Кіріспе

Көмірсутектердің жер астындағы шоғырлануы

Мұнай қоры немесе мұнай және газ қоры – кеуекті немесе жарықтанған тау жыныстарынан тұратын жер астындағы көмірсутектердің жинақталған түрі. Мұндай қоймалар Жер қыртысындағы жоғары температура мен қысымның әсерінен керогеннің (көне өсімдік материалдарының) айналасындағы тау жыныстарында пайда болады. Қоймалар негізінен дәстүрлі және дәстүрлі емес деп жіктеледі. Дәстүрлі қоймаларда шикі мұнай (мұнай) немесе табиғи газ сияқты табиғи көмірсутектер төмен өткізгіштігі бар үстіңгі тау жыныстарымен тұйықталған, ал дәстүрлі емес қоймаларда тау жыныстары жоғары кеуектілікке және төмен өткізгіштікке ие, бұл көмірсутектерді орнында ұстап тұрады, сондықтан қақпақ тас қажет болмайды. Қоймалар көмірсутектерді іздеу әдістері арқылы табылады.

Мұнай кен орны

Мұнай кені – жер астындағы бірнеше (бірімен-бірі байланысы бар) резервуарларда жинақталған сұйық мұнайдың аймағы, ол өткізбейтін тау жыныстарына дейін көтерілгенде тұмсықталған. Өнеркәсіптік тұрғыдан алғанда, мұнай кені коммерциялық қызығушылыққа лайық экономикалық пайданы білдіреді. Мұнай кендері жүздерше шақырымға дейін созылуы мүмкін, яғни мұнай өндіру жұмыстары ауқымды болып, кең аумаққа таралуы мүмкін. Өндіріс жабдықтарынан өзге, жаңа резервуар аймақтарын табу үшін іздеу ұңғымалары, мұнайды басқа жерге тасымалдау үшін құбырлар және қолдау көрсету құрылғылары болуы мүмкін. Мұнай кендері жер асты тау жыныстарының геологиялық құрылымына қарай кез келген жерде кездесуі мүмкін, сондықтан кейбір кендер өркениеттен шалқары, тіпті теңізде де орналасуы мүмкін. Мұнай кенінде операция жүргізу – логистикалық тұрғыдан күрделі тапсырма, себебі ол мұнайды өндіру және тасымалдаумен байланысты жабдықтарды, сондай-ақ жолдар мен жұмысшыларға арналған тұрғын үйлер сияқты инфрақұрылымды қамтиды. Бұл инфрақұрылым мұнай кенінің қызмет ету мерзімін ескере отырып жобалануы керек, өйткені өндіріс ондаған жылдарға созылуы мүмкін. Hill International, Bechtel, Esso, Weatherford International, Schlumberger Limited, Baker Hughes және Halliburton сияқты бірнеше компания мұнай кендерін пайдалануды қолдау үшін инфрақұрылымды кең көлемде салуға маманданған ұйымдарға ие. "Мұнай кені" термині кейде бүкіл мұнай өнеркәсібін қысқаша атау үшін қолданылады. Дегенмен, мұнай өнеркәсібін үш секторға бөлу дұрыс: бастапқы (ұңғымалардан шикі мұнай өндіру және мұнайдан суды бөлу), ортаңғы (құбырлар мен танкерлер арқылы шикі мұнай тасымалдау) және соңғы (шикі мұнайды өнімге айналдыру, тазартылған өнімдерді сату және мұнай станцияларына жеткізу). Жер бетінде және теңізде 65 000-нан астам мұнай кені шашыраңқы орналасқан. Ең ірілері – Сауд Арабиясындағы Гавар және Кувейттегі Бурган кендері, олардың әрқайсысында шамамен 66-104 миллиард баррель (9,5×109 м3) мұнай қоры бар екені естілетін. Қазіргі заманда дәлелденген мұнай қоры бар мұнай кендерінің орналасуы көптеген геосаяси шиеленістердің түпкі себебі болып табылады.

Газ кен орны

Табиғи газ керогенді мұнайға айналдыратын геологиялық термиялық крекинг процесі арқылы пайда болады. Сондықтан, мұнай мен табиғи газ көбінесе бірге кездеседі. Әдетте, мұнайға бай кен орындары мұнай кен орындары, ал табиғи газға бай кен орындары табиғи газ кен орындары деп аталады. Жалпы алғанда, 1000 м-ден 6000 м тереңдікте (60 °C-ден 150 °C-қа дейінгі температурада) көмілген органикалық шөгінділер мұнайды, ал одан да терең және жоғары температурада көмілгендер табиғи газды жасайды. Көздің тереңдігі артқан сайын газ "құрғақ" болады (яғни, газдағы конденсаттың үлесі азаяды). Мұнай мен табиғи газ судан жеңіл болғандықтан, олар пайда болған жерінен жоғары көтеріліп, жер бетіне шығып немесе өткізбейтін стратиграфиялық тұзаққа түседі. Оларды бұрғылау арқылы тұзақтан алуға болады. Ең ірі табиғи газ кен орны – Оңтүстік Парс/Асалуйе газ кен орны, ол Иран мен Катар арасында орналасқан. Екінші ірі табиғи газ кен орны – Уренгой газ кен орны, ал үшіншісі – Ямбург газ кен орны, екеуі де Ресейде. Мұнай сияқты, табиғи газ да теңіз астында кездеседі, мысалы Солтүстік теңізде, Ирландия жағалауындағы Корриб газ кен орнында және Сейбл аралының жанында. Теңіздегі табиғи газды өндіру және тасымалдау технологиясы құрлықтағы кен орындарынан өзгеше. Су үстінде жұмыс істеудің жоғары құны мен логистикалық қиындықтарына байланысты, көбінесе бірнеше өте үлкен теңіз бұрғылау платформалары қолданылады. XXI ғасырдың басында газ бағасының өсуі бұрғылаушыларды бұрын экономикалық тұрғыдан тиімсіз деп есептелген кен орындарын қайта қарастыруға итермеледі. Мысалы, 2008 жылы McMoran Exploration Мексика шығанағындағы Блэкбирд алаңында 32 000 футтан (9754 м) астам тереңдікке бұрғылап (газ өндірісі тарихындағы ең терең сынақ ұңғымасы) жетті. Exxon Mobil бұрғылау платформасы 2006 жылы газ таппай 30 000 футқа жеткен соң, ол жерді тастап кетті.

Тұзақтар

Тұзақ пайда болады, егер көмірсутектердің жоғары қарай жылжуын қамтамасыз ететін итеру күштері өткізгіш тау жыныстары арқылы тығыздағыш ортаның капиллярлық күштерін жеңе алмаса. Тұзақтың пайда болу уақыты мұнайдың түзілу және жылжу уақытына қатысты, бұл резервуардың қалыптасуын қамтамасыз ету үшін маңызды. Мұнай геологтары тұзақтарды геологиялық ерекшеліктеріне сүйене отырып үш негізгі категорияға бөледі: құрылымдық тұзақ, стратиграфиялық тұзақ және одан әлдеқайда сирек кездесетін гидродинамикалық тұзақ. Көптеген мұнай кендері үшін тұтқыр механизмдер бірнеше категорияның белгілеріне ие болып, комбинациялық тұзақ деп аталады. Тұзақтар құрылымдық тұзақтар (қатпарлар мен жарылымдар сияқты деформацияланған қабаттарда) немесе стратиграфиялық тұзақтар (тау жыныстарының түрлері өзгеретін жерлерде, мысалы, қабаттардың үзілуі, тау жынысының аяқталуы және рифтер) ретінде сипатталады.

Құрылымдық тұзақтар

Құрылымдық тұзақтар жер асты құрылымының қабаттану, жарылу сияқты процестер нәтижесінде өзгеруінен пайда болады, осының салдарынан күмбездер, антиклиналдар және жиырылыстар қалыптасады. Осы типтегі тұзақтардың мысалдары: антиклинолды тұзақ, жарылымдық тұзақ және тұз күмбезі тұзағы. Олар стратиграфиялық тұзақтарға қарағанда анықтау оңай және перспективалырақ, әлемдегі мұнай қорының басым бөлігі құрылымдық тұзақтарда табылады.

Стратиграфиялық тұзақтар

Стратиграфиялық тұзақтар резервуарлық тау жыныстарының қалыңдығы, құрылымы, кеуектілігі немесе литологиялық құрамының көлденең және тік бағыттағы өзгерістері нәтижесінде пайда болады. Осы типтегі тұзақтардың мысалдары – қабатшалық үзіліс тұзағы, линза тәрізді тұзақ және риф тұзағы.

Гидродинамикалық тұзақтар

Гидродинамикалық тұзақтар – тұзақтардың сирек кездесетін түрі. Олар су ағынымен байланысты су қысымының айырмашылығынан туындайды, бұл көмірсутек пен су арасындағы жапсарған беттің бұрылуына әкеледі.

Тұмсық / қақпақ тас

Тұйық (сонымен қатар, басқыш тасты деп те аталады) - көмірсутектердің одан әрі жоғары қарай жылжуына кедергі келтіретін тұзақтың маңызды бөлігі. Капилярлық тұйықтама, егер капиллярлық қысым тесіктердегі көшуші көмірсутектердің серпімді қысымынан жоғары немесе тең болса, қалыптасады. Олар өздерінің тұтастығы бұзылғанша сұйықтықтардың олар арқылы жылжуына жол бермейді, бұл олардың ағып кетуіне себеп болады. Капиллярлық тұйықтаманың екі түрі бар, олардың жіктелуі ағып кетудің басым механизмдеріне негізделген: гидравликалық тұйықтама және мембраналық тұйықтама. Мембраналық тұйықтама тұйықтамадағы қысым айырмасы шекті ығысу қысымын басып кеткен кезде ағып кетеді, бұл сұйықтықтардың тұйықтаманың тесік кеңістіктері арқылы жылжуына мүмкіндік береді. Ол қысым айырмасын ығысу қысымынан төмендету үшін жеткілікті мөлшерде ағып кетеді және қайта жабылады. Гидравликалық тұйықтама, ығысу қысымы кернеулік сынықтарды тудыру үшін қажетті қысымнан әлдеқайда жоғары болатын тау жыныстарында пайда болады – мысалы, тұзды жыныстарда немесе өте тығыз тақталы тастарда. Тау жынысы, кеуекті қысым оның ең төменгі кернеуінен және кернеуге төзімділігінен жоғары болғанда сынықтар пайда етеді, ал қысым төмендегенде және сынықтар жабылып қалғанда қайта жабылады.

Дәстүрлі емес су қоймалары

Кәдімгі емес (мұнай және газ) резервуарлар – мұнай мен газ фазаларының тау жынысы құрамымен тығыз байланысып, күшті капиллярлық күштермен ұсталып тұратын және бағалау мен өндіру үшін арнайы шаралар қажеттілігін тудыратын жинақылар. Кәдімгі емес резервуарлар дәстүрлі резервуарлардан мүлдем өзгеше жаратылады, ең басты айырмашылығы – оларда "ұстағыштар" болмайды. Мұндай резервуарлардағы мұнай мен газ жиналуына итеруші күш ретінде иілім күші қатыспауы мүмкін болғандықтан, олар ерекше тәсілмен қозғалуы мүмкін. Бұл, мұнайдың төбе тас астына жиналуына қарағанда, бастапқы жыныстың өзінде пайда болатынын айтумен тең. Мұнай құмдары – кәдімгі емес мұнай резервуарының мысалы. Кәдімгі емес резервуарлар және олармен байланысты кәдімгі емес мұнай мұнай өндіру және тазарту техникаларының кең спектрін, сондай-ақ көптеген түрлі көздерді қамтиды. Мұнай бастапқы жыныста орналасқандықтан, кәдімгі емес резервуарларды өндіруші ұйым бұрғылау мен сорғылау емес, кен өндіру операциясы ретінде жұмыс істеуге мәжбүр. Бұл өз кезегінде, мұнайды толық және таза өндіруге байланысты жоғары өндіріс шығындарымен байланысты, бұл резервуарды игеруге мүдделі компания үшін ескерілетін фактор. Сонымен қатар, тазалау шығындарын арттыратын қалдықтар да қалады. Осы кемшіліктерге қарамастан, әлемде дәстүрлі резервуарлардың азаюына байланысты кәдімгі емес мұнайды өндіру қарқыны артып келеді.

Резервтерді бағалау

Мұнай қоры табылганнан кейін мұнай инженері жинақталудың толыққанды картинасын құруға тырысады. Біркелкі резервуардың оқулық мысалында, тұзақтың мүмкін көлемін анықтау үшін сейсмикалық барлау жүргізу – бірінші қадам болып табылады. Бағалау ұңғымалары мұнай-су шекарасын және оның биіктігін, сондай-ақ мұнайға толы құмдардың қалыңдығын анықтау үшін қолданылады. Сейсмикалық мәліметтермен бірге қолданылғанда, мұнайға толы резервуардың көлемін бағалау мүмкін. Келесі қадам – бағалау ұңғымаларынан алынған мәліметтерді пайдаланып, тау жынысының кеуектілігін бағалау. Мұнай кен орнының кеуектілігі, яғни қатты тау жынысынан гөрі сұйықтықтарды қамтитын жалпы көлемнің пайыздық көрсеткіші – 20–35% немесе одан да аз болуы мүмкін. Бұл нақты сыйымдылық туралы ақпарат береді. Зертханалық сынақтар резервуар сұйықтықтарының қасиеттерін, әсіресе мұнайдың кеңею коэффициентін – яғни мұнайдың резервуардың жоғары қысымы мен температурасынан жер бетіндегі «қойма резервуарына» көшірілген кезде қаншалықты кеңейетінін анықтайды. Осы мәліметтердің негізінде резервуарда қанша «қойма резервуары» бар мұнай бар екенін бағалауға болады. Мұндай мұнай бастапқы орналасқан қойма мұнайы деп аталады. Тау жынысының өткізгіштігін (сұйықтықтар тау жынысы арқылы қаншалықты оңай ағып өтеді) және ықтимал серпімді механизмдер сияқты факторларды зерттеу нәтижесінде, қалпына келтіру коэффициентін – яғни орнындағы мұнайдың қандай бөлігін өндіруге болады екенін бағалауға болады. Қалпына келтіру коэффициенті әдетте 30–35% құрайды, бұл қалпына келтірілетін ресурстардың мөлшерін көрсетеді. Қиындық сол, резервуарлар біркелкі болмайды. Олардың кеуектілігі мен өткізгіштігі өзгеріп отырады және жарықтар мен тектоникалық жарылымдармен бөлінген болуы мүмкін, бұл оларды бұзып, сұйықтық ағынын қиындатады. Осы себепті экономикалық тұрғыдан тиімді резервуарларды компьютерлік модельдеу жиі жүргізіледі. Геологтар, геофизиктер және резервуар инженерлері резервуардағы сұйықтықтар ағынын модельдеуге мүмкіндік беретін модельді құру үшін бірлесіп жұмыс істейді, бұл қалпына келтірілетін ресурстарды жақсартуға көмектеседі. Қорлар – бұл анықталған және мақұлданған жобалар арқылы өндірілетін қалпына келтірілетін ресурстардың бір бөлігі ғана. Қорларды бағалау компанияның немесе активтердің құнына тікелей әсер ететіндіктен, әдетте қатаң ережелер мен нұсқауларға сәйкес жүргізіледі.

Өндіріс

Мұнай қоймасының құрамын алу үшін, әдетте Жер қыртысына бұрғылау қажет, бірақ әлемнің кейбір аймақтарында, мысалы Калифорниядағы Ла Бреа шайыртақы шұңқырларында және Тринидадтағы көптеген сіңінділерде жер бетінде мұнай шығуы байқалады. Қоймадағы қалпына келтірілетін көмірсутектердің мөлшеріне әсер ететін факторларға қоймадағы сұйықтықтардың таралуы, бастапқыдағы сұйықтықтардың көлемі, қойма қысымы, сұйықтықтар мен тау жыныстарының қасиеттері, қойма геометриясы, ұңғыма типі, ұңғымалардың саны, ұңғымалардың орналасуы, дамыту концепциясы және жұмыс жүргізу саясаты жатады. Қазіргі заманғы өндіріс мұнайды өндіруді арттыру үшін жылулық, газ инъекциялау және химиялық әдістерді қамтиды.

Қозғалтқыш механизмдер

Жаңа ашылған кен орнында көмірсутектерді жер бетіне шығаруға жеткілікті қысым болуы мүмкін. Өндіріс кезінде қысым көбінесе төмендейді, соның салдарынан өнімділік азаяды. Кен орны сұйықтықтардың алынуына қысымды сақтап тұруға бағытталған түрде жауап беруі мүмкін. Мүмкін, жасанды күш салу әдістері қажет болады.

Ерітінді-газ қозғалтқышы

Бұл механизм (кейде демитациялық жетек деп те аталады) мұнайдың ерітілген газына байланысты. Жаңадан ашылған кен орны толығымен жартылай сұйық болуы мүмкін, бірақ қысымға байланысты ерітіндіде газ тәрізді көмірсутектердің болуы күтіледі. Кен орнының қысымы төмендегенде, ол көпіршік нүктесінің төменіне жетеді, сонда газ ерітіндіден шығып, жоғары жағында газ қабатын құрайды. Бұл газ қабаты төмендегі сұйықтықты қысып, қысымды сақтауға көмектеседі. Бұл жағдай табиғи газ мұнайдың астындағы қабатта орналасқанда туындайды. Ұңғыма бұрғыланғанда, жоғарыдағы қысымның төмендеуі мұнайдың кеңеюіне себеп болады. Қысым төмендегенде көпіршік нүктесіне жетеді, содан кейін газ көпіршіктері мұнайды жер бетіне итеріп шығарады. Көпіршіктердегі қанығу деңгейі жеткенде, олар бірігіп, бір газ фазасы ретінде ағып өтеді. Осы шектен кейін және осы қысымнан төмен газ фазасы мұнайға қарағанда төмен тұтқырлығы болғандықтан тез ағып шығады. Көбірек еркін газ пайда болады, соңында энергия көзі сарқылады. Кейбір жағдайларда, геологиялық құрылымға байланысты, газ мұнайдың үстіне жылжып, екінші газ қабатын құрауы мүмкін. Энергияның бір бөлігі су, судағы газ немесе қысылған тау жыныстары арқылы да берілуі мүмкін. Бұл көмірсутектердің кеңеюіне қатысты көбінесе шағын үлес болып табылады. Өндіріс деңгейін дұрыс басқару арқылы ерітілген газ жетегінен үлкен пайда алуға болады. Екіншілік өндіріс резервуардағы қысымды сақтау үшін газ немесе су инъекциялауды қамтиды. Газ/мұнай қатынасы және мұнай өндіріс деңгейі резервуардағы қысым көпіршік нүктесінен төмен түсіп, газтың қанығу деңгейіне жеткенге дейін тұрақты болады. Газ аяқталғанда, газ/мұнай қатынасы және мұнай деңгейі төмендейді, резервуардағы қысым төмендейді және резервуар энергиясы сарқылады.

Газ қақпағының қозғалтқышы

Газ қақпағы бар резервуарларда (бастапқы қысым бұрқақшадан төмен болғанда), газ қақпағы резервуардың азайуымен кеңейеді, сұйық бөліктерге қосымша қысым түсіреді. Бұл резервуарда ерітілгеннен артық газ болса ғана болады. Газ көбінесе құрылымның ең жоғары бөлігіне қарай жылжиды. Ол мұнай қорының үстіне жиналады, мұнай өндірілгенде қақпақ мұнайды сығып шығаруға көмектеседі. Уақыт өте газ қақпағы төмен жылжып, мұнайға араласады, содан кейін ұңғыма көбірек газ шығара бастайды, тіпті тек газ ғана шығаруға дейін жетеді. Газ қақпағын тиімді басқару маңызды, яғни мұнай ұңғымаларын газ қақпағы оларға жеткенше ең көп мөлшерде мұнай өндірілгендей орналастыру керек. Сонымен қатар, жоғары өндіріс деңгейі газдың өндіріс аймағына төмен қарай жылжуына себеп болуы мүмкін. Мұндай жағдайда резервуар қысымының төмендеуі ерітінділік газбен қозғалту механизміндегідей тік болмайды. Мұнай өндірісінің төмендеуі де соғұрлым күрт болмайды, бірақ газ қақпағына қатысты ұңғыманың орналасуына байланысты өзгереді. Басқа қозғалту механизмдері сияқты, резервуар қысымын сақтау үшін су немесе газ енгізілуі мүмкін. Газ қақпағы сумен бірге келгенде, мұнайды қалпына келтіру механизмі өте тиімді болуы мүмкін.

Сутекті жерлерді (суды) басқару

Көмірсутектердің астында су (әдетте тұзды) болуы мүмкін. Су, барлық сұйықтықтар сияқты, аздап сығымдалады. Көмірсутектер азайғанда, қоймадағы қысымның төмендеуі судың сәл кеңейуіне мүмкіндік береді. Бұл бірлік кеңейуі шағын болғанымен, егер сулы қабат жеткілікті үлкен болса, бұл көлемінің айтарлықтай өсуіне әкеледі, ол қысымды сақтап, көмірсутектерді жоғары итеріп тұрады. Сумен қозғалмалы қоймада, қоймадағы қысымның төмендеуі өте аз болады; кейбір жағдайларда қоймадағы қысым өзгермей де қалуы мүмкін. Газ/мұнай арақатынасы да тұрақты болады. Мұнай өндірісі құдыққа су жеткенше салыстырмалы түрде тұрақты болады. Уақыт өте келе, судың үлесі артады, және құдық суға толады. Су сулы қабатта болуы мүмкін (бірақ жер беті суларымен толықтырылатыны сирек кездеседі). Бұл су, өндіріс жылдамдығы сулы қабаттың жаңару қарқынына тең болған жағдайда, құдықтан алынып жатқан мұнай мен газдың көлемін бірте-бірте ауыстырады. Яғни, сулы қабатқа табиғи су ағынымен толықтыру жүзеге асырылуда. Егер су мұнаймен бірге өндіріле бастаса, су көтеру және тастау шығындарының артуына байланысты өндіру экономикалық тұрғыдан тиімсіз болуы мүмкін.

Су мен газды инъекциялау

Егер табиғи күштер жеткіліксіз болса, көбінесе солай болады, онда қысымды артезиялық суға су немесе газ қабатына газ енгізу арқылы жасанды түрде сақтауға болады.

Гравитациялық дренаж

Жердің тартылыс күші мұнайды газдың төменіне, ал судың үстіне жылжытады. Егер тік бойымен өтімділік болса, онда игеру көрсеткіштері тіпті жақсы болуы мүмкін.

Газ және газ конденсаты резервуарлары

Бұл жағдайлар резервуар жағдайлары көмірсутектердің газ күйінде болуына мүмкіндік бергенде пайда болады. Оларды алу газдың кеңеюімен байланысты. Су қозғалтқышы жоқ жабық резервуардан (яғни, судың қысымымен өндірілмейтін) өндіріс өте жақсы, әсіресе егер ұңғыманың төменгі бөлігіндегі қысым ең төменгі деңгейге дейін төмендетілсе (әдетте ұңғыма басындағы компрессорлар арқылы жасалады). Өндірілген кез келген сұйықтық ақшыл немесе түссіз болады, ал оның тығыздығы 45 API-ден жоғары болады. Газ айналымы – құрғақ газды инъекциялау және конденсатпен бірге өндіру процесі.