрлі фазаларға арналған тиімді және
салыстырмалы өткізгіштері кеуекті орталардың мұнайға, газға және суға
қанықтылығы мен сұйықтың физико-химиялық қасиеттеріне тәуелділікте болады.
Судың көлемі артқан кезде мұнай үшін өткізгіштік төмендейді және суға
қанықтылық 80%-ке тең болған кезде мұнай қозғалысы тоқтайды. Сондықтан
мұнай қабаттарын уақытынан ерте суға тасуынан және судың мұнай ұңғысын
бұрғылауға түсуінен сақтау керек.
Кеуекті ортада болатын бос газдың аз мөлшерінде мұнай үшін кеуектілік
қатты төмендейді. Демек, мұнай кен орындарын пайдалану үрдісі кезінде
мұнайдан жеткілікті газ көлемінің шығуы жағымсыз, өйткені ол мұнайдың
ұңғыға жылжуының шартының төмендеуіне әкеледі. Өткізгіштікті анықтау үшін
әр түрлі құралдар түрін қолданады.
2.5 Жыныстың меншікті бет ауданы
Тау жынысының негізгі сипаттамасының бірі болып оның меншікті бет
ауданы болып табылады, яғни жыныс көлем бірлігінде жинақталатын бөлшектің
қосынды беті.
Бөлек түйірлердің аз өлшемі және оның жайғасуының үлкен тығыздығы
нәтижесінде тау жынысының қуысты кеңістігінің жалпы ауданы үлкен өлшемдерге
жетеді.
Тау жынысының сулаудың меншікті беті және қабаттағы су капиллярлы
кеуек пен кеуек каналдарының мол мөлшері әсерінен молекулярлы күштердің
әрекеті, жыныстың адсорбциялық қабілеттілігі және байланысқан судың болуы
тәуелді болады. Бұл құбылыстар толығырақ төменде сипатталады.
Құмды қабаттың кеуекті каналдарының бетінің өлшемінің жуық өлшемдерін
елестету үшін шар пішінді және бірдей өлшемді құмтастан тұратын фиктивті
грунттың 1 см3 көлемдегі түйірдің жалпы бет ауданын анықтау жеткілікті.
Егер п арқылы осындай грунттың 1 см2-гі түйір санын, r — түйір
радиусын, 1 — бір түйірдің бетін, V — түйір көлемін және т — кеуектілікті
белгілесек, онда бір түйірдің бет ауданы f = r, ал бір түйрдің саны мынаған
тең болады V = 43 r3. 1 см3 жыныстағы түйір саны мынаған тең болады:
(2.6)
1 см3 осындай жыныстағы түйірдің жалпы бет ауданы келесі теңдеумен
анықталады:
(2.7)
Осы формуланы қолданып, құмды қабаттың түйірінің толық бет ауданының
өлшемі туралы жуық есептулерді келтіру мүмкін болады.
Егер қабаттың кеуектілігін т=0,2, түйір радиусын r=0,1 мм =0,01 см деп
белгілесек, онда 1 см3 қабаттың толық бет ауданы мынаған тең болады:
(2.8)
Ал 1 м3 осындай жыныстың жалпы бет ауданы 24000 м2-ге болады. Меншікті
беттің түйіршікті жыныстың кеуектілігі мен өткізгіштігінің арасындағы
байланысты жуық шамада келесі қатынаспен сипаттауға болады:
(2.9)
мұнда: S' - жыныстың меншікті беті, 1см; т - өлшемі бірлік үлестегі
кеуектілік; k - өткізгіштік, Д (Дарси).
Кәсіптік мәнге ие құрамында мұнай болатын жыныстың меншікті бет ауданы
500-ден 2300 1см -ге дейін аралығында болады. Меншікті бет аудан 2300 1см-
тен көп болатын жыныстар өткізбейтін немесе аз өткізгішті болады. Олардың
қатарына саздар, сазды құмдар, сазды тақтатастар және т.б. жатады.
Меншікті бет ауданын өлшеу үшін ұсақталған сараптаманың мәліметтері
бойынша осы шаманы есептеуге негізделген, жуықталған әдісті, сол сияқты
басқа да әлдеқайда нақты адсорбция, айырылған газдардың сүзілуін есептеуге
негізделген әдістерді қолданады.
2.6 Тау жынысының механикалық сипаттамалары
Мұнай кен орындарын пайдалану және ұңғыны бұрғылау үшін тау жынысының
механикалық қасиеттерінің ішінде – серпімділігі, басу мен созуға тығыздығы
және иілімділігі үлкен мәнге ие. Мысалы, жыныстың серпімді қасиеті, яғни өз
көлемін қысым өзгерісі кезінде өзгерте алу қабілеті пайдалану үрдісі
кезінде ондағы қысымның қайта таралуына әсер етеді.
Өлшемділікті арту мақсатында (торпедалау, қабаттың гидравликалық
бұзылуы) ұңғының бұрғылау зонасына механикалық әсер ету әдістерін жүргізу
және жобалау үшін қабатты түзетін жыныстың беріктік қасиетін білу керек.
Қатты жыныстардың иілімділік қасиеті, яғни үлкен қысым кезінде олардың
сынық түзілімінсіз немесе көрінетіндей бұзылыссыз деформациялану қасиеті
үлкен тереңдікте ұңғыны бұрғылау кезінде байқалады. Үлкен тереңдікте қатты
жыныс қабаттан жоғары жайылатын тау қысымы үлкен мөлшері әсерінен ұңғыға
ағуы мүмкін. Жер қабығында жүзбелі иілім кірілу және шығарылу
қатпарлардың пайда болуы осындай тау жыныстардың иілімділік қасиеті
әсерінен болады.
Тау жынысның қабаттық қасиеттері аз зерттелген. Қатты жынысның
(құмтас, әктас) иілімділігі осы жынысқа жарылымдар бойымен сырғынауға,
төмендеуіне және көтерілуіне мүмкіншілік беретін көптеген микрожарылымдарға
бағынышты болады деп болжанады. Тау жынысының серпімділік қасиеті жайлы
оның сығылу коэффициенті өлшемі арқылы анықталады. Егер жыныстың үлгісін
ішкі қысымға шалдыртса, онда үлгі көлемі және оның кеуекті кеңістігінің
көлемі азаяды. Қысымды түсіргенде үлгі көлемі және оның кеуектілігі алғашқы
қалыпқа келеді.
Тәжірибелер көрсеткендей көпшілік тау жыныстарда қуыс көлемі қабат
қысымының өзгеруімен Гук заңына сәйкес төмендейді немесе жоғарлайды.
(2.10)
мұнда: (Vпор - қабат қысымының (р-ға (в Па) өзгеру кезінде элементтің қуыс
көлемінің өзгерісі (в м3); Vo - керн көлемі, м3; β - қуысты ортаның көлемді
серпімділік коэффициенті, м2Н.
(2.11)
Жыныстың көлемді серпімділік коэффициенті теңдеуінен шығатындай,
қысымның 1 Па, 1 кПа, 1 МПа өзгеру кезінде қуысты ортаның көлемінің
салыстырмалы өзгеруін сипаттайды. Зертханалық және кәсіпшілік мәліметтері
бойынша құрамында мұнай болатын қабаттар үшін р = (0,3(2) 10-10 м2Н немесе
(0,3(2) -10-5 см2кгс. Басқа сөзбен айтқанда, әр кгссм2 (0,1 МПа) кезінде
жыныстағы кеуектілік көлемінің төмендеу қысымы өзінің алғашқы өлшемінен
1330000-150000 аралығында өзгереді.
Мұнай шоғырын ішкі қысым төмендеуі кезінде игеру үрдісінде сұйықтыққа
толы кеуектілік кеңістігінің көлемі қысқарады. Осының нәтижесінде сұйықтық
кеуектен шыға бастайды. Сондықтан мұнай кен орындарын игеру кезінде тау
жыныстарының серпімділігі үлкен роль атқарады.
Тау жынысының тығыздығы деп олардың механикалық бұзылыстарға
кедергісін түсінеді. Тау жыныстары сығылу кезінде елеулі кедергі көрсетеді.
Жыныстың бұзылысқа бастырма және ығыспа тығыздығы оның сығылуға
беріктігінің тек ондық немесе жүздік бөлігін ғана құрайды.
Сығылуға жыныстың тығыздығы көптеген факторлар қатарына бағынышты
болады. Мысалы, әктастар тығыздығы ондағы сазды бөлшектің артуымен азаяды.
Құмтастар онда цементтеуші материал болып әктасты цемент болған кезде аз
тығыздыққа ие болады. Жыныс тығыздығы сонымен қатар олардың түйірленуіне,
тығыздығына және ылғалдылығына бағынады.
Аз түйірлі граниттердің сығылуына тығыздығы 260 МПа, ал ірі – 120 МПа-
ға жетеді. Әктастар тығыздығы 1500-ден 2700 кгм3-қа өскен кезде
сығылғыштық беріктігі 50-ден 180 МПа-ға дейін артады; құмтастарда тығыздық
1870-тен 2570 кгм3-ке артқан кезде сығылғыштық беріктігі 15-тен 20 МПа-ға
артады. Әктастар мен құмтастардың тығыздығы оларды сумен қанықтырғанда 25-
45% азаяды.
Бақылау сұрақтары:
1. Мұнай және газ кен орындарын құрайтын тау жыныстарының негізгі
физикалық параметрін келтіріңіз.
2. Тау жыныстарының кеуектілігі деп нені атайды?
3. Тау жыныстың гранулометриялық құрамы деп нені атайды, қалай
анықталады?
4. Тау жыныстарының өткізгіштігі деп нені атайды ? Өлшем бірлігін
келтіріңіз.
5. Тау жынысының өткізгіштігінің мөлшерін анықтау үшін қандай
заңдылықты қолданады?
6. Тау жынысының механикалық сипаттамаларын қелтіріңіз.
3 МҰНАЙ ЖӘНЕ ГАЗДЫҢ ҚҰРАМЫ ЖӘНЕ МҰНАЙДЫҢ ФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
3.1 Мұнай және газдың құрамы және физикалық қасиеттері
Мұнай көбіне қара түсті, арнайы иісі бар, жанғыш, жағармайлы сұйықтық
болады. Химиялық құрамы жағынан мұнай негізінен химиялық құрамын анықтайтын
көмірсутектердің жиынтығы болып келеді
Мұнайда көмірсутектердің келесі топтары кездеседі: 1) метандық
(парафинді) жалпы формуласы СnН2n+2; 2) нафтендік жалпы формуласы СnН2n; 3)
хош иісті немесе ароматтық жалпы формуласы CnH2n-6.
Табиғатта көмірсутектердің метандық тобы кең таралған. Бұл қатардағы
көмірсутектер – метан CH4, этан C2H6, пропан C3H8 және бутан C4H10 –
қалыпты атмосфералық қысым және температура кезінде газ күйлі жағдайда
кездеседі. Олар мұнайлы газдар құрамына кіреді. Қысым және температура
артқанда бұл жеңіл көмірсутектер жартылай немесе толық сұйық күйіне өте
алады.
Пентан C6H12, гексан C6H14 және гептан C7H18 осындай жағдайда
бірқалыпты жағдайда болады: газ күйден сұйық күйіне және керісінше оңай
ауысады. C8H18-C17H36 аралығындағы көмірсутектер – сұйық заттар,
молекулаларында көмірсутектің 17 атомынан жоғары болатын көмірсутектер
қатты заттарға жатады. Бұлар барлық мұнайдың құрамында болатын парафиндер
мен церезиндер.
Көмірсутектің мұнай салмағындағы жиналымы 82-87% және сутек 11-14%
құрайды. Көміртек пен сутектен басқа мұнай және газда оттек, азот, күкірт
және аз көлемде, із күйінде басқа химиялық элементтер кездеседі. Газда азот
құрамы кейде жалпы газ салмағының 40% және одан көп бөлігін құрайды.
Мұнайдың және мұнайлы газдардың физикалық қасиеттері, сонымен қатар
олардың сапалық сипаттамасы онда жеке көмірсутектер мен олардың әр түрлі
тобының болуына бағынады. Күрделі көмірсутектер артқан мұнайлардың (ауыр
мұнайлар) құрамында бензин мен майлы фракциялардың аз құрамы кездеседі.
Мұнайда шайырлы және асфальтенді қосылыстардың көп болуы оларды тұтқыр және
аз қозғалысты етеді, оларды сыртқа шығару мен тасымалдау жұмыстарын күрделі
етеді.
Мұнайларда күкіртті қосылыстардың болуы олардың сапасын төмендетеді
және оны шығару, айдау және қайта өндіру кезінде металл жабдықтарының
коррозиясы әсерінен қиындықтар туғызады.
Мұнайдан 300°C дейінгі температурада ашық фракцияларды жинаған кейін
алынған мазуттағы, шайырлы зат құрамына байланысты мұнайлар төмендегідей
жіктеледі: аз шайырлы – шайыр құрамы 8% аспайтын болса, шайырлы – шайыр
құрамы 8%-тен 25%-ға дейін болғанда, жоғары шайырлы – шайыр құрамы 25%-тен
көп болғанда.
Мұнай парафинінің құрамына байланысты үш топқа бөлінеді: парафинсіз
– парафин құрамы 1% дейін болғанда, аз парафинді – парафин құрамы 1%-тен
2%-ке дейін болғанда, парафинді – парафин құрамы 2%-дан көп болғанда.
Күкірттің құрамына байланысты мұнайлар мынаған бөлінеді: аз күкіртті
– күкірт құрамы 0,5%-ке дейін болғанда, күкіртті – күкірт құрамы 0,5%-тен
дейін болғанда, жоғары күкіртті – ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Т. К. АХМЕДЖАНОВ
А. Т. ҚАРТАБАЙ, Т. У. ҚАМБАҚОВ
МҰНАЙ ЖӘНЕ ГАЗ КЕН ОРЫНДАРЫН ИГЕРУ ЖӘНЕ ПАЙДАЛАНУДЫҢ НЕГІЗДЕРІ
оқулық
Қазақстан Республикасының Білім және
ғылым министрлігі бекіткен
Алматы, 2011 ж.
УДК 665.6.7(075)
ББК 35.514 я7
А 94
Пікір берушілер:
А. Қ. Қасенов – техника ғылымдарының кандидаты, доцент
(Қ. И. Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ-нің кафедрасы);
А. Н. Нысангалиев – техника ғылымдарының докторы, профессор
(Қазақ мұнай-газ институты).
Д. Ж. Абдели – техника ғылымдарының докторы, профессор
(Қазақ-Британ техникалық университетінің Мұнай инженериясы
кафедрасы).
Т. К. Ахмеджанов, А. Т. Қартабай, Т. У. Қамбақов
Мұнай және газ кен орындарын игеру және пайдаланудың негіздері. Оқулық.
Алматы: ЖШС РПБК Дәуір, 2011.- 267 бет.
ISBN 978-601-217-211-9
Оқулықта кен орындары туралы негізгі геологиялық мәліметтер, мұнай,
газ, қабат сулары құрамы және қасиеті туралы негізгі мәліметтер
келтірілген. Кен орындарды игерудің нақты шартын ескере отырып, мұнай-газ
өндірудің негізгі технологиялық процестер, ұңғымалардың өнімділігін арттыру
әдістері, мұнай және газды жинау және дайындауы сипатталған. Ұңғымаларды
пайдалану тәсілдері, оны құбырмен тасымалдау, газдарды сепарациялау және
қабат суды тазалау сұрақтары қарастырылған. Кәсіптік құрал-жабдықтардың осы
саладағы соңғы жетістіктері ескерілген және принципиалды технологиялық
схемасы келтірілген, сонымен қатар кен орындардағы құрал-жабдықтарды
қолдану мысалдары келтірілген. Керекті формулалар және есептеулер,
материалдарды меңгеруді тексеру, бақылау және өзіндік бақылау үшін тестілік
сұрақтары, глоссарий берілген.
Оқулық ЖОО мұнай және газ мамандағы студенттеріне және колледж
оқушыларына арналған.
7 кесте, 98 ил., 11 әдебиеттер тізімі.
ISBN 978-601-217-211-9
УДК 665.6.7(075)
ББК 35.514 я7
© Т. К. Ахмеджанов, А. Т.
Қартабай,
Т. У. Қамбақов, 2011 ж.
© ҚР Жоғары оқу
орындарының
қауымдастығы, 2011 ж.
КІРІСПЕ
Қазақстанда мұнай көп уақыттан бері өндіріледі және пайдаланады,
дегенмен мұнай кен орындарын қарқынды игеру XIX– ғасырдың аяғы XX– ғасырдың
басынан басталған 1899 жылдың 13 қарашасында Қарашұңғылда 40 м тереңдіктен
№7 ұңғымадан жеңіл мұнайдың бірінші фонтаны атқылағаны белгілі. Сол
күннен Қазақстан Республикасында мұнай өнеркәсібінің дамуы басталады. 1911
жылы Доссор кен орыны Қазақстанда бірінші болып өңдірістік игеруге
еңгізіледі. Республикадағы мұнай өндіру өнеркәсібі соғысқа дейінгі жылдары
қарқынды дамыды. Жаңадан өнеркәсіп объектілері және жаңа мұнай кен орындары
ашылды (Байшұнас, Ескене, Шұбар Құдық, Сағыз, Жақсымай). Гурьевте мұнай
жабдықтарын шығаратын механикалық зауыт салынды, орталық ғылыми –
лабораториясы құрылды. Ұзындығы 847 шақырым Каспий–Орск мұнай құбыры мен
Қандыағаш–Гурьев темір жолы іске қосылды.
Құлсары кәсіпшілігіне нұсқа сыртынан су айдау және компрессорсыз газ
айдау әдістері енгізілді.
XX ғасырдың 60– жылдардың ортасына дейін республикада мұнай өндіру баяу
дамыды. Орта жылдық өнім өндіру 1,5 млн тоннадан аспады. Жалғыз мұнай
ауданы Ембі бассейні болды.
Манғышлақ түбегінде 50– жылдардың соңында терең барлау ұңғыларын
бұрғылау жұмыстары жүргізіле бастады, соның нәтижесінде Өзен және Жетібай
ірі кен орындары ашылды.1961 жылы Жетібай кен орнынан бірінші фонтанды
ұңғымадан мұнай алынды.
Аз уақыт ішінде жаңа кен орындарды игеру басталды. Манғышлақ–Мақат
темір жолы салынды. “Мангышлакнефть” кәсіпшілік бірлестігі құрылды, 1965
жылдан бері осы жердегі ашық кен орындарды игеру басталды.
Өзен кен орнындағы ең негізгі құрлымдар мұнай құбырлары мен қабат
қысымын ұстауға арналған су айдау құрлымдары, Өзен–Жетібай–Гурьев – Самара
мұнай құбырының бірінші тізбегінің ұзындығы 712 шақырым Өзен– Гурьев бөлігі
1969 жылы іске қосылды. Бұл мұнай құбыры парафинді мұнайды алыс ара-
қашықтықтарға тасымалдау мәселесінің бір беткей жаңа шешімі болды. Бозащы
түбегіндегі жаңа мұнайлы аймақтарды игеру өнім өндірудің өсуін қамтамасыз
етті. Қаражанбас және Қаламқас кен орындары пайдалануға енгізілді. Олардың
ерекшелігі өнімді қабаттың терең жатпауы, мұнайының меншікті салмағы және
құрамындағы ванадий үлесінің жоғары болуында.
Келесі 10 жылдықтағы Манғышлақ және Каспий маңы ойпатындағы пайдалануға
берілген кен орындар: Тенге, Тасболат, Шығыс Жетібай, Қаражанбас, Мартыши,
Қамысты және т. б.
1975 жылы республикада мұнай өндіру 23,9 млн тоннаға жетті және 1970
жылымен салыстырғанда 1,8 есеге өсті. 1976 жылы Теңіз құрлымындағы тұзасты
шөгінділерінің өнеркәсіптік мұнайлылығы анықталды және 1979 жылы осы кен
орны игеруге енгізілді, бұл кен орны мұнай қоры жағынан дүние жүзіндегі ең
ірілерінің бірі болып саналады.
Келесі жылдар ішінде Каспий маңы ойпатындағы Жаңажол, Қарашығынақ
аймақтарынан тұзасты шөгінділердегі мұнай-газды кен орындар ашылды.
1981–1992 аралығында республикадағы мұнай өндіру жоғары қарқынмен
дамыды. 1981 дылғы мұнай өндіру 19,1 млн тоннадан 1992 жылы 25,8 млн
тоннаға жетті.Маңызды оқиғалардың бірі Арысқұм майысуындағы Құмкөл ірі
мұнайгаз кен орнының ашылуы және Каспий маңы ойпатындағы ірі
мұнайгазоконденсатты Жаңажол, Қарашығанақ кен орындарының ашылуы болды. Осы
кен орындарының ашылуы Қазақстанның мұнай-газ саласындағы шикізат базасын
ұлғайтып, оны ірі өнеркәсіптік орталықтар қатарынан ерекшелердің қатарына
ығыстырды.
Қазақстан Республикасының экономикасы үшін мұнай-газ өнеркәсібінің
орны бөлек және өте маңызды болып табылады. Дүние жүзінде жылдан жылға
көмірсутектерді тұтыну өсіп келеді, өз кезегінде Қазақстанда мұнай өндіру
жыл сайын өсуде; жақын арада мұнай өндіру мөлшері 100 млн. тоннаға жеткізу
тұр. Мұнай-газ саласында мыңдаған адамдар жұмыс істеп өздерінің үлесін
қосуда. Сонымен қатар, салаға ірі жетекші шетелдік компаниялар
инвестицияларын тартуда.
Келтірілген маңызды проблеманы шешу салаға заманауи мамандарды
дайындауды қажет, оларды технологиялық және техникалық жетістіктермен
таңыстыру, өндіріске еңгізуді талап етеді.
Осы оқулықта болашақ мұнай-газ ісінің бакалаврлары қалаған мамандықты
меңгеру барысында бастапқы мәліметтерден хабардар болады. Атап айтқанда,
мұнай-газ кен орындарының геологиялық негіздірін, мұнай және газдың физика-
химиялық қасиеттерін, кен орындарын игеру және пайдаланудың анықтамаларын,
жағдайлары мен жабдықтарын, қабаттардың мұнайбергіштігін арттыру
тәсілдерін, кәсіпшілікте мұнай және газды жинау мен дайындаудың
ерекшеліктерін және т.б., оқып білуге мүмкіндік алады.
Оқулықта тәжірибелік жұмыстардың тізімі, тақырыптар бойынша бақылау
сұрақтары, өзіндік бақылау үшін тестілік сұрақтары, терминдерді түсіндіру
жазбалары (глоссарий) келтірілген.
Оқулық қазақ тілінде бірінші рет шығарылып отырғандықтан, авторлар
мұнайгаз ісі мамандардан келген ұсыныстарды талқылауға және қабылдауға
ашық.
1 МҰНАЙ-ГАЗ КӘСІПШІЛІК ГЕОЛОГИЯСЫНЫҢ НЕГІЗДЕРІ
1.1 Жер қабатының геологиясы
Жер құрылысы
Жер топталған сыртқы қаптамадан (геосфера) немесе жер қабығынан, ішкі
қабаттан, немесе мантиядан және ядродан тұрады.
Жер қабығы мен мантияны бөлетін шекара болып континентте 30-70 км және
мұхит түбінде 5-10 км жататын – Мохоровичич жазықтығы есептеледі, ал мантия
мен ядродан 2900 км орналасқан – Вихерт-Гуттенберг жазықтығы. Ядро –
радиусы 6371 км болатын Жердің ішкі денесі.
Континенттерде (континент қабығы) Жер қабығы үш қабатпен анықталған:
жоғарғы – шөгінді, орта – гранитті және төменгі – базальтті.
Мұхит түбіндегі Жер қабығы да үш қабаттан тұрады: жоғарғы – шөгінді,
орта – вулканды және төменгі – базальтті, ал гранитті қабат
ғалымдардың болжамынша, болмайды.
Жазық материкті түптер (өтпелі аудан қабығы) немесе шельфтер Жер
қабығының құрылысы, қабат қалыңдығы, жыныс тығыздығы бойынша континентальді
және мұхит аралығында орналасады.
Жер қабығының құрамы
Жер қабығы минералдардан тұратын тау жыныстармен түзілген. Жаратылысы
бойынша тау жыныстары атқыланған (магмалық), шөгінді және метаморфты деп
бөлінеді.
Магмалық тау жыныстары жер қабығының бетінде немесе жер қойнауында
магма деп аталатын силикатты ерітіндінің қату нәтижесінде пайда болған.
Магмалық жыныстар көбінесе кристал құрылымды болып келеді. Олар тығыз, көп
бөлігінде өте қатты, біртекті массив болып келеді. Магмалық жынысқа
базальт, гранит тән.
Шөгінді тау жыныстары магмалық жынысқа және су бассейндерінің түбінде
және материк бетіндегі жануарлар мен өсімдіктер қалдықтарымен құрамы мен әр
түрлі пішін бөлшектерінің жиналымдары мен магмалық жынысқа су мен желдің
механикалық және химиялық әсердің нәтижесінде түзілген [1].
Жаратылу тегіне байланысты тау жыныстары келесі төрт топқа бөлінеді.
Ι. Сынықты.
1. Қатаң сынықты: борпылдақ малталанған (ұсақталған) сынықтармен
(валунник, ұсақ жұмыр тас, гравий); цементтелген малталанған сынықтармен
(конгломерат, гравелит); борпылдақ бұрышты сынықтармен (глыбы, щебень,
древеса); цементтелген бұрышты сынықтармен (жентек тастар).
2. Орташа сынықты: борпылдақ (құмдар), цементтелген (құмтастар);
3. Ұсақ сынықты: борпылдақ (алевролиттер, супестер, лёстер);
цементтелген (алевролиттер, тасты лёстер);
4. Жіңішке сынықты (саздар, аргиллиттер).
Тау жыныстарының типтік шарттары 1.1-суретте келтірілген.
1.1-сурет. Тау жыныстары
Шөгінді жыныстар: 1 – әктас; 2 – бор; 3 – мергель; 4 – доломиттер; 5 –
саз; 6 – саздақ; 7 – сазды тақтатастар; 8 – құм; 9 – қисық жатқан қатпарлы
құм; 10 - сазды құм; 11 – құмтас; 12 – ұсақ жұмыр тас; 13 – конгломерат; 14
– жентек тастар; 15 – конкреция; 16 – лёсс; 17 – морена; 18 – әктастылық;
19 – мергелденген; 20 – темірленген; 21 – кремнийленген; 22 – пириттенген;
23 – пириттенген әктас; 24 – битумдалған тақтатас; 25 – көмір; 26 – торф;
27 – мұнайлылық құм; 28 – газды құм; 29 – сулы құм; 30 – фосфорит; 31 –
гипс; 32 – тұз.
Магмалық жыныстар: 33 – тереңдіктегі қышқылды жыныстар; 34 – орташа
тереңдегі қышқылды жыныстар; 35 – негізгі тереңдегі жыныстар; 36 – негізді
тереңдегі ультра жыныстар; 37 – қышқыл эффузивтер; 38 – орташа эффузивтер;
39 – негізгі эффузивтер; 40 – оттысұйық сел мен пемза; 41 – жанартаулы
туфтар.
Метаморфты жыныстар: 42 – гнейстер; 43 – кристалды тақтатастар; 44 –
метаморфты тақтатастар; 45 – мәрмәр; 46 – кварцит; 47 – роговиктер және
яшмалар; 48 – ирек түтіктер.
ΙΙ. Органогенді:
1. Карбонатты (органикалық жаратылысты әктастар, бор).
2. Кремнийлі (диатомит, трепел).
ΙΙΙ. Хемогенді:
1. Карбонатты (химиялық жаратылысты әктастар, әктасты туфтар –
травертиндер, доломиттер, сидериттер).
2. Кремнийлі (кремнийлі туфтер).
3. Темірлі (қоңыр темір тас).
4. Галоидты (тасты тұз, сильвинит).
5. Сульфатты (ангидрит, гипс).
6. Аллитті (латерит, боксит).
7. Фосфатты (фосфориттер).
8. Каустобиолеттер (торф, қазбалы көмір, мұнай, асфальт, жанғыш тақтатас,
газ).
IV. Аралас жаратылысты (әктасты құмтастар, құмтасты әктастар, мергельдер,
опокалар).
Метаморфтық тау жыныстарды байырғы шөгінді, магмалық типті тау
жыныстарының тереңде батып өзгеруінен жаралған жыныстарды айтады. Осылайша
өскен температура мен қысым әсерінен бұрынғы нығыз, магмалық жыныстар
тақталанады, ал шөгінді жыныстар кристалл құрылымды жынысқа көшеді.
Метаморфты тау жыныстарының ішінде кварциттер, мәрмәрлар, яшмалар,
тақтатастар, гнейстер көп кездеседі.
Геология уақыты
Тау жыныстарының жасын анықтау жер қабаттарының кезектесіп түзілу
ретін зерттеу нәтижесінде құралған. Органикалық қалдықтар, қабаттардың
құрамы, құрылысы және өзара тік және көлденең бағытта орналасу жайлы
негізінде жердің геологиялық тарихын сипаттайтын геохронологиялық саты
құрастырылған. Геохронологиялық сатыға сүйену арқылы уақыттың геологиялық
бөлшегінде құрастырылған тау жыныстырының жиынтығы көрсетілген
стратиграфиялық сатылардан құралған. Төменде негізгі геохронологиялық және
стратиграфиялық бөлімдердің қатынасы келтірілген, яғни уақыт интервалына
сәйкес құрылған жыныс жиынтығын немесе геологиялық уақыт интервалын
анықтайды.
Геологиялық уақыт интервалы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... Эра
Кезең Дәуір Ғасыр
Интервал кезінде құралған жыныстардың жиынтығы...Топ Жүйе Бөлім Ярус.
Солай эра кезінде топ деп аталатын тау жыныстарының кешені қалыптасты,
ал кезең кезінде жүйе деп аталатын тау жыныстары қалыптасты және т.с.
Геохронологиялық кестеде (1.1-кесте) әрқайсысы кезеңге бөлінген эра
деп аталатын 5 ірі геологиялық уақыт интервалы көрсетілген, ал әр кезең –
дәуірге бөлінген.
Геохронологиялық қатарды сонымен қатар анағұрлым ұсақ хронологиялық
интервалдармен құрауға болады: дәуірді ғасырларға бөледі.
Стратиграфиялық кестенің бөлімшелері де сондай атауға ие. Мысалы,
кайнозой эрасына кайнозой тау жыныстары сәйкес келеді, ал неогенді кезеңде
неоген жүйесінің кешенді жыныстар түзілген және т.б. Алайда дәуір атаулары
бөлім атауларымен жиі сәйкес келмейді.
1.1-кесте. Геохронологиялық кесте
Зон Эра Кезең Дәуір Ұзақтығы (эра
бастауынан
кейінгі
жасы), млн.
жыл
Фанерозой Кайнозой KZ Төрттік Q 1,8
Неоген N Плиоцен N2 22 (23±1)
Миоцен ni
Палеоген Р Олигоцен Р3 41 (65±3)
Эоцен Р2
Палеоцен P1
Мезозой MZ Бор К Кейінгі К2 70 (135±5)
Ерте ki
Юра J Кейінгі J3 55—60 (190±5)
Ортаңғы J2
Ерте J1
Триас Т Кейінгі Т3 40—45
Ортаңғы Т2 (230±10)
Ерте Т1
ПалеозоКейінгіПермь Р Кейінгі Р2 50-60
й PZ2 Ерте pi (285±15)
PZ
Тас көмір С Кейінгі С3 50—60
Ортаңғы С2 (350±10)
Ерте C1
Девон D Кейінгі D3 60 (405±10)
Ортаңғы D2
Ерте d 1
Ерте Силур S Кейінгі S2 25-30
PZ, Ерте Sг (435±15)
Ордовик О Кейінгі О3 45—50
Ортаңғы О2 (480±15)
Ерте О1
Кембрий € Кейінгі €3 90—100
Ортаңғы €2 (570±20)
Ерте €1
Венд (~680)
Протерозой PR
(2600±100)
Архей AR (4600±200)
Шөгінді тау жыныстарының жатыс пішіндері
Жер асты үрдістер әсерінен жер қабығында тербелмелі, қатпарлы және
жарылымды қозғалыстар орын алады. Тербелмелі қозғалыс әсерінен шогінді
қабаттар майысып, горизонтальді жатқан қабаттар өздерінің тік жатысын
жоғалтып, жатық ойыстар (синеклезалар) мен көтерілімдерді (антеклезалар)
құрайды.
Қатпарлы қозғалыстар әсерінен антиклинальмен синклинальдарды
сипаттайтын қатпарлар түзіледі (1.2-сурет).
Қатпарлар келесі элементтерге ие (1.3-сурет):
1) қанаттары А – қатпардың жақтаудағы бөлшектер (синклинальдарда олар
борт деп аталады);
2) құлып Б – қанаттарын тоғыстырған сызық (борт); Антиклинальдың қас
тұсы – ер, синклинальдың – мульда деп аталады;
3) остік жазықтық СДЕР;
4) қатпардың осі СF;
5) қатпардың бұрышы MDN.
Остік жазықтың кеңістіктегі жағдайына және қанаттарының құлау түріне
байланысты қатпар тік, еңкіш, төңкерілген, сұлаған (1.4-сурет) және
моноклиналь немесе флексура деп аталатын бірқанатты (1.5-сурет) болуы
мүмкін.
1.2-сурет. Толық қатпар.
Қабаттың қалыңдығы: АС – нақтылы; 1.3-сурет. Қатпардың
элементтері
ЛБ-көлденең; АД – тік
1.4-сурет. Қатпар а – тұрасызықты; б – қисықсызықты; в – төңкерілген; г –
сұлаған.
1.5-сурет. Моноклиналь
Қатпардың дүниенің жақтарына қарағандағы орналасу жағдайы көсілу және
құлау сызықтары арқылы табылады (1.6 сурет) .
1.6-сурет. Қатпардың дүниенің жақтарына қарағандағы орналасу жағдайы
Жер қабатының тербермелі және қатпарлы қозғалыс пішініне себепкер
болатына ажыраулы қозғалыстар бұзылыстардың лықсыма, қаусырма, ығыспа,
бастырма, опырық және жар-төбелердің пайда болуының қайтымсыз үрдісіне алып
келеді (1.7-сурет).
1.7 сурет. Ажыратушы бұзылымдар (М.М. Судо бойынша):
1 – лықсыма (сброс), 2 – қаусырма (взброс); 3 – ығыспа (сдвиг); 4 –
бастырма (надвиг); 5 – опырық (грабен), 6 – жар-төбе (горст)
1.2 Мұнай және газдың табиғи резервуарлары, тұтқыштары, кеніштері
және кен орындары
Жер қойнауында мұнай, су және газдың қоймасы болатын, жыныстармен
толық немесе жартылай қоршалған қоймалар қызметін коллекторлар атқарады.
Мұндай коллекторлар табиғи резервуарлар деп аталады.
Табиғи резервуарлардың негізгі үш түрлері болады және қабаттық,
массивті және литологиялық экрандалған деп аталады (1.8-сурет).
Белгілі жағдайда пайда болған мұнай және газ суға толы табиғи
резервуарларға түскен кезде оның жоғарғы жағына көшеді және тұтқышқа
түседі. Осылай, тұтқыш деп табиғи резервуардың мұнай мен газ жиналған
бөлігін айтады. Табиғатта тұтқыштардың әр түрлері кездеседі (1.9-сурет), ал
кең тарағаны қүмбезді.
Тұтқыштың кез келген түрінде мұнай мен газдың анағұрлым көп мөлшерінің
жиналған түрін – кеніш деп атайды.
1.10-суретте газ-мұнай кенішінің қүмбезді түрі, ал 1.11-суретте
массивті газды мұнайдың схемасы келтірілген. Сонымен қатар литологиялық
экрандалған, тектоникалық экрандалған және стратиграфиялық экрандалған
кеніштер бар.
Жер қойнауында біртектес құрылымдағы (мысалы, қабаттық) мұнай мен газ
кеніштерінің жиынтығы – мұнай және газ кен орындары деп аталады.
1.8-сурет. Табиғи резервуарлар: а - қабатты, б - массивті; в-
итологиялық экрандалған
1.9-сурет. Тұтқыштар: а - қүмбезді; б - литологиялық экрандалған; в -
тектоникалық экрандалған; г - стратиграфиялық экрандалған
1.10-сурет. Газмұнайлы қабаттық қүмбезді кеніштің схемасы.
Газдылық нұсқасы: 1 - ішкі; 2 - сыртқы мұнайлылық нұсқасы: 3 - ішкі; 4 -
сыртқы.
1.11-сурет. Газмұнайлы массивті кеніштің схемасы: 1-газдылықтың сыртқы
нұсқасы; 2- мұнайлылықтың сыртқы нұсқасы.
Бақылау сұрақтары:
1. Жаратылу тегіне байланысты тау жыныстары неше топқа бөлінеді?
2. Геологиялық уақыт қалай бөлінеді?
3. Жер асты үрдістер әсерінен жер қабығында қандай қозғалыстар орын
алады?
4. Қатпарлы қозғалыстар әсерінен түзілетін қатпарлар атаңыз?
5. Табиғи резервуарлардың түрлерін келтіріңіз.
6. Кеніштердің қандай түрлері болады?
2 МҰНАЙ ЖӘНЕ ГАЗ КЕН ОРЫНДАРЫН ҚҰРАЙТЫН ТАУ ЖЫНЫСТАРЫНЫҢ ФИЗИКАЛЫҚ
СИПАТАМАСЫ
2.1 Мұнай және газдың табиғи коллекторлары
Мұнай және газ кен орындарында мұнай мен газ қабат сулары сияқты тау
жыныстары құралған түйірлер арасындағы және сынықтар мен ондағы коверналы
жыныс арасындағы бос кеңістікті қанықтырады. Бөлек алған жиналымдар өте аз,
алайда олар қосылып үлкен, кейде тау жыныстың 50 %-на жететін көлемді
құрайды.
Мұнай және газ кен орындарын құрайтын тау жыныстары, олардың
қасиеттеріне байланысты әр түрлі роль атқарады, яғни ірі қуыстарының саны
көп болатын олардың кейбіреулері мұнай мен газ резервуарлары, ал құм,
құмтас, әктас, конгломераттарда кездеседі. Бұл жыныстар өткізгіштікке ие,
яғни жыныста өзара байланысқан бөлшектерді байланыстыратын көптеген
каналдар жүйесі арқылы сұйық пен газды өткізу қабілетіне ие.
Саздар шөгінді жыныс болып табылады, бірақ олар сұйықтық пен газды
өткізе алмайды, өйткені бос кеңістікті байланыстыратын каналдар мен бос
кеңістіктер өте аз болады. Сазды жынысқа тән аз, субкапиллярлы каналдарда
(диаметрлері 0,0002-дан аз) сұйықтық пен газдар осы каналдарда болатын
капиллярлы күштер әсерінен (үйкелу күші, жабысу күші) қозғалыссыз күйде
орналасады.
Мұнай және газ кен орындарының құрылуында саздар мұнай мен газбен және
сумен толған өткізгіш жыныстар қабатында өткізбейтін жабын ролін атқаралы.
Егер өткізгіш жыныстарды жабатын және жайғастыратын сазды жыныстар
болмағанда жер қабатындағы мұнай мен газ жер қабығының барлық қалыңдығында
таралып, жазықтыққа шығар еді.
Мүнай және газ кен орындарын құрайтын тау жыныстарының негізгі
физикалық параметрі болып келесілер табылады: кеуектілік, гранулометриялық
(механикалық) құрамы, өткізгіштік, меншікті бет ауданы, механикалық
қасиеттер. Тау жыныстарының осы параметрлерін мұнай және газ кен орнындарын
пайдалану және игерудің рационалды есептеулерін шешу үшін білу керек.
2.2 Тау жыныстарының кеуектілігі
Тау жыныстарының кеуектілігі деп – онда қатты заттармен толтырылмаған
бос қуыстың бар болуын айтады. Бұл бос қуыстар жер құрамында кездесетін
сұйықтар (су, мұнай) және газдар үшін қойма болады.
Толық (немесе абсолютті) кеуектілік коэффициенті жыныстың көрінетін
көлеміндегі барлық бос қуыстар көлеміне байланыс ретінде көрінетін
кеуектіліктің өлшемсіз коэффициентімен анықталады.
(2.1)
мұнда: m – кеуектілік коэффициенті; Vпор – тау жынысындағы барлық
қуыстардың көлемі; V0 – жыныс көлемі.
Кейде жыныстың кеуектілігін процентпен өрнектейді, яғни
(2.2)
Жыныстың толық кеуектілік коэффициентін мұнайдың абсолютті қорын
бағалау кезінде, сонымен қатар қабаттардың немесе сол қабаттардың
бөлімдерін салыстыру үшін қолданады.
Барлық бос қуыстар үнемі өзара байланыста болмайды. Әдетте кез келген
қабат бөлшегіндегі бос қуыстар басқа бос қуыстардан оқшауланған болады.
Кеуекті қабатты қанықтыратын сұйық пен газ тек өзара байланысқан бос
кеңістік арқылы қозғала алады. Сондықтан құрамында мұнай болатын жыныстарды
сипаттау үшін толық кеуектіліктен басқа, оның ашық кеуектілік коэффициентін
енгізеді.
Кеуектіліктің өлшемі жынысты құрайтын түйір пішіні мен өлшеміне,
түйірлердің біркелкі болмау сатысына, олардың тығыздықтарына және т.б.
тәуелді. Идеалды шарт үшін, яғни сұрыпталған және өлшемдері біркелкі
болатын сфералық түйірлерден тұратын жыныс үшін кеуектілік өлшемі түйірлер
көлеміне бағынышты болмайды, олардың өзара орналасуымен анықталады және 26-
дан 48% арасында өзгере алады.
Табиғи құмасты құмдақта түйіршіктердің пішіні мен өлшемдері бірдей
болмайды. Табиғи шартта түйіршіктер бұрыс пішінді түйірлерден немесе әр
түрлі өлшемдерден тұрады. Құмдақта түйіршіктердің тығыздалуы да әр түрлі
болуы мүмкін. Бұның барлығы мынаған әкеледі: табиғи құмтасты құмдақтың
кеуектілігі көп жағдайда фиктивті құмдақтың, яғни бір өлшемді шар пішінді
бөлшектен тұратын құмдақ кеуектілігінен әлдеқайда кем болады.
Құмтастарда, әктастарда және өзге цементтелген тау жыныстарында
кеуектілік құмтасты құмдаққа қарағанда өте аз, бос кеңістіктердің басқа
цементелген заттармен толығуы салдарынан.
Табиғи жағдайда кеуектіліктің көп мөлшері шөгінді цементтелмеген
немесе аз цементтелген жыныста және сазда болады. Сонымен қатар, кеуектілік
жынысты құрайтын түйірдің азаюынан артады, кеуектілік өлшемі түйір өлшеміне
бағынбайтын фиктивті құмдаққа қарағанда. Кеуектіліктің осы түйірлердің
өлшемінің азаюынан артуы мынамен түсіндіріледі: түйір пішіні оның өлшемі
азайған сайын анағұрлым бұрыс болады; бұрыс пішін кезінде түйірдің
орналасуы әлдеқайда тығыз болады және кеуектілік артады.
Кеуектілікке көп факторлардың әсерінен оның өлшемі кең көлемде
өзгереді ( 2.1-кесте).
2.1-кесте.
Кейбір тау жыныстарының толық кеуектілігінің өзгеру шегі
Жыныс Кеуектілік, %, бастап
- дейін
Сазды тақтатастар 0,54-1,4
Саздар 6-50
Құмдар 6-52
Құмтастар 3,5-29
Әктастар және доломиттер 0,6-33
Жыныстың жату тереңдігінің өсуінен кеуектілік жоғарыда жататын жыныс
әсерінен тығыздалуы салдарынан кемиді. Ең бұрыс кеуектілік карбонатты
жыныстарда болады: оларда үлкен жарықшақпен қатар, каверналар және бос
кеңістік арасында тығыз блоктар болады.
Мұнай қорын есептеу анықтау үшін гидродинамикалық есептеулерді жүргізу
кезінде әркелкі кеуектілікпен қатар кеуектіліктің орта өлшемін білу керек.
Жыныстардың кеуектілігін анықтаудың бірнеше тәсілдері бар.
2.3 Жыныстың гранулометриялық (механикалық) құрамы
Тау жыныстың гранулометриялық құрамы деп осы жынысты құрайтын әркелкі
іріліктегі түйірдің өлшемінің толық санын атайды.
Жыныстың гранулометриялық құрамын әдетте жыныстағы бөлек фракциялардың
(түйір өлшемі бойынша) жиынындағын пайызбен көрсетеді.
Цементтелген жыныс үшін (құмтастар) түйірдің өлшемін жыныс цементін
алдын ала бұзғаннан кейін анықтайды.
Көптеген зерттеулер көрсеткендей ұсақталған құрамға қуысты ортаның
маңызды қасиеттері тәуелді: өткізгіштік, кеуектілік, меншікті аудан,
капиллярлы қасиеті және т.б. Түйір бөлшектерінің өлшемдері олардың мұнаймен
әсерлесетін жазықтығының жалпы өлшемін шарттағандықтан, жыныстың
гранулометриялық құрамынан қабатта пайдалану біткен кезде қабатта түйір
жазықтығын жабатын пленка күйінде қалатын мұнайдың жалпы көлемі бағынады.
Мұнай кәсіпшілік тәжірибесінде құмның гранулометриялық құрамын білу
маңызды. Мысалы, мұнай кен орындарын пайдалану кезінде механикалық
сараптама негізінде ұңғыманы бұрғылау кезінде құмның ұңғымаға түсіп кетуін
болдырмайтын фильтрді таңдайды.
Тау жыныстарының бөлшектерінің өлшемі коллоидты бөлшектен галечник
және валунға дейін өзгереді.
Тәжірибеде түйір бойынша жыныстың құрамының келесі механикалық
фракцияларын көрсетеді: малтатас және қиыршықтас – 1 см-ден жоғары, гравий
– 1 см-ден 2мм-ге дейін; қатты құм – 2-ден 1мм-ге дейін; ірі құм – 1-ден
0,05 мм; орта құм – 0,5-0,25 мм; ұсақ құм – 0,25-0,1 мм; ірі алеврит – 0,1-
0,05 мм; ұсақ алеврит – 0,05-0,01 мм; сазды бөлшек – 0,01 мм төмен.
Зерттеулер көптеген мұнайы бар жыныстардың гранулометриялық құрамы
негізінен 1-ден 0,01 мм-ге дейінгі өлшемдері арқылы анықталады.
Жыныстың механикалық құрамы еленген және седиментациялық анализдер
жолымен анықталады. Себілмелі тау жыныстарының еленген анализі құрамында
өлшемі 0,05 мм-ден және одан жоғары фракциялардың болуын анықтау үшін
қолданады. Аз мөлшерлі бөлшектердің өлшемін құрамын анықтау үшін
седиментация әдісімен анықталады.
Зертханалық шарт кезінде еленген сараптаманы жүргізу кезінде әдетте
сымды немесе жібек електің саңылау өлшемі 0,053, 0,074, 0,105, 0,149,
0,210, 0, 297, 0,42, 0,5, 0,84, 1,68, 3,36 мм болатын (квадрат саңылаудың
өлшемі) қолданылады. Елек бұл кезде жоғарыда саңылауы үлкен елек болатындай
орналасады.
Мұнайға қанық құм мен құмтастың негізгі салмағы диаметрі 1-ден 0,01 мм-
ге дейінгі бөлшектен тұрады.
Жыныста құм фракциясының өлшемінің айырмашылығы неғұрлым көп болған
сайын оның әркелкілік коэффициенті соғұрлым жоғары болады. Түйірі әркелкі
мұнайға қанық ауданының әркелкілік коэффициенті кең аумақта өзгереді – 1-
ден 20-ға дейін.
2.4 Тау жыныстарының өткізгіштігі
Тау жыныстарының өткізгіштігі деп сұйықтықтар мен газдардың сүзілу
қасиетін айтады. Табиғатта абсолютті өткізбейтін тау жыныстары болмайды.
Белгілі қысым кезінде сұйықтық пен газды кез келген тау жынысы арқылы
өткізуге болады. Алайда мұнайлы және газды қабатта болатын қысым өзгерісі
әсерінен көптеген жыныстар сұйықтықтар мен газдарға өтімсіз болып табылады.
Барлығы тау жынысындағы саңылаулар мен саңылау каналдарының өлшеміне
бағынышты болып келеді.
Сұйықтар мен газдарға арналған жыныстың өткізгіштігі саңылауларды
жыныста біріктіретін каналдар мен саңылаулар аз болған сайын азаяды.
Саңылау каналдары үш түрге бөлінеді: жоғары капиллярлы, капиллярлы
және субкапиллярлы.
Жоғары капиллярлы каналдардың диаметрі 0,5 мм-ден көп болады. Онда
сұйықтық гидравлика заңына бағына қозғалады. Бұл каналдар түйірлері домалақ
пішінді тау жыныстарында болады, мысалы, гравилі жыныста.
Капиллярлы каналдар диаметрлері 0,5 және 0,0002 мм арасында болады.
Онда сұйықтық қозғалған кезде денелер бет аумағында пайда болатын сыртқы
күштер көрінеді: беттік тартылу, капиллярлы күштер, жабысу күші және ұстау
(сцепление) және т.б. Бұл күштер қабатта сұйық қозғалысына қосымша кедергі
жасайды, сондықтан осындай каналдардағы үздіксіз қозғалыс тек беттік
күштерді өтуге жететін қозғалыстар әсерінен болады.
Субкапиллярлы каналдардың диаметрлері 0,0002 м-ден кіші болады. Мұндай
микроскопиялық каналдардағы беттік күштердің көп болуы соншалық, әдетте
қабат жағдайындағы күштер оларды өтей алмайды, сондықтан субкапиллярлы
каналдарда сұйықтық қозғалысы болмайды. Сұйықтық субкапиллярлы құрылысқа ие
болатын жынысты қанықтырады және жынысқа қатысты жағдайға көшеді, содан
кейін қозғалыс тоқтайды.
Мұнай және газ кеніштерінің жыныстары негізінен капиллярлы каналдарға
ие. Сондықтан қабатта мұнай мен газ қозғалысы кезінде осы қозғалысқа
кедергі болатын күштер әсер етеді.
Мұнай және газ әдетте сазды жыныстан тұратын қабаттың өткізбейтін
жабындары субкапиллярлы кеуек пен каналдарға ие болады және онда сұйық
қозғалысы болмайды.
Тау жынысының кеуектілігі мен өткізгіштігінің өлшемдері арасында
тікелей байланыс болмайды. Мысалы, саздар 40-50%-ке жететін абсолютті
кеуектілікке ие, бірақ субкапиллярлы каналдар оларды өткізбейтіндей етеді.
Құмтас пен әктастар 8-15%-тен аспайтын кеуектілікке ие, бірақ өткізгіштігі
жағынан айырмашылық жасайды, өйткені олардың кеуектілік кеңістігінің
құрылысы капиллярлы және жоғары капиллярлы кеуектілік каналының жетілуімен
сипатталады.
Тау жынысының өткізгіштігінің мөлшерін анықтау үшін Дарсидің (ашқан
ғалым құрметінен) сызықты фильтрация заңын қолдананды, ол бойынша кеуекті
ортадағы фильтрация жылдамдығы қысым құлауына пропорционал және оның
тұтқырлығына кері пропорционалды тәуелділігімен анықталады:
(2.3)
мұнда: υ - сызықты фильтрацияның жылдамдығы; Q - 1 с ішіндегі жыныс арқылы
өтетін сұйықтықтың көлемдік шығымы; F - фильтрация ауданы; k -
пропорционалдылық коэффициенті, басқаша жыныстың өткізгіштік коэффициенті
деп аталады; µ - сұйықтықтың динамикалық тұтқырлығы; (р - жыныстың
үлгісінің ұзындығындағы қысым құлауы; L - сұйық фильтрациясының жүретін жол
ұзындығы.
Жоғарыда келтірілген теңдіктен (2.3) өткізгіштік коэффициенті
мынаған тең болады:
(2.4)
мұнда: Q – үлгі ұзындығы бойынша Р орта қысым кезіндегі мұнайдың немесе
газдың көлемдік шығымы.
Бұл теңдеуі бойынша тәжірибелік жағдайда сұйықтық бойынша жыныстың
өткізгіштігін анықтауда қолданылады.
Осылай СИ жүйесінде өткізгіштік коэффициенті ретінде 1 Па қысым
өзгерісінде 1 м ұзындықта 1 м2 үлгі ауданы арқылы фильтрация кезіндегі
ортаның өткізгішттігі алынады, тұтқырлығы 1Па·с болатын сұйықтық шығымы
1м2с болады.
k өлшемдігінің (аудан) физикалық мәні болып - өткізгіштіктің
фильтрация өтетін кеуекті отаның қима каналдарын сипаттауы табылады.
1 м2 өткізгіштік бірлігі үлкен және тәжірибелік есепке ыңғайсыз.
Сондықтан кәсіптік істе өткізгіштікті бағалау үшін әдетте тәжірибелік
бірлік – дарсиді (д) қабылдайды, ол 1 м2-тағы өткізгіштіктен 1012 есе кіші
(1 Д – қысым өзгерісі 1кгссм2 кезіндегі ұзындығы 1см, ауданы 1 см2 арқылы
өтетін фильтрация кезіндегі кеуекті ортаның өткізгіштігі, 1спз болатын
сұйықтың тұтқырлық шығымы 1см2с құрайды). 0,001 Д тең өлшем миллидарси деп
аталады. 1 кгссм3 = 105 Па, 1 см3 = 10-6 м3, 1 см2 = 10-4 м2 екенін
ескерсек, келесі қатынасты аламыз:
(2.5)
Табиғи мұнай коллекторының өткізгіштігі бір қабаттағы кең аралықта
өзгеруі мүмкін.
Қабаттағы мұнай мен газ ағыны қысым өзгерісі жоғары жыныс өткізгіштігі
аз мөлшерде де (10-20 мд аралығында және одан төмен) байқалады.
Көптеген мұнайлы және газды қабаттардың көп бөлшегі өткізгіштікті 100-
ден 2000 мд аралығында мәнге ие. Сазды қабаттар миллидарсидің мыңдық
болатын өткізгіштікке ие, сондықтан олар өткізбейтін болып табылады.
Мұнай және газ кен орындарының өндірістік жынысының сипаттық
ерекшелігі болып олардың көлденең өткізгіштігі (қабатталуы параллель) осы
жыныстың қабатталуына перпендикуляр бағытталатын үлкен болуы табылады. Бұл
қабатталудың перпендикуляр жыныс тығыздығының жоғары болуымен
түсіндіріледі.
Мұнай және газ кен орындарының кеуекті пайдалану кезінде мұнай, газ,
су немесе мұнай-су-газ қоспасы жылжиды. Кеуекті ортада не жылжитыны және
қозғалу сипатына байланысты бір ортаның өткізгіштігі әр түрлі болуы мүмкін.
Сондықтан құрамында мұнай болатын жыныстардың өткізгіштігін анықтау үшін
абсолютті, фазалы (тиімді) және салыстырмалы өткізгіштік деген ұғымдарды
енгізеді.
Абсолютті өткізгіш деп қуысты орта тек қана қарастырып отырған фазамен
толтырылды деген жағдайда, тек қандай да бір фазаның (газ немесе сұйық)
сүзілінуі байқалатын қуыс ортаның өткізгіштігін айтады. Абсолюттік өткізгіш
ретінде газ (азот) бойынша анықталған жыныстың өткізгіштігін есептеу
қабылданған.
Фазалы (тиімді) өткізгіштік деп қуыстың құрамында көп фазалы жүйенің
болуы кезіндегі берілген газ немесе сұйық үшін жыныстың өткізгіштігін
айтады. Фазалық өткізгіш жыныстың физикалық қасиетіне және олардың сұйықтық
пен газға қанығушылық деңгейіне тәуелді болады.
Қуысты ортаның салыстырмалы өткізгіштігі деп осы ортаның тиімді
өткізгіштігінің абсолюттікке қатынасын алады.
Мұнай және газ кен орындарын пайдалану кезінде ортада екі және үш
фазалары да бір уақытта болады және қозғалады. Осындай шарттарда ортаның
кез келген фазасының өткізгіштігі оның абсолютті өткізгіштігі едәуір аз.
Тәжірибелер көрсеткендей әр түрлі фазаларға арналған тиімді және
салыстырмалы өткізгіштері кеуекті орталардың мұнайға, газға және суға
қанықтылығы мен сұйықтың физико-химиялық қасиеттеріне тәуелділікте болады.
Судың көлемі артқан кезде мұнай үшін өткізгіштік төмендейді және суға
қанықтылық 80%-ке тең болған кезде мұнай қозғалысы тоқтайды. Сондықтан
мұнай қабаттарын уақытынан ерте суға тасуынан және судың мұнай ұңғысын
бұрғылауға түсуінен сақтау керек.
Кеуекті ортада болатын бос газдың аз мөлшерінде мұнай үшін кеуектілік
қатты төмендейді. Демек, мұнай кен орындарын пайдалану үрдісі кезінде
мұнайдан жеткілікті газ көлемінің шығуы жағымсыз, өйткені ол мұнайдың
ұңғыға жылжуының шартының төмендеуіне әкеледі. Өткізгіштікті анықтау үшін
әр түрлі құралдар түрін қолданады.
2.5 Жыныстың меншікті бет ауданы
Тау жынысының негізгі сипаттамасының бірі болып оның меншікті бет
ауданы болып табылады, яғни жыныс көлем бірлігінде жинақталатын бөлшектің
қосынды беті.
Бөлек түйірлердің аз өлшемі және оның жайғасуының үлкен тығыздығы
нәтижесінде тау жынысының қуысты кеңістігінің жалпы ауданы үлкен өлшемдерге
жетеді.
Тау жынысының сулаудың меншікті беті және қабаттағы су капиллярлы
кеуек пен кеуек каналдарының мол мөлшері әсерінен молекулярлы күштердің
әрекеті, жыныстың адсорбциялық қабілеттілігі және байланысқан судың болуы
тәуелді болады. Бұл құбылыстар толығырақ төменде сипатталады.
Құмды қабаттың кеуекті каналдарының бетінің өлшемінің жуық өлшемдерін
елестету үшін шар пішінді және бірдей өлшемді құмтастан тұратын фиктивті
грунттың 1 см3 көлемдегі түйірдің жалпы бет ауданын анықтау жеткілікті.
Егер п арқылы осындай грунттың 1 см2-гі түйір санын, r — түйір
радиусын, 1 — бір түйірдің бетін, V — түйір көлемін және т — кеуектілікті
белгілесек, онда бір түйірдің бет ауданы f = r, ал бір түйрдің саны мынаған
тең болады V = 43 r3. 1 см3 жыныстағы түйір саны мынаған тең болады:
(2.6)
1 см3 осындай жыныстағы түйірдің жалпы бет ауданы келесі теңдеумен
анықталады:
(2.7)
Осы формуланы қолданып, құмды қабаттың түйірінің толық бет ауданының
өлшемі туралы жуық есептулерді келтіру мүмкін болады.
Егер қабаттың кеуектілігін т=0,2, түйір радиусын r=0,1 мм =0,01 см деп
белгілесек, онда 1 см3 қабаттың толық бет ауданы мынаған тең болады:
(2.8)
Ал 1 м3 осындай жыныстың жалпы бет ауданы 24000 м2-ге болады. Меншікті
беттің түйіршікті жыныстың кеуектілігі мен өткізгіштігінің арасындағы
байланысты жуық шамада келесі қатынаспен сипаттауға болады:
(2.9)
мұнда: S' - жыныстың меншікті беті, 1см; т - өлшемі бірлік үлестегі
кеуектілік; k - өткізгіштік, Д (Дарси).
Кәсіптік мәнге ие құрамында мұнай болатын жыныстың меншікті бет ауданы
500-ден 2300 1см -ге дейін аралығында болады. Меншікті бет аудан 2300 1см-
тен көп болатын жыныстар өткізбейтін немесе аз өткізгішті болады. Олардың
қатарына саздар, сазды құмдар, сазды тақтатастар және т.б. жатады.
Меншікті бет ауданын өлшеу үшін ұсақталған сараптаманың мәліметтері
бойынша осы шаманы есептеуге негізделген, жуықталған әдісті, сол сияқты
басқа да әлдеқайда нақты адсорбция, айырылған газдардың сүзілуін есептеуге
негізделген әдістерді қолданады.
2.6 Тау жынысының механикалық сипаттамалары
Мұнай кен орындарын пайдалану және ұңғыны бұрғылау үшін тау жынысының
механикалық қасиеттерінің ішінде – серпімділігі, басу мен созуға тығыздығы
және иілімділігі үлкен мәнге ие. Мысалы, жыныстың серпімді қасиеті, яғни өз
көлемін қысым өзгерісі кезінде өзгерте алу қабілеті пайдалану үрдісі
кезінде ондағы қысымның қайта таралуына әсер етеді.
Өлшемділікті арту мақсатында (торпедалау, қабаттың гидравликалық
бұзылуы) ұңғының бұрғылау зонасына механикалық әсер ету әдістерін жүргізу
және жобалау үшін қабатты түзетін жыныстың беріктік қасиетін білу керек.
Қатты жыныстардың иілімділік қасиеті, яғни үлкен қысым кезінде олардың
сынық түзілімінсіз немесе көрінетіндей бұзылыссыз деформациялану қасиеті
үлкен тереңдікте ұңғыны бұрғылау кезінде байқалады. Үлкен тереңдікте қатты
жыныс қабаттан жоғары жайылатын тау қысымы үлкен мөлшері әсерінен ұңғыға
ағуы мүмкін. Жер қабығында жүзбелі иілім кірілу және шығарылу
қатпарлардың пайда болуы осындай тау жыныстардың иілімділік қасиеті
әсерінен болады.
Тау жынысның қабаттық қасиеттері аз зерттелген. Қатты жынысның
(құмтас, әктас) иілімділігі осы жынысқа жарылымдар бойымен сырғынауға,
төмендеуіне және көтерілуіне мүмкіншілік беретін көптеген микрожарылымдарға
бағынышты болады деп болжанады. Тау жынысының серпімділік қасиеті жайлы
оның сығылу коэффициенті өлшемі арқылы анықталады. Егер жыныстың үлгісін
ішкі қысымға шалдыртса, онда үлгі көлемі және оның кеуекті кеңістігінің
көлемі азаяды. Қысымды түсіргенде үлгі көлемі және оның кеуектілігі алғашқы
қалыпқа келеді.
Тәжірибелер көрсеткендей көпшілік тау жыныстарда қуыс көлемі қабат
қысымының өзгеруімен Гук заңына сәйкес төмендейді немесе жоғарлайды.
(2.10)
мұнда: (Vпор - қабат қысымының (р-ға (в Па) өзгеру кезінде элементтің қуыс
көлемінің өзгерісі (в м3); Vo - керн көлемі, м3; β - қуысты ортаның көлемді
серпімділік коэффициенті, м2Н.
(2.11)
Жыныстың көлемді серпімділік коэффициенті теңдеуінен шығатындай,
қысымның 1 Па, 1 кПа, 1 МПа өзгеру кезінде қуысты ортаның көлемінің
салыстырмалы өзгеруін сипаттайды. Зертханалық және кәсіпшілік мәліметтері
бойынша құрамында мұнай болатын қабаттар үшін р = (0,3(2) 10-10 м2Н немесе
(0,3(2) -10-5 см2кгс. Басқа сөзбен айтқанда, әр кгссм2 (0,1 МПа) кезінде
жыныстағы кеуектілік көлемінің төмендеу қысымы өзінің алғашқы өлшемінен
1330000-150000 аралығында өзгереді.
Мұнай шоғырын ішкі қысым төмендеуі кезінде игеру үрдісінде сұйықтыққа
толы кеуектілік кеңістігінің көлемі қысқарады. Осының нәтижесінде сұйықтық
кеуектен шыға бастайды. Сондықтан мұнай кен орындарын игеру кезінде тау
жыныстарының серпімділігі үлкен роль атқарады.
Тау жынысының тығыздығы деп олардың механикалық бұзылыстарға
кедергісін түсінеді. Тау жыныстары сығылу кезінде елеулі кедергі көрсетеді.
Жыныстың бұзылысқа бастырма және ығыспа тығыздығы оның сығылуға
беріктігінің тек ондық немесе жүздік бөлігін ғана құрайды.
Сығылуға жыныстың тығыздығы көптеген факторлар қатарына бағынышты
болады. Мысалы, әктастар тығыздығы ондағы сазды бөлшектің артуымен азаяды.
Құмтастар онда цементтеуші материал болып әктасты цемент болған кезде аз
тығыздыққа ие болады. Жыныс тығыздығы сонымен қатар олардың түйірленуіне,
тығыздығына және ылғалдылығына бағынады.
Аз түйірлі граниттердің сығылуына тығыздығы 260 МПа, ал ірі – 120 МПа-
ға жетеді. Әктастар тығыздығы 1500-ден 2700 кгм3-қа өскен кезде
сығылғыштық беріктігі 50-ден 180 МПа-ға дейін артады; құмтастарда тығыздық
1870-тен 2570 кгм3-ке артқан кезде сығылғыштық беріктігі 15-тен 20 МПа-ға
артады. Әктастар мен құмтастардың тығыздығы оларды сумен қанықтырғанда 25-
45% азаяды.
Бақылау сұрақтары:
1. Мұнай және газ кен орындарын құрайтын тау жыныстарының негізгі
физикалық параметрін келтіріңіз.
2. Тау жыныстарының кеуектілігі деп нені атайды?
3. Тау жыныстың гранулометриялық құрамы деп нені атайды, қалай
анықталады?
4. Тау жыныстарының өткізгіштігі деп нені атайды ? Өлшем бірлігін
келтіріңіз.
5. Тау жынысының өткізгіштігінің мөлшерін анықтау үшін қандай
заңдылықты қолданады?
6. Тау жынысының механикалық сипаттамаларын қелтіріңіз.
3 МҰНАЙ ЖӘНЕ ГАЗДЫҢ ҚҰРАМЫ ЖӘНЕ МҰНАЙДЫҢ ФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
3.1 Мұнай және газдың құрамы және физикалық қасиеттері
Мұнай көбіне қара түсті, арнайы иісі бар, жанғыш, жағармайлы сұйықтық
болады. Химиялық құрамы жағынан мұнай негізінен химиялық құрамын анықтайтын
көмірсутектердің жиынтығы болып келеді
Мұнайда көмірсутектердің келесі топтары кездеседі: 1) метандық
(парафинді) жалпы формуласы СnН2n+2; 2) нафтендік жалпы формуласы СnН2n; 3)
хош иісті немесе ароматтық жалпы формуласы CnH2n-6.
Табиғатта көмірсутектердің метандық тобы кең таралған. Бұл қатардағы
көмірсутектер – метан CH4, этан C2H6, пропан C3H8 және бутан C4H10 –
қалыпты атмосфералық қысым және температура кезінде газ күйлі жағдайда
кездеседі. Олар мұнайлы газдар құрамына кіреді. Қысым және температура
артқанда бұл жеңіл көмірсутектер жартылай немесе толық сұйық күйіне өте
алады.
Пентан C6H12, гексан C6H14 және гептан C7H18 осындай жағдайда
бірқалыпты жағдайда болады: газ күйден сұйық күйіне және керісінше оңай
ауысады. C8H18-C17H36 аралығындағы көмірсутектер – сұйық заттар,
молекулаларында көмірсутектің 17 атомынан жоғары болатын көмірсутектер
қатты заттарға жатады. Бұлар барлық мұнайдың құрамында болатын парафиндер
мен церезиндер.
Көмірсутектің мұнай салмағындағы жиналымы 82-87% және сутек 11-14%
құрайды. Көміртек пен сутектен басқа мұнай және газда оттек, азот, күкірт
және аз көлемде, із күйінде басқа химиялық элементтер кездеседі. Газда азот
құрамы кейде жалпы газ салмағының 40% және одан көп бөлігін құрайды.
Мұнайдың және мұнайлы газдардың физикалық қасиеттері, сонымен қатар
олардың сапалық сипаттамасы онда жеке көмірсутектер мен олардың әр түрлі
тобының болуына бағынады. Күрделі көмірсутектер артқан мұнайлардың (ауыр
мұнайлар) құрамында бензин мен майлы фракциялардың аз құрамы кездеседі.
Мұнайда шайырлы және асфальтенді қосылыстардың көп болуы оларды тұтқыр және
аз қозғалысты етеді, оларды сыртқа шығару мен тасымалдау жұмыстарын күрделі
етеді.
Мұнайларда күкіртті қосылыстардың болуы олардың сапасын төмендетеді
және оны шығару, айдау және қайта өндіру кезінде металл жабдықтарының
коррозиясы әсерінен қиындықтар туғызады.
Мұнайдан 300°C дейінгі температурада ашық фракцияларды жинаған кейін
алынған мазуттағы, шайырлы зат құрамына байланысты мұнайлар төмендегідей
жіктеледі: аз шайырлы – шайыр құрамы 8% аспайтын болса, шайырлы – шайыр
құрамы 8%-тен 25%-ға дейін болғанда, жоғары шайырлы – шайыр құрамы 25%-тен
көп болғанда.
Мұнай парафинінің құрамына байланысты үш топқа бөлінеді: парафинсіз
– парафин құрамы 1% дейін болғанда, аз парафинді – парафин құрамы 1%-тен
2%-ке дейін болғанда, парафинді – парафин құрамы 2%-дан көп болғанда.
Күкірттің құрамына байланысты мұнайлар мынаған бөлінеді: аз күкіртті
– күкірт құрамы 0,5%-ке дейін болғанда, күкіртті – күкірт құрамы 0,5%-тен
дейін болғанда, жоғары күкіртті – ... 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