Гравийлі сүзгішті құру үшін құмды таңдау

Кіріспе

Су жапсарындағы ұңғыманың  аса маңызды нақты бөлігі  сүзгі  болып саналады. Сүзгінің көптеген түрлері бар, олар бір-бірінен  конструкциясы  мен жасалған материалына байланысты ерекшеленеді. Негізінен сүзгі түрлерінен көбінесе каркас сүзгі қолданылады. Сүзгі құбыры саңылаулы, дөңгелек тесікті, я болмаса цилиндр стерженді, металдан жасалған және жуан сымды  болуы мүмкін. Каркас—бұл қаңқа,ол арнайы сүзгі материалымен қапталады, онда судың сүзілу процесі болады. Көбіне құрылғының еңбек сиымдылығын  гравийлі сүзгі алады. Оның құру үшін каркас диаметрі шегендеуші құбыр диаметрінен  аз болуы керек. Бұл өзара құбыраралық  кеңістіктің  үстіне құм мен гравийдің  төгілуіне жағдай туғызып, сүзгі  құрылымын құрады. Сүзгі материалы  төгілуінен кейін, шегендеуші құбыр  жоғары қарай көтеріледі, су сақтағыш қабаттағы ұңғыманы қоршаған табиғи грунт гравийлі сүзгіні каркасқа қарай қысады. Төгудің орнына қаптамалы  немесе себетті гравийлі сүзгілер жиі  қолданылады, олардың ерекшелігі алдын  ала гравий себілген  сақиналы-себетті. Одан басқа, горизонтты бас саға ұңғыма сүзгілеріне жаңадан көптеген сүзгілер қолданылуда: полимерлі, әйнек талшықты, борпылдақ қыш, бетон және тағы басқа.                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теориялық бөлім

Ұңғымада сүзгi 2 функцияны  орындайды:                                           1.механикалық қоспаларсыз сумен  қамтамасыз етілуі                                                               2.ұңғыманың құлауының алдын алуОл әдетте тек қана аумалы жыныстарда орнатылады, судың табиғи сүзгісі арқасында су өткiзетiн қатты грунт болмайды.

Барлық конструкция  (фильтр бағанасы), үш бөліктен тұрады :

1. Сүзгі үстіндегі құбыр
2. Сүзгінің жұмыс істейтін бөлігі (демек, сүзгінің өзі)
3. Тығынмен тұндырғыш

Сүзілу процесі қарапайым: сүзгінің жұмыс бөлігінен өткен  жыныстар  бөліктері тұндырғышта  тұнып қалады.

Барлық  сүзгiлерді шартты түрде 3топқа  бөлуге болады:

    1. Тесілген немесе  саңылаулы.

    2. Торлы

    3.  Гравийлі.

Сүзгілердің түрлері мен  конструкциялары жыныстың түрі бойынша  таңдалынады. Агрессивтi сулар үшiн  үлкен құрамды көмiр қышқылының ,  күкiрт сутек және оттегi сүзгінің қаңқасы тот баспайтын болаттан, металл емес құбырлардан өндiрiледi.  

Тау жынысына байланысты сүзгі  таңдау:

           1.Жарықшақты, бұзылуға бейім жыныстар   үшiн тесілген немесе саңылаулар сүзгілер қолданылады. Саңылауларды бұрғылайды, құбырдағы саңылауды фрезермен өңдейді.

           2.Гравий-малтатасты шөгінділер  үшiн ұзына бойғы саңылаулары  бар құбырлармен немесе iрi тордың  жамылғысымен iстейдi.

           3.Әдетте құмдар үшiн жезден  майда торы бар сүзгiсi  қолданылады.

Түтік тәрізді құдықтың су қабылдау бөлігі су жапсарлы қабат  құрылысына тәуелді болады. Егер шегендеуші құбырдың төменгі жиегінде желонкамен жыныс өңдеуге болатын болса, ағып келетiн сумен толтырылып және ол ұзақ уақытқа созылмайды, онда сүзгiсiз қарауға болады.Су жапсарлы қабатта ұңғыма құммен тығындалғанда, желонканың тазалануына қарамастан

сүзгi керек.

Құм тығындарымен күресудің  тиімді тәсілдерінің бірі өнімді ұңғымалар  аралығын ұсақ тасты сүзгімен жабдықтау. Бірақ ұсақ тасты сүзгілер қабат құмының фракциялық құрамын ескеріп, дұрыс ұсақ тас өлшемін таңдау кезінде өз міндетін атқара алады. Ұсақ тас өлшемі жыныс қаңқасын құрайтын бөлшектерді қабаттан сүзгі өткізбеуі керек, яғни сүзгі 70-80% жыныстың ірі бөлшектерін ұстап қалуы керек және 20-30% көп емес ұсақ бөлшектерді өткізуі керек.Бұл жағдайда қабат қаңқасының тұрақтылығы сақталады. Ұсақ бөлшектерді шығару бір уақытта екі шартты сақтау қажет.

Құмның ірі түйірлерінен түзілген қуыс өлшемдері, сүзілу ағынымен шығарылатын ұсақ бөлшектерден көп  болуы керек.

Соңғы жылдарда шетел мұнай  өнеркәсіптік тәжірибеде құммен күресу әдісі аса кең таралды, қабатқа  ірі түйірлі құм немесе тұтқыр сұйық қоспалы ұсақ тастарды айдаумен аяқталды, оны тізбектен кейін қысқаннан соң ұңғығахвостовик немесе құмды қабатта ұстап қалатын тор түсіреді.  

 

 

Cүзгiлер түрлері

Құм тығындарымен күресу әдістерін төрт топқа бөлуге болады:

1.қабаттан ұңғымаға  құмның түсуіне кедергі келтіретін  әдістер;

2.сұйықтың мүмкін  таңдауы кезінде құмды күндізгі  бетке шығаруға бағытталған және  құм шығатын ұңғымалардағы жұмысқа  қондырғылардың бейімделу әдістері;

3.арнайы қондырғыш  қондырғыларында құмды айыру  және оқшаулау әдістері;

4.құм тығындарын  жою әдістері.

Бірінші топқа  түрлі конструкциялы қуыстық, тесіктік, сымдық, және тағы басқа түтік сүзгілерді қолдану, сұйық алуды шектеу, әр түрлі  цементтейтін заттармен түп маңы аймағындағы ірі түйірлі құмды  және тағы басқа заттарды айдау жатады.

Екінші топтың әдістерін қолдану кезінде үлкен  қарқындылықпен сұйықты алу, құбырлардың  сәйкес диаметрлерін таңдау, сорапты  пайдалану кезінде құбырлық штангілерді  қолдану шаралары жатады.

Әдістердің үшінші тобына мұнайды штангілі сорапты  өндіру кезінде әр түрлі қорғаныш жабдықтарын қолдану жатады (сүзгілер, газ құмды якорьлер, және тағы басқа)

Әдістердің төртінші тобына түзілген құм тығындарын ұңғыдан жоюдың әр түрлі тәсілдері жатады, оларды гидробур мен су, мұнай және басқа сұйықтармен шаю.

 

Әр түрлi сүзгiлердiң конструкциялары  әжептәуiр көп, бiрақ әдетте қолдан жасалған түтiк тәрiздi құдықтарда жай  торлы сүзгiлер   қолданылады.

Сурет. Торлы сүзгі: 1 —  найзалы муфта; 2 — сальник; 3 —  саңылаулар; 4 — сым; 5 — тор; 6 —  тұндырғыш; 7 — тығын.

Қазіргі уақытта өнеркәсіп  сымды, торлы сүзгінің үлкен тауар  жинағын шығарады. Квадрат,тік төртбұрышты  және оқ ұяшықтардың формасы жарықта  танып білінеді.Ұяшықтардың өлшемі бойынша бізге тиімдісі өте ұсақ-жарықтағы  торлардың ауданы 0,025-0,25мм және ұсақ –жарықтағы торлардың ауданы 0,25-1мм.

 
 Торлы сүзгі құм тығынына қарсы ұңғыманың өнімді қабатына орнатылады, бөтен қоспалардан өндірілген өнімді сүзу ,забой алдындағы аймақтың бұзылуының алдын алу, ұңғымадан құм мен механикалық қоспалардың шығарылуы үшін арналған.

Сүзгіден төмен су қабылдау бөлікте глухой резервуар болуы тиіс,ол сүзгіден өткен құм мен лай жинағышы қызметін атқарады. Сүзгіде құмның өте ұсақ фракцияларын ұстап қалудың қажеті жоқ. Олар сүзгілерден өтіп кетеді немесе бетке су ағындарымен шығып кетеді, я болмаса тұндырғыштарда тұнып қалады. Бұл жағдайда сүзгіш айналасындағы  қабатта су жапсарлы жыныста, аса ірі құм түйіршігі немесе гравий пайда болады, олар өздері табиғи сүзгілер рөлін атқарады.

          Қазіргі кезде сүзгінің гравийлі түрі кең тараған тиімді болып табылады. Оны қолдану орта-ұсақ түйірлі су сақтағыш құм тығынында, ұзақ уақыт ұңғыманы тоқтаусыз пайдалануды қамтамасыз етеді.                                                  Гравийлі сүзгі құрылғыларын механикаландырудағы ең үлкен талпыныс ұңғыманың бас сағасында материалдармен байланысуға жол ашты: сүзгі сақиналары гравийден, өнім бір-бірімен цемент ерітіндісі арқылы бекітіледі. Гравийлі - себу сүзгiлерi орнықты су алуларды қамтамасыз етедi және  пайдалану және дренаждалған ұңғымалардағы ұсақ түйірлі және орташа түйірлі құмдар үшін қолданылады. Гравий себу қалыңдығы кемiнде 90—100 мм,гравий  өлшемi байланысты таңдап алынылады:

мұнда D₅₀ — гравийдің орташа өлшемі, мм; d₅₀-су қаныққан құмның орташа өлшемі , мм. 

                                                                                                    

Егер сүзудің алдында  зонада гравий арнайы сорғыш құбырлармен  жіберіледі немесе тура құбыраралық  кеңістікке,егер төгінділер тереңдігі 100-150ден аспаса, гравийдің судағы концентрациясы 10-12% жоғары болмауы  керек, гравий концентрациясы 15-17% көбірек  айдаушы сызықта тығындар пайда  болады. Гравий мөлшері біркелкі болуы  тиіс.                                      Гравийлі сүзгіш жабдығы терең ұңғымаларда гравий беріліс сұлбасы арнайы айдаушы сызықта пайдаланушының ішінде орнатылады: соңында сүзу алдындағы зонада  гравийді айдау үшін арнайы саңылаулар болады.Сүзу алдындағы зонаның толтырылуынан кейін айдаушы бағананы алып тастайды.

Сүзгiнiң жұмысының сенiмдiлiгiн  жоғарылату үшін гравий қорын жинақтап, сүзгінің қаңқасында жоғарғы саңылаулар биіктігі 5-10м   пайданушыда  оның шөгіп қалуы мен тығыздалуын  есепке аламыз. Сүзгі зонасында гравий шайындысы үшін технология жасалды, арнайы аспап сүзгі бағанасында  орнаған төгілулер және ол жоғары шығарылғанда қолданылады. Сүзгі ретінде  саңылаулы және сымды конструкциялар  қолданған.                                                                                                                   Сурет сүзгі колоннасында төгілу болғанда, гравийдің шайылуы көрсетілген.  Арнайы аспап сүзгінің үстінде пайдаланушы бағананың ішінде және белгіленген ұңғыма сағасына  орнатылады.  Пакер  әрекет етуші күш әсерінен, құбырлардың салмағынан сақиналы кеңістік пен  пайдаланушы бағана аралығы босап герметизацияланады. Жууды бұрғылау сорабы көмегімен, бұрғылау құбырлары арқылы және одан әрі саңылау ішімен  сүзу алдындағы зона арқылы жүзеге асады.

Сурет. Гравийлі сүзгі құралғысының ұңғымадағы сүзгі бағанасына орнатылуы:                                                                                                                        а – гравийлі сүзгі құрылғысы УГФ-П; б – сағадағы сүзгі құбырының үстіне орнатылуы УГФ-П; в - УГФ-П бекіту ұңғымадағы гравийдің шайылуы; г - УГФ-П ұңғымадан шығарылуы.1-құбырдың үстіңгі шеті; 2-тығын; 3-герметизацияланған төлке; 4-бағыттаушы төлке; 5-тірек түтік; 6-пакер; 7-шығарылатын саңылаулар; 8-конус; 9-седло; 10-өткізгіш; 11 –қосалқы құбыр; 12-қамыт; 13-центраторлар; 14-сүзгі бағанасы ; 15-кері клапанмен тұндырғыш; 16-бұрғы бағанасы; 17-біріктірме қосылыс; 18-сүзгі үстіндегі құбыр .

Сүзгі саңылауы арқылы сүзгінің ішіне су кіреді  және содан соң  үстіңгі жұп саңылаулар пакер  арқылы  сақиналық кеңiстiкке және ұңғыманың сағасына түседі. Жууылудан кейін айдама магистралына сүзудің алдындағы аймақты толтыратын, яғни гравий түседі, су қабатқа біртіндеп кіреді. Сүзу алдындағы аймақтың гравиймен толтырылуы қысымның тез жоғарлауымен ерекшеленеді, мұндай жағдай баспа сызықтағы гравий жабынының шығару саңылаулары есебінен болады. Бұдан әрi аспап арқылы өлшеп 45—60°қа бұрады, нәтижесінде аспаптың тірек түтіктері сүзгі бағанасының құлыптық қосылысынан шығып, және аспаптан ұңғыманы шығарады.                 Ағынды сулардың биологиялық тазартылуы отстойниктен басталып, құм-гравийлі сүзгінің шығатын жерінен аяқталады.

                         

Гравийлі сүзгілер ұңғыманың  жұмысын жақсарту үшін қолданады. Сонымен  бірге ұңғыманың диаметрі  сүзгінің диаметрінен 100мм үлкен болуы тиіс. Гравий үстінен толтырылады.Гравий есептеу арқылы алынылады, оның орта бөлшектері 5-10рет жыныстың орта бөлшектерінен үлкен болуы тиіс.

 

Гравийлі сүзгі сұлбасы:

1-коррозияға төзімді тұрық, 2-басқару блогы, 3-кіруші және шығушы патрубка, 4-орталық айырғыш тіреушесі, 5-төменгі айырғыш, 6-гравийлі подложка, 7- сүзгі ортасы.

Гравийлі сүзгішті монтаждау

Әдетте гравий-құмтас сүзгiлер  саздандырылған майда құмдарда орналастырылады.Егер грунт орнықты болса, сүзгiні су көтеретiн  бағаналарға түсiредi. Егер жоқ болса -бастапқыда шеген құбырды іске қосады, сосын сүзгiнi түсіреді,кейiн құбырды жұмыс істейтін сүзгiнiң бiр бөлiгiнің биiктiгінен алады.                                                      

Ұңғымалар жабдығының сұлбасын қолданып, сүзгі бағанасының тұжырымымен  герметизациялық кеңістік бетін, сүзгілі  және пайдаланушы бағана арасындағы ұңғыманың сағасын ескереді. Гравий берілісі айдама магистралда электрлі және бұрғылау сорабымен орындалады. Гравийлі тығын болмауы үшін судағы гравийдің концентрациясы 12—17%-дан  жоғары болмауы тиіс. Гравий толтырылу  процесі үздіксіз жүруі , таңдаулы гравий және оның құрамында басқа қоспалар болмау керек. Бір мезгілде жабдықты гравийлі сүзгімен бiрнеше су жапсарлы қабаттар үшін арнайы көп секциялы құрылғы қолданылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Ұңғыларға құм  келуін шектеу және құм тығындарын  жою   есептері

1.1 Гравийлі сүзгішті  құру үшін қумды таңдау есебі. 

Құмның ұңғыға өтумен күрес  тәсілінің ең тиімдісі– ол ұңғыдағы өнімді қабаттардың интервалына  гравийлі сүзгіштерді құру. Гравийлі сүзгіш өзінің міндетін құмның фракциялық құрамын ескеріп, гравий түйіршіктерінің  өлшемдерін дұрыс таңдаған кезде  ғана орындайды. Гравий түйіршіктерінің  өлшемдері қабаттан тау жынысының  скелетін құрайтын бөлшектері шығарылмайтындай болуы керек, яғни сүзгіш салмақ бойынша 70-80% ірі түйіршіктерді ұстап, 20-30% ұсақ түйіршіктерді өткізуі қажет. Осы шарт орындалу кезінде қабат  қаңқасының беріктігі сақталады.

Есеп 1.1. Қабаттың қаңқасын бұзбай шығарылатын құмның түйіршіктерін өлшемдерін, шығарудың критикалық жылдамдығын және қабаттан шығарылатын мүмкін шығымды анықтау қажет.

Есеп мәндері: ұңғының  ішкі диаметрі D_вн =194 мм; қабат құмының кеуектілік коэффициенті m=0,28; фильтрация коэффициенті К_ф=0,37см\с; мұнайдың кинематикалық тұтқырлығы n_н=0,136см²/с; мұнайдың тығыздығы r_н=0,95 г/см²; қабаттың перфорацияланған қалыңдығы h=10м.

Құмның фракциялық құрамы,мм.. >0,25  0,25-0,1   0,1-0,01   <0,001

Фракция салмағы, %.......................     36       34,8        24,8         4,4

Шешімі. Қабаттан d₁=0,2 мм өлшемдері шығарылмау керек деп ескеріп, гравийдің қажетті өлшемін анықтаймыз::

                        D_ф/ d₁=10    (1.1)

где D_ф – гравий түйіршігінің (сүзгіштің) өлшемі мм; d₁ – құмның ең ірі түйіршіктерінің диаметрі, мм.

1. Формуладан қабат қаңқасын құрайтын ірі түйіршікшіктерін шығармау үшін, гравий түйіршіктерінің өлшемдері 10 есе үлкен болу керек екенін көреміз.

Мәндерді (1) формулаға қойып, анықтаймыз                                            D_ф=10d₁=10×0,2=2мм.

Келесі формула бойынша  қабаттың қаңқасын бұзбай шығатын түйіршіктердің өлшемдерін анықтаймыз:

             (1.2)

 

Құмның фракциялық құрамынан 0,1 мм түйіршік диаметрлері тау жынысында 24,8% құрайтының көреміз.Сондықтан осы  түйіршіктерді шығару қабаттың беріктігін бұзбайды.

Қабаттан ұңғыға d£0,1мм түйіршіктерді шығару мүмкін болса, оларды шығарудың критикалық жылдамдығын анықтаймыз (1.3):

               (1.3)

мұнда а – эмпирикалық  коэффициент (табиғи тау жыныстары  үшін а=0,1-0,7с, қарастырылып отырған  ұңғыдағы құмның фракциялық құрамы үшін а=0,57с); h=m_н/m_в=15 –тұтқырлық факторы, яғни ұңғы түбінің температурасы 30⁰С кезінде мұнай және судың абсолюттік тұтқырлықтар қатынасы; Q – түйіршік өлшеміне сәйкес фракция салмағы; егер қабат жатық болатын болса, яғни , онда  К₀=0,5.

 

Осындай жылдамдықта диаметрлері d£0,1мм барлық түйіршіктер қабаттан шығарылады, ал диаметрлері 0,1 мм-ден үлкен түйіршіктер ұсталынып тау жынысында қалады.

Критикалық дебитті (қабаттан ұңғыға келетін мүмкін шығым) келесі формула бойынша анықтаймыз:

J               (1.4)

где Q_кр – ұңғының критикалық дебиті, м³/тәу; D – ұңғының ішкі диаметрі, м; m- қабаттағы тау жынысының кеуектілігі m=0,42;   J_кр – фильтрациялық ағынның критикалық жылдамдығы J_кр=2 м/сут.

(4) формулаға мәндерді  қойып, критикалық дебитті анықтаймыз:

                 Q_кр=3,14×0,1×10×0,28×34,56=31 м³/тәу

Есеп 1.2. Ұңғыда гравийлі сүзгішті құру үшін оның оқпанында өнімді қабат интервалы 240мм-ге дейін кеңейтілген. Ұңғы оқпаны кеңейгеннен кейін түсірілетін сымды-пісірілген сүзгішке гравийлі тығынды құру үшін 3гравий көлемін анықтау керек (сыртқы диаметрі d_ф=104 мм). Бұл сүзгіш гравилі тығынның тіректі қаңқасы болып келеді.

Шешімі. Тығындауға қажетті гравий көлемін келесі формуламен анықтаймыз

 

  где D_р– ұңғы оқпанының кеңейтілген бөлігінің диаметрі,  D_р=0,24 м; d_ф– сымды қаңқаның сыртқы диаметрі, d_ф=0,104 м; h– қабаттың ашылған биіктігіне тең гравийлі сүзгіштің биіктігі, h=10 м.

Санды мәндерді (5) формулаға қойып, анықтаймыз

                V_гр=0,785(0,24² -0,104²) 10=0,37 м³

Гравий тығыздығын ескерсек (1,9 т/м³), онда гравий салмағы 0,37×1900=703кг болады.

 

 

 

 

 

             Қорытынды

Есепте берілген формула бойынша қабаттан d₁=0,2 мм өлшемдері шығарылмау керек деп ескеріп, қабат қаңқасын құрайтын ірі түйіршіктерді шығармау үшін, гравий түйіршіктерінің өлшемдері 10 есе үлкен болу керек екенін білдік. Содан кейін қабаттың қаңқасын бұзбай шығатын түйіршіктердің өлшемдерін анықтадық,ол менде 0,07 шықты, жуықтағанда 0,1 болады. Есептегеніміз бойынша құмның фракциялық құрамынан 0,1 мм түйіршік диаметрлері тау жынысында 24,8% құрайтының көреміз. Осы түйіршіктерді шығару қабаттың беріктігін бұзбайды.

Егер қабаттан ұңғыға d£0,1мм түйіршіктерді шығаруға мүмкіндік болса, оларды шығарудың критикалық жылдамдығын анықтаймыз.  Нәтижесінде, 0,04см/с, айналдырғанда 35м/тәулік  жылдамдықта диаметрлері d£0,1мм барлық түйіршіктер қабаттан шығарылады, ал диаметрлері 0,1 мм-ден үлкен түйіршіктер ұсталынып тау жынысында қалады. Сосын критикалық дебитті есептегенімде, 31м³/тәу –ке тең екен. Есеп соңында, тығындауға қажетті гравий көлемін келесі  анықтадық.

Қабаттың қаңқасын бұзбай шығарылатын құмның түйіршіктерінің  өлшемдері, шығарудың критикалық жылдамдығы, қабат қалыңдығы—  қабаттан шығарылатын  мүмкін шығымға тәуелді. Қабаттың қаңқасын бұзбай шығарылатын құмның түйіршіктерінің  өлшемдері, шығарудың критикалық жылдамдығы, қабат қалыңдығы орындарына сәйкесінше мәндер қойып, тәуелділік графигін тұрғыздым. Графиктен алатын тұжырымымыз: қабаттың қаңқасын бұзбай шығарылатын құмның түйіршіктерінің өлшемдері, шығарудың  критикалық жылдамдығы, қабат қалыңдығы  жоғарылаған сайын, қабаттан шығарылатын  мүмкін шығым да жоғарылайды, ал төмендесе  төмендейді.

  Қабаттың қаңқасын бұзбай шығарылатын құмның түйіршіктерінің өлшемдерін, шығарудың критикалық жылдамдығын, қабат қалыңдығын, тығындауға қажетті гравий көлемін  есептеудегі негізгі мақсатым: қабат қаңқасының беріктігін сақтау, яғни қабат қаңқасының бұзылуының алдын алу. Құмның фракциялық құрамын ескеріп, гравий түйіршіктерінің өлшемдерін дұрыс таңдаған кезде ғана мақсатымыз орындалады.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер:

1. Муравьев И.М. и др. Техника и технология  добычи  нефти и газа. М.Недра 1971 г.

2. Мищенко И.Т., Сахаров  В.А. и т.д. Сборник задач  по технологии и технике добычи. М: Недра, 1984 г.

3.Юрчук А.М. Расчеты в добыче нефти. М.Недра, 1974г

4. Воинова Л.Г. «Борьба с коррозией оборудования». Методические указания, КазНТУ,  Алматы 2006г.