Жылумен әсер етудің мақсаты мен түрлері

Ғ ылыми-техникалық ә дебиеттерге шолу жасау нә тижесінде кен орындарындағ ы ұ ң ғ ымаларда мұ най ө ндіруді арттыру ә дістері толығ ымен қ арастырылып, талданды.

Мұ най ө ндіру ұ ң ғ ымаларын бу жылуымен ө ң деу мұ най ө ндіруді жеделдету мен мұ най бергіштікті арттырудың тиімді ә дісі болып табылады. Ол ескі мұ най кен орындарында да, жаң адан ашылғ ан кен орындарда да табысты қ олданыла алады.

Бу жылуымен ө ң деуді жү зеге асыру кө п шығ ынды керек етпейді жә не қ ысқ а мерзім ішінде жақ сы ө нім береді. Ә сіресе, тұ тқ ырлығ ы жоғ ары мұ най кен орындарында бұ л ә дісті қ олдану жақ сы нә тижеге қ ол жеткізуде, ал басқ а тә сілдер бұ л тұ ста тиімсіз болып саналады. Мұ най ө ндіруде кү рделі жағ дай туғ ызатын кө птеген кен орындарында кө лденең бағ ытталғ ан ұ ң ғ ыма бұ рғ ылау жә не физика-химиялық ә сер ету арқ ылы бу жылуымен ө ң деу осы кен орындарын игерудің бірден-бір қ олайлы ә дісі болып табылады. Мұ най қ абатына су буымен ә сер ету арқ ылы мұ най алу механизмі кө птеген ең бектерде қ арастырылғ ан [10, 11].

Жү ргізілген зерттеулер кө рсеткендей, мұ ндай жағ дайда мұ най бергіштікті арттыруғ а бірнеше термодинамикалық факторлар: мұ най тұ тқ ырлығ ының тө мендеуі, қ абат сұ йық тарының температуралық ұ лғ аюы, ағ ымды бө гейтін жің ішке ө зекшелер арқ ылы ылғ алдандыруды (булауды) жетілдіру ә серінің нә тижесінде қ ол жетеді. Бұ лардың бә рі бу жылуымен ө ң деу ү рдісіне тә н. Бұ дан басқ а, бу жылуымен ө ң деу кезінде тек осы ү рдіске ғ ана тә н жә не ұ ң ғ ымағ а мұ най қ ұ йылуын ұ лғ айтуғ а негізделген қ осымша фактор пайда болады.

Мұ най қ абатын бу жылуымен ө ң деуді жү ргізу кезінде ә детте ылғ алды су буын айдайды. Оның сапасы бу фазасы массасының жалпы ылғ ал бу массасына қ атынасын кө рсететін қ ұ рғ ақ тық дә режесімен сипатталады. Ұ ң ғ ыма оқ паны бойымен қ озғ алу кезінде айналадағ ы жыныстарғ а жылу жоғ алту ә серінен будың бір бө лігі конденсацияланады, нә тижесінде қ ұ рғ ақ тық дең гейі ө згереді, жә не бастапқ ы кезде ұ ң ғ ыманы қ оршағ ан тау жыныстары мен бу температуралары арасындағ ы айырмашылық ө те ү лкен болғ андық тан будың сапасы тез ө згереді. Бұ дан кейін қ оршағ ан жыныстың қ ызуымен жылу алмасу ү рдісі реттеледі жә не ұ ң ғ ыма тү бінде айдалғ ан будың кұ рғ ақ тық дә режесі уақ ыт ө ткен сайын тез ө згере береді. Ұ ң ғ ыма оқ паны бойымен мұ найдың қ озғ алуы кезіндегі оның параметрлерін (қ ұ рғ ақ тық дә режесі, температура, қ ысым) есептеп бағ алауының ә дістері ә дебиеттерде келтірілген [2].

Бұ л ә дістер тұ тқ ырлығ ы жоғ ары жә не Ньютондық емес мұ найларды ө ндіру ү шін тиімді болады. Бірақ та мұ най қ ұ рамының тұ тқ ыр болуының есебінен ө ндірістік игеруде тек қ ана жылумен ә сер ету ә дістері қ олданылатын кен орындары да кездеседі.

Қ абатта будың қ озғ алуы кезінде коллектор жыныстарымен жә не қ абатты қ оршағ ан (жоғ ары жә не тө мен жатқ ан) жыныстармен жылу алмасуы ә серінен одан ә рі конденсациясы жалғ асады. Нә тижесінде айдау ұ ң ғ ымасының тү біндегі будың қ ұ рғ ақ тық дә режесі қ абат терең дігін бойлап қ озғ алғ ан сайын бірте-бірте нө лге дейін тө мендейді. Осылайша, жер қ абаттарында ү ш тү рлі температуралық аймақ пайда болады: бу, ыстық сұ йық жә не бастапқ ы қ абат температурасы.

Егер, қ абаттың температурасы қ абат жағ дайындағ ы парафиннің кристалдану температурасына тең немесе жақ ын болса, онда мұ найды салқ ын сумен ығ ыстырып шығ ару нә тижесінде қ абат температурасы тө мендейді немесе парафиннің қ атуының нә тижесінде қ абаттың біртектілігі бұ зылады. Айдалғ ан салқ ын су ө ткізгіш қ абаттармен жылдам ө тіп тө менгі жә не жоғ арғ ы бө ліктерінде орналасқ ан қ абаттарды салқ ындатудың кө зі болып табылады. Салқ ындаудың нә тижесі мұ найдың қ оюлануына жә не еріген парафиндердің қ атты фазағ а ауысуына немесе қ абаттарда орналасқ ан мұ най қ орын консервациялауғ а ә келіп соғ уы мү мкін. Бұ л жағ дайда қ абатқ а ыстық су немесе пар айдау тиімді, себебі ол ө ткізгіш қ абаттарғ а жақ сы сің іп тө менгі жә не жоғ арғ ы қ абатшаларды жылытады. Осының нә тижесінде мұ найдың тұ тқ ырлығ ы тө мендеп мұ най қ орын толық игеруге мү мкіндік болады.

Қ абатқ а жылумен ә сер ету ә дістері қ абаттың мұ най бергіштігін жоғ арылату ә дістері сияқ ты тиімді ә діс болып саналады жә не тұ тқ ырлығ ы жоғ ары немесе битумды мұ найларды ө ндіруде қ олданылатын жалғ ыз ә діс болып саналмайды.

Жылумен ә сер ету ә дістері келесі негізгі тү рлерге бө лінеді:

- Қ абатқ а ыстық жылу тасығ ыштарды айдау (су немесе бу);

- Қ абат ішінде жылжымалы жануды қ олдану;

- Қ абаттың тү п аймағ ын циклды жылумен ө ң деу;

Алғ ашқ ы екі технологиялық процес қ абатқ а ә сер ету ә дістеріне жататын болса, ал ү шінші ә діс қ абаттың тү п аймағ ына ә сер ету ә дісіне жатады [1].

Ортада техникалық мү мкіндігі жоғ ары жылу тасығ ыштар - су жә не бу. Бұ л олардың масса бірлігіне есептегенде жылу сақ тағ ыштығ ы жоғ ары болуымен тү сіндіріледі. Негізінде будың жылуы ыстық суғ а қ арағ анда жоғ ары болады, бірақ та қ ысымды жоғ арылатсақ олар бір-біріне жақ ындайды. Айдау қ ысымын жоғ арылату нә тижесінде тек қ абатқ а енгізілетін жылуын ғ ана есептесек сумен салыстырғ анда будың артық шылығ ы кемиді. Бұ л жерде будың терең емес ұ ң ғ ымағ а айдау кезінде ғ ана тиімділігі жоғ ары болатындығ ын кө рсетеді, себебі терең емес ұ ң ғ ымағ а ү лкен қ ысыммен айдау керек емес. Тө менгі қ ысымда бірлік кө лемдегі будың жылу сақ тағ ыштығ ы сумен салыстырғ анда тө мен болатындығ ын ескеру керек. Бірақ та, бу айдау кезінде (будың тұ тқ ырлығ ы тө мен болғ анда) айдау ұ ң ғ ымасының тұ тымдылығ ы су айдаумен салыстырғ анда жоғ ары болады.

Ыстық су қ ұ быр бойымен қ озғ алғ анда немесе қ абатта қ озғ алғ анда оның температурасы тө мендей бастайды. Ал будың қ озғ алысында температураның тө мендеуі болмайды, себебі бу кү йінде жылу сыртқ а кетпейді жә не оның қ ұ рғ ақ тығ ы сақ талады. Жылумен ә сер ету процесі қ ұ быр желісінде, ұ ң ғ ымада жә не қ абатты жылыту нә тижесінде жылудың жоғ алуы мен байланысты. Бу генераторларын қ олданудың пайдалы ә сер коэффициенті (ПӘ К) шамамен 80%-ғ а тең болады. Ә рбір 100 м қ ұ бырда беттік жылу ө ткізгіштікте жылу жоғ алту шамамен 0, 35 пен 3, 5 млн.кДж/тә улік аралығ ында бағ аланады. Бұ л дегеніміз салыстырмалы тү рде қ азіргі уақ ыттағ ы бу генераторларының жылу бө лгіштігінің аз бө лігі ғ ана, ол дегеніміз 250÷ 650 млн. кДж/тә улік тең.

Сорапты компрессорлық қ ұ бырдың ә рбір 100 м ұ зындығ ына шақ қ анда ұ ң ғ ымадағ ы жылу шығ ыны шамамен 1, 7 млн.кДж/тә улік болады. Жылу шығ ынын азайту ү шін сақ иналы кең істікті газбен толтырады (газдың жылу ө ткізгіштігі сумен салыстырғ анда тө мен болады). Есептеулер кө рсеткендей, жылу шығ ынын азайту ү шін қ олданылғ ан іс-шаралардың нә тижесінде ұ ң ғ ымағ а ыстық су айдауда ә рбір 100 метр қ ұ бырғ а шақ қ анда, жалпы жылу шығ ынын 2÷ 3% -ғ а дейін тө мендетуге болады, ал бу айдауда 3÷ 5 %-ғ а дейін тө мендетуге болады. Жылумен ә сер етуде қ абаттың жату терең дігі ұ ң ғ ыма бағ анындағ ы жылудың жоғ алуын шектейді, ең жоғ арғ ы қ арқ ындылық пен жылу тасығ ыштар айдау кезінде су ү шін 1000÷ 1200 м, ал бу ү шін 700÷ 1000 м.

Айдау қ арқ ындылығ ын жоғ арылату нә тижесінде қ абатқ а айдалатын жалпы жылу кө лемінің белгілі мө лшерінің жоғ алуы азаяды. Қ абатқ а жылумен ә сер етудің тиімділігі қ абат жылуының жалпы кө лемінің Q_п, енгізілген жалпы жылу кө леміне Q_в қ атынасымен анық талады. Бұ л қ атынас жылуды қ олдану коэффициенті деп аталады. Қ абаттың табаны мен жабынындағ ы жылудың жоғ алуы жылумен қ амтитын су айдау мен қ абат ауданының кө беюі нә тижесінде ұ лғ аяды.

Қ абат қ алың дығ ы аз болса, онда қ абат табанымен жабынына кететін жылу шығ ыны артады, ал жылуды қ олдану коэффициенті азаяды. Жылу шығ ынының жоғ алуын бағ алау кө рсеткендей белгілі бір уақ ыт ө ткеннен кейін шығ ын - енгізілген жылу кө леміне тең болады жә не жылуды қ олдану коэффициенті нольге айналады (5.9-сурет).

Нақ ты жылу шығ ынының жоғ алуын бағ алау кө рсеткендей, χ =0, 003 м²/сағ, қ алың дығ ы h =5м қ абатқ а жылу айдағ анда 86, 8 тә уліктен кейін жылу шығ ыны 42%-ғ а тең болады. Айтылып отырғ ан интегралдық шығ ындар қ абат бойынша жылу тасу кезінде ешқ андай (радиальдық жә не сызық тық) геометрияғ а тә уелді емес. Сол сияқ ты қ абатқ а жылу тасығ ыштарды енгізу ең жоғ арғ ы мә нге ие болуы керек, соның нә тижесінде жылуды қ олдану коэффициенті артады.

Қ абатта жылудың берілуі конвективті (ыстық су мен будың ағ ыны арқ ылы) жә не диффузиялы (тұ тқ ыр ортаның жылу ө ткізгіштігі есебінен) ә дістері арқ ылы жү зеге асады. Қ орытындысында қ абатта жылу тасығ ыштың бағ ыты бойынша температуралық шеп тү зіледі.

6.9-сурет. Жылуды қ олдану коэффициентінің ө лшемсіз уақ ытқ а тә уелділігі (Рубейнштейн бойынша):

- қ оршағ ан жыныстың температура ө ткізгіштік коэффициенті, м²/сағ ат; t - жылу тасығ ыштарды айдау уақ ыты, сағ ат; h – қ абат қ алың дығ ы, метр.

Бірақ та, қ абатта жылу тасымалдағ ыштың қ озғ алысы (жылу шебінің қ озғ алысы жә не массалық ауысу) жылу тасығ ыштың сү зілуі болатын қ абаттың ө зін ғ ана емес, сонымен қ атар қ оршағ ан ортаны қ ыздыруғ а кететін жылу шығ ыны есебінен ә ртү рлі жылдамдық пен ө теді.

Қ абатқ а ыстық су айдау кезінде екі аймақ пайда болады: температура тө мендейтін жә не бастапқ ы қ абаттық температурада қ алғ ан жылу ә серімен қ амтылмағ ан аймақ.

Қ абатқ а бу айдау кезінде ү ш аймақ пайда болады: 1) температурасы осы аймақ тың қ ысымына тә уелді болатын, буғ а қ анық қ ан, температурасы шамамен бірдей болатын аймақ; 2) буғ а қ анық қ ан температурағ а байланысты қ абат температурасына дейін тө мендейтін ыстық конденсат аймағ ы; 3) қ абат температурасы жылу ә серімен қ амтылмағ ан аймақ.

Қ абатты жә не қ оршағ ан ортаны қ ыздыруғ а кететін жылу шығ ынының кө лемі қ абат қ алың дығ ы аз болғ ан сайын арта тү седі.

Аталып ө ткен ә рбір факторлардың орны қ абаттың температуралық жағ дайына жә не мұ найдың физика-химиялық қ асиетіне (тығ ыздық, тұ тқ ырлық, жең іл компоненттердің санына жә не т.б.) байланысты болады.

Осыдан бө лек практика жү зінде ыстық су айдағ анда су айдау ұ ң ғ ыма-ларының тұ тымдылығ ының жоғ арылауы жә не тұ рақ ты болуы байқ алғ ан. Бірақ та, бу айдау кезінде тұ тқ ыр ортаның саз балшық ты компоненттеріне конденсатпен ә сер ету нә тижесінде саз балшық тың ісінуі байқ алып, тұ тымдылық тың тө мендеуі байқ алғ ан.

Бақ ылау сұ рақ тары:

1. Жылумен ә сер ету қ андай кен орындарында қ олданғ ан тиімді?

2. Қ абатқ а жылумен ә сер етудің негізгі ә дістері қ андай?

3. Нақ ты жылу шығ ынының жоғ алуын қ алай бағ алауғ а болады?