Időszakos segédgázos kutak beáramlási viszonyai Szakdolgozat

Átírás

1 Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Olaj- és Gázmérnöki Intézeti Tanszék Időszakos segédgázos kutak beáramlási viszonyai Szakdolgozat Készítette: Mezei Luca Olaj- és Gázmérnöki Szakirány Ipari konzulens: Gyukics Mihály MOL Nyrt, Szolnok Tanszéki konzulens: Dr. Turzó Zoltán intézetigazgató, egy. docens Miskolc, 2013

2 MISKOLCI EGYETEM Műszaki Földtudományi Kar KŐOLAJ ÉS FÖLDGÁZ INTÉZET UNIVERSITY OF MISKOLC Faculty of Earth Science & Engineering PETROLEUM AND NATURAL GAS INSTITUTE : H-3515 Miskolc-Egyetemváros, Hungary : (36) (46) FAX: (36) (46) turzoz@kfgi.uni-miskolc.hu Szakdolgozat-feladat Mezei Luca Műszaki földtudományi alapszakos, olaj- és gázmérnök szakirányos BSc hallgató részére Időszakos segédgázos kutak beáramlási viszonyai Szakirodalom alapján foglalja össze az időszakos segédgázos kutak üzemeltetésével kapcsolatos ismereteket és a nemzetközi gyakorlatot! Gyűjtse össze az időszakos segédgázos kutak hozamegyenletének meghatározási lehetőségeit! Gyűjtse össze egy kijelölt mező kijelölt időszakos segédgázos kútjának adatait! Tegyen javaslatot a kijelölt kút hozamegyenletének a meghatározás módjára és határozza is meg a hozamegyenletet! Ipari konzulens: Gyukics Mihály, olajmérnök MOL Nyrt, Szolnok Tanszéki konzulens: Dr. Turzó Zoltán, egyetemi docens A szakdolgozat beadási határideje: november 25. Dr. Turzó Zoltán intézetigazgató, egy. docens Miskolc, július 5.

3 TARTALOMJEGYZÉK BEVEZETÉS OLAJKUTAK TERMELÉSI MÓDJAI Felszálló termelés Másodlagos termelési módok Segédgázos termelés Szivattyúzási eljárások Rudazatos mélyszivattyúk Rudazat nélküli mélyszivattyúk A SEGÉDGÁZOS TERMELÉSRŐL ÁLTALÁBAN A segédgázos termelés rövid története A segédgáz útja A segédgázos termelés előnyei, hátrányai Előnyök Hátrányok IDŐSZAKOS SEGÉDGÁZOS TERMELÉS RÉSZLETES LEÍRÁSA Kitermelés menete, fázisai, befolyásoló tényezők Termelést befolyásoló tényezők Folyadékdugó kitermelésének menete és fázisai Első fázis Folyadékdugó felgyülemlése Második fázis Folyadékdugó felemelése Harmadik fázis Utóáramlás Kútkiképzések Kamra nélküli kútszerkezetek Nyitott kútszerkezetek Félig-zárt kútszerkezetek Zárt kútszerkezetek Csőközön termelő kútszerkezetek Kamrás kútszerkezetek Packer-kamrás kútszerkezet i

4 Palack-kamrás kútszerkezet Több rétegből termelő kútszerkezetek Segédgázszelepek szerepe Felszíni szabályzás OLAJKUTAK HOZAMEGYENLETEI Egyfázisú áramlás Többfázisú áramlás Vogel hozamegyenlete Vogel egyenletének kiterjesztése Kombinált hozamegyenlet Fetkovich hozamegyenlete Wiggins hozamegyenlete VÁLASZTOTT KÚT HOZAMEGYENLETÉNEK MEGHATÁROZÁSA A kút és a mérések rövid bemutatása A hozamegyenlet kiválasztása Maximális hozam meghatározása a nyomásemelkedési görbe alapján Maximális hozam meghatározása ciklusidőnkénti nyomásgörbe alapján Az illesztés folyamata A kapott eredmények Maximális hozam meghatározása szeparátoros mérések alapján Visszacsorgás vizsgálata Felgyülemlett folyadékoszlop magasságának meghatározása Visszacsorgott mennyiség meghatározása Eredmények összefoglalása ÖSSZEFOGLALÁS SUMMARY IRODALOMJEGYZÉK ii

5 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS SZ. MELLÉKLET FOLYAMATOS SEGÉDGÁZAS TERMELÉS Alkalmazás, előnyök, hátrányok Az injektálás szabályozásának felszíni eszközei Fúvókás felszíni szabályozás Fúvókás-nyomásszabályozós felszíni szabályozás Egyéb szabályozási módszerek SZ. MELLÉKLET LEGGYAKRABBAN HASZNÁLT SZELEPTÍPUSOK Nyomással vezérelt segédgázszelepek Általános felépítés Injektáló nyomással vezérelt szelepek Termelési nyomással vezérelt szelepek Egyéb segédgázszelepek SZ. MELLÉKLET IDŐSZAKOS SEGÉDGÁZAS KUTAK FELSZÍNI SZABÁLYZÓI Fúvókás felszíni szabályozás Fúvókás-nyomásszabályozós felszíni szabályozás Ciklusszabályozós felszíni szabályozás Egyszerű ciklusszabályzó Ciklusszabályzós-fúvókás felszíni szabályozás Ciklusszabályzós-nyomásszabályzós felszíni szabályozás Csőköz nyomás szabályozás Egyéb szabályozási lehetőségek iii

6 Jelmagyarázat A b csőmembrán effektív felülete m 2 At termelőcső keresztmetszet m 2 A v szelepnyílás keresztmetszete m 2 B o olaj térfogati tényezője m 3 /m 3 B w víz térfogati tényezője m 3 /m 3 D turbulencia tényező s/m 3 d termelőcső belső átmérő m dh felgyülemlett folyadékoszlop magasságának változása m dp skin skin tényező miatti nyomásváltozás Pa dv felgyülemlett folyadéktérfogat változása m 3 FE áramlási hatékonyság - FF visszacsorgási tényező %/1000m g nehézségi gyorsulás m/s 2 h rétegvastagság m J termelékenységi tényező m 3 /bar.nap k permeabilitás m 2 L f felgyülemlési szakasz végi folyadékoszlop magassága m L g gázoszlop magassága m L perf perforáció tetejének a mélysége m L v szelep beépítési mélysége m M moláris tömeg kg/kmol p 1 csőköz nyomása a felszínen bar p 2 csőköz nyomása a számítási mélységben bar p avgli folyadék átlagnyomása bar p b buborékponti nyomás bar p d kamranyomás a szelep hőmérsékletén Pa p g gáz nyomása Pa p i injektálási nyomás Pa p ic záró injektálási nyomás a szelep beépítési mélységében Pa p io nyitó injektálási nyomás a szelep beépítési mélységében Pa p n normálnyomás Pa p p termelési nyomás (a szelep beépítési mélységében) Pa p pc záró termelési nyomás a szelep beépítési mélységében Pa p psc pszeudokritikus nyomás bar

7 p po nyitó termelési nyomás a szelep beépítési mélységében Pa p pr pszeudoredukált nyomás - p r rétegnyomás Pa p sp rugóerő hatása Pa p wf áramlási kúttalpnyomás Pa p wh kútfejnyomás Pa Q térfogatáram/hozam m 3 /nap Q b buborékponti hozam m 3 /nap Q max elméleti maximális hozam m 3 /nap R A v /A b, geometriai állandó - r e megcsapolás sugara m R s oldott gáztartalom m 3 /m 3 R t termelési gáz-olaj viszony m 3 /m 3 R univ univerzális gázállandó kg/kmol.k r w kút sugara m s skin tényező - T ciklusidő min t acum egy ciklus alatti felgyülemlési idő s T avg gáz átlaghőmérséklete K T avgli folyadék átlaghőmérséklete K T n olajipari normálhőmérséklet K T pc pszeudokritikus hőmérséklet K T pr pszeudoredukált hőmérséklet - T wf kúttalp hőmérséklet K w alsó indexben - víz - wc vízhányad % Z avg átlagos eltérési tényező - γ g gáz relatív sűrűsége - γ o olaj relatív sűrűsége - μ dinamikai viszkozitás Pas ρ l folyadék sűrűsége kg/m 3 ρ o olajsűrűség kg/m 3 ρ w vízsűrűség kg/m 3

8 Bevezetés február 9-ét tekintjük a magyar olajipar, a magyarországi olajtermelés kezdetének, mikor Papp Simon geológus irányítása mellett a Budafa-1 fúrás eredményre vezetett. Ennek már több mint 75 éve, s a magyar olajiparnak szembesülnie kell azzal, hogy a készletek egyre fogynak, újabb, eddig teljesen ismeretlen szénhidrogén tárolók megtalálására pedig igen kicsi esély mutatkozik. A folyamatos termelés hatására az egyes rétegek nyomása állandóan csökken, lehetetlenné téve a kutak felszálló termeltetését. E tendencia miatt szükséges más termelési eljárások használata és optimalizálása. Mindezek miatt egyre inkább szükségessé válik az addig felszálló kutak valamilyen más termelési módra való átállítása, mely lehetőségek közül az egyik a segédgázos termelés, melyet szakdolgozatom témájának választottam. Mivel egyre kiemeltebb fontosságúvá válik a segédgázos termelés, így a célom jelen szakdolgozattal, hogy az időszakos segédgázos termelést bemutassam, illetve egy választott kút hozamegyenletét különböző számítási módszereket, megközelítéseket alkalmazva meghatározzam. A fő bemutatás során a terjedelmi korlátok miatt nem térek ki részletesen a felszíni szabályzás eszközeire illetve a segédgázszelepekre, ezek ugyanis nem befolyásolják a beáramlást, részletes leírás a mellékletben olvasható róluk. 1

9 1. Olajkutak termelési módjai A segédgázos termelés részletesebb vizsgálata előtt feltétlenül szükséges néhány mondatban kitérni az olajkutak egyéb termeltetési módjaira is a téma teljesebb megismeréséhez és az egyes termelési módok közti összefüggések átlátásához. 1.1 Felszálló termelés Felszálló termelésnek azt a termelési módot nevezzük, amikor a rétegfluidum saját erejéből, egyéb felszíni beavatkozás nélkül áramlik be a termelőcsőbe, fel a felszínre, egészen a szeparátorig. Ha egy adott telep megfelelő nyomásviszonyokkal rendelkezik, akkor az abba lefúrt olajkutak életének legelső szakasza ez, ellenkező esetben már a kezdetektől szükség lehet például szivattyús termeltetésre. Elsősorban a nyomásviszonyok, a termelvény összetétele, az oldott gáztartalom és a vízhányad befolyásolják az időtartamot, amíg egy adott kút felszállva termeltethető. Felszálló termeltetéshez olyan nyomásviszonyok szükségesek, melyek során a kúttalpnyomás elegendően nagy ahhoz, hogy a termelvény eljusson a felszíni gyűjtőállomásokon található szeparátorig. Más szóval a kúttalpnyomásnak akkorának kell lenni, hogy a fluidum által megtett úton bekövetkező nyomásveszteségeket le tudja küzdeni. Amennyiben a fenti feltétel már nem teljesül, akkor szükséges az úgynevezett másodlagos vagy mechanikus termelési módokra való áttérés. Ez az eset bekövetkezhet egyrészt az áramlási kúttalpnyomás olyan mértékű lecsökkenése miatt - amit a kút addigi élete során kitermelt fluidum miatt lecsökkent rétegnyomás okoz -, hogy az már nem képes legyőzni a termelés során fellépő nyomásveszteségeket. Egy másik ok pontosan ennek ez esetnek a fordítottja lehet, mi szerint a kútban fellépő nyomásveszteségek olyannyira megnövekednek, hogy már a kúttalpnyomás nem elegendő a termelvény felszínre szállításához. Ennek oka lehet egyrészt a termelt fluidum sűrűségének jelentős növekedése (a csökkenő gáztermelés miatt), másrészt pedig különféle mechanikai problémák léphetnek fel, többek között kis termelőcső- és/vagy szállítóvezeték átmérő, túl nagy szeparátornyomás, stb. [3] 2

10 1.2 Másodlagos termelési módok A másodlagos vagy más néven mechanikus termelési módokra való áttérés akkor válik szükségessé, mikor egy adott kút felszálló termeltetése az előbbiekben részletezett okok miatt lehetetlenné válik. Ilyen esetekben még a készlet egy jó része kitermelhető. Léteznek természetesen más, köztes megoldások is, mikor egyes kutak még alkalmasak felszálló termeltetésre, mindössze a beindításokhoz szükséges segédgázt alkalmazni. A másodlagos termelési módok két nagy csoportba sorolhatók. Az egyik nagy csoport a segédgázos termelés, mely során komprimált gázt juttatnak a termelési béléscsőbe, onnan pedig a termelőcsőbe (előfordulhat ennek a fordítottja is, de mivel ez a leggyakoribb termelési irány, ezért a továbbiakban ezt vesszük alapesetnek), míg a másik csoportba a különféle szivattyúzási eljárások tartoznak, melyek lényege a folyadék nyomásának emelése a kútban Segédgázos termelés A segédgázos termelés még két kisebb kategóriára bontható fel, ezek egyike az ún. folyamatos segédgázos termelés, mely során a komprimált gázt folyamatosan, adott térfogatárammal juttatjuk a termelési béléscsőből a termelőcsőbe. A bejuttatott gáz csökkenti a beáramló fluidum sűrűségét, ezzel a termelőcsőben a nyomásgradienst, tehát kisebb kúttalpnyomás jön létre, hogy a termelvény be tudjon áramlani a termelőcsőbe és eljusson a felszíni gyűjtőállomásig. Ez a módszer tekinthető a felszálló termelés után közvetlenül következő termeltetési szakasznak. A folyamatos segédgázos termelés után logikusan következő fázis az időszakos segédgázos termelés, mely során ugyan szintén segédgázt használunk, ám e termeltetési módszer teljesen más fizikai alapokon nyugszik, mint a folyamatos válfaja. A folyamatos segédgázos termelésről akkor szükséges az átállás az időszakosra, mikor már a folyamatos gázbeinjektálás nem gazdaságos. A ciklikus termeltetés esetén a segédgáz beadagolása időszakosan történik, amikor már megfelelő magasságú fluidum oszlop gyülemlett fel a termelőcsőben. Ebben az esetben tehát a megfelelő mennyiségű segédgáz megfelelő sebességgel való termelőcsőbe juttatása biztosítja a szükséges energiát a folyadékoszlop felszínre jutásához. [3] Mivel jelen szakdolgozat témája első sorban az időszakos segédgázos termelés, ezért a témát nagyobb részletességgel későbbi fejezetekben kívánom ismertetni. A folyamatos segédgázos termelésről hosszabb leírás az 1. sz. mellékletben olvasható. 3

11 1.2.2 Szivattyúzási eljárások A szivattyúzási eljárások alapja szintén a nyomásveszteségek csökkentése, mely célból különböző fajta szivattyúkat helyeznek el termelőkutakban. Különféle szempontok alapján osztályozhatjuk a szivattyúzási eljárásokat, de a legelterjedtebb és legelfogadottabb osztályozás jelenleg a szivattyú meghajtásának módja szerint megkülönböztet rudazatos és rudazat nélküli szivattyúzási eljárásokat Rudazatos mélyszivattyúk A rudazatos mélyszivattyú berendezések elnevezése igen találó, hiszen a szivattyú működtetéséhez szükséges energia átadása egy hosszú, több részből álló rudazaton keresztül történik. Ezen eljárások között a legrégebben alkalmazott és egyben leggyakrabban használt eszköz az ún. himbás rudazatos mélyszivattyú, mely egy dugattyús szivattyú, mely hajtómotorja a felszínen található, s a tengely forgó mozgását alakítjuk át függőleges lengőmozgássá, melyet a rudazat közvetít a mélyszivattyúhoz. E mellett a nagyobb szállítókapacitás elérése céljából kifejlesztésre került az ún. hosszúlöketű mélyszivattyú berendezés is. Mivel e szivattyúzási módszer tulajdonképpen a himbás rudazatos mélyszivattyús eljárás továbbfejlesztése, így nem meglepő, hogy az alkalmazott szivattyútípus megegyezik a himbás szivattyúéval, de teljesen új felszíni hajtás-típusok bevezetése vált szükségessé, melyek három fő típusa a pneumatikus-, hidraulikus- és mechanikus hajtás. [3] Rudazat nélküli mélyszivattyúk A rudazat nélküli mélyszivattyú berendezés esetében főleg hidraulikus és villamos hajtást használnak. Az alkalmazott szivattyútípusok többek között lehetnek: hidraulikus-, centrifugál- vagy dugattyús szivattyúk. E típusú berendezések használata egyes esetekben előnyösebb, mint a rudazatos fajtáé, mivel a rudazatos mélyszivattyúzásra általánosan jellemző a változó folyadékterhelés okozta rudazatnyúlás, illetve a mélységgel egyre növekvő lökethossz veszteség. [2] A rudazatos szivattyúkkal szemben a rudazat nélküli berendezéseknek nem csak a szivattyú része helyezkedik el a kúttalpon, hanem legtöbb esetben a hajtómotorja is, így folyadékszállító képességük kevésbé függ a mélységtől, sőt mivel nincs a termelőcső falának súrlódó rudazat, így ferde kutakban is előnyösebben alkalmazhatók. [3] 4

12 2. A segédgázos termelésről általában Az előzőekben bemutatott három fő termeltetési mód közül jelen szakdolgozatban a segédgázos termelésre kívánom helyezni a hangsúlyt, mivel az egyre merülő telepek termeltetéséhez szükséges energia pótlására kiválóan alkalmas a már kitermelt, nagyobb szénatomszámú szénhidrogénektől megtisztított, majd komprimált gáz, mely teljes egészében visszajön a felszínre, együtt a telepből kiáramló fluidumokkal. Amikor egy olajkút életében eléri azt a szakaszt, mikor olyannyira lecsökkent az áramlási kúttalpnyomás vagy annyira megnövekednek a termelőcsőben a nyomásveszteségek, hogy már felszállva nem termeltethető, akkor amennyiben rendelkezésre áll megfelelő mennyiségű földgáz logikus lépés a kút folyamatos segédgázos termelésűvé alakítása, amit később, a hatékonyság csökkenésével a további segédgázos termelési módok követnek. 1. ábra Segédgázzal termelő kút szerző saját készítése 2.1 A segédgázos termelés rövid története Már a 18. században is szükség volt olyan módszerre, amely nagy mennyiségű víz kiemelését tette lehetővé a bányaaknákból. A probléma megoldására végül levegőt kezdtek el használni. Az olaj kitermelésének elősegítéséhez először 1864-ben, az Egyesült Államokban található pennsylvaniai olajkutakban használtak levegőt. 5

13 Az 1920-as évek második felétől a levegő használatát felváltotta a földgáz, mivel rájöttek arra, hogy földgáz használata mellett nem képződik robbanékony elegy, a földgáznak nincs korrozív hatása, ráadásul nagy mennyiségben elérhető. A kezdetekben a gáz mindenféle szabályozás nélkül lépett be a termelőcsősarunál, a beinjektált földgáz kontrolálására csak később tettek próbálkozásokat. A felhasznált kompresszorok nyomóoldali nyomása viszonylag alacsony volt, ezért a kezdetekben csak sekélyebb kutak termeltetésénél alkalmaztak segédgázt. Később, mikor megindult a földgáz értékesítése, szállítása, nagyobb teljesítményű kompresszorok váltak szükségessé a szállításhoz, így ezzel együtt lehetővé vált a mélyebb kutak segédgázzal való termeltetése is. Végül az 1940-es évek elején megjelentek a nyomással szabályozott segédgázszelepek, amelyek segítségével már a beinjektált gáz mennyiségét is pontosan tudták szabályozni. [3] 2.2 A segédgáz útja A segédgáz, miután a felszínre jut a termelvénnyel együtt, ugyanazt az utat teszi meg, mint az újonnan felszínre került formáció gáz. A kútvezetéken eljut a fluidum a gyűjtőállomásokig, ahol előszeparálják a folyadékot és a gázt. A levált gáz közvetlenül halad tovább a gázelőkészítő üzemig, míg a folyadékban oldva maradt gáz a főgyűjtőre kerül, ahol további szeparálási folyamaton megy át, s végül a további leválasztott gáz is a gázelőkészítő üzembe kerül. A gázüzemben leválasztják a nagy szénatom számú szénhidrogéneket. A gáz nedvességtartalmának lehető legnagyobb részét kivonják, hogy később ne okozzon gondot a nyomáscsökkenés hatására esetlegesen kiváló csapadék a vezetékekben, illetve azért, mert a nyomásemelésre használt kompresszorok is igen érzékenyek a folyadékra. Mivel a segédgázt és az Országos Távvezetékre (továbbiakban OTV) kiadott gázt együtt kezelik, ezért a gáz kéntartalmát is a szabványban megadott határértékre (vagy az alá) csökkentik. Szagosításra nem került sor, mert az OTV-re kiadott gáz szagosítása is csak a gázátadó állomásokon történik meg, a segédgázként felhasznált földgázt pedig nem szükséges szagosítani. A segédgáz nyomásszükséglete jóval nagyobb, mint az OTV-re kiadott gázé, ezért azt több lépésben komprimálják fel a szükséges nyomásra. Kútindításnál szükség lehet ún. indító gázra is, amely annyiban különbözik a sima segédgáztól, hogy még nagyobb nyomású. Erre azért lehet szükség, mert egy hosszabb 6

14 időre leállított kútban nagyobb folyadékoszlop gyülemlik fel, mint egy normál ciklus alatt, s ilyenkor ennek az oszlopnak a felemeléséhez nagyobb nyomású gázra van szükség. A kompresszorüzem felől beérkező segédgáz elsődleges szabályozása a gyűjtőállomásokon vagy a kútfejen történik különféle felszíni egységekkel, melyek részletezésére később kerül majd sor. A gyűjtőállomások tovább küldik vezetéken keresztül a gázt a kútig, ahol a megfelelő mennyiségű segédgáz a csőközbe kerül benyomásra. A termelőcső-béléscső kapcsolatot packerral zárják el egymástól. A packer fölött helyezkednek el a szeleptartó közdarabok, melyekbe beépítésre kerülnek a szelepek az olajkút segédgázos termeltetésre való átalakításakor (vagy már az eredeti kútkiképzéskor). 2. ábra Segédgáz elosztása a gyűjtőállomásokon szerző saját készítése Amikor a segédgáz bekerül a termelőcsőbe, akkor a termelés típusától függően vagy teljesen, vagy csak részben keveredik el a lent található fluidummal, több fázisú áramlás jön létre, így halad fel a segédgáz a rétegből beáramlott fluidummal együtt, a kútfejen áthaladva pedig ismét belekerül a kútvezetékbe, s a körforgás folytatódik tovább. 2.3 A segédgázos termelés előnyei, hátrányai Ahhoz, hogy a segédgázos termelés mellett döntsünk, rengeteg tényezőt kell figyelembe venni, de érdemes számításba venni e termelési mód általános előnyeit és hátrányait, amit a következő módon összegezhetők. 7

15 2.3.1 Előnyök A segédgázos termelés - ellentétben az egyéb másodlagos termelési módokkal igen rugalmas, könnyű az eszközök beállításán módosítani, így akár a termeltetési ütem nagy változásai is könnyen kezelhetők. Sok esetben, amikor a kút jelentős gázmennyiséget termel, akkor az egyedüli megoldás a segédgázos termeltetés. A kútferdeség nem hátráltatja a termelést, a nagy hőmérsékleti viszonyok is könnyen kezelhetők, a korrózióvédelem is jól megoldható. Mivel a termelőcsőben nincs rudazat, így a mérési és javítási műveleteket nincs, ami nehezíti. A felhasznált, kútban elhelyezett eszközök mind ki- és beszerelhetők vitlás művelet segítségével, így a javítási, szerelési műveletek gazdaságosnak mondhatók, a felszíni eszközök pedig nem foglalnak nagy helyet. A segédgázos termelés különböző válfajait egymás után, logikus sorrendben használva a kút kimerüléséig használhatunk segédgázt, nincs új módszerekre szükség. [3] Hátrányok Általában a segédgáz mellé szükség van megfelelő mennyiségű formációgáz kitermelésre is ahhoz, hogy a termelés megfelelő legyen, a magas szeparátornyomás pedig igen rossz hatással van az összes segédgázos rendszerre. Mivel a segédgázt igen magas nyomásra kell felkomprimálni ahhoz, hogy megfelelően működtethessük a rendszert, ezért a gáz nyomását általában több lépcsőben, több kompresszor segítségével növelik meg a szükséges szintre, amely művelet energiaigénye jelentős, s első sorban e miatt a segédgázos termelés energia-hatékonysága kisebb, mint az egyéb termelési módoké. [3] 8

16 3. Időszakos segédgázos termelés részletes leírása Az időszakos segédgázos termelés egy olyan mechanikus termelési mód, mely során nagynyomású gázt injektálunk először a csőközbe, onnan pedig a termelőcsőbe, ciklusonként előre meghatározott mennyiséggel, nyomással. A művelet célja, hogy minél több folyadékot termeljünk a lehető legkevesebb fajlagos segédgázigény mellett. A világon segédgázzal termelő kutak körülbelül 10%-a időszakos [3]. Ha a hagyományos időszakos termelés mellett is alacsony már a kihozatal, akkor még használhatjuk az időszakos termelés speciálisabb változatait, a kamrás segédgázos termelést vagy a plunger liftes (búvárdugattyús) termelést. Az előbbi a kútkiképzésben tér el a hagyományos időszakos termeléstől, míg az utóbbi során egy búvárdugattyúval segítik a folyadékkitermelést, ezzel csökkentve a folyadékveszteségeket, illetve akadályozva a paraffinkirakódást. Ha a folyamatos segédgázos termelés már nem gazdaságos, akkor érdemes átállni az időszakos termeltetésre, a kitermelt olaj mennyisége nem fog ugyan növekedni, de a kisebb segédgázszükséglet gazdaságossá teheti a további termelést. Az ciklikus termeltetés alacsony hozamú kutak esetén jól alkalmazható, mert a beáramlási paraméterek változásának függvényében a segédgáz mennyisége, nyomása könnyen állítható, tehát könnyű a termelési paraméterek változásához alkalmazkodni, sőt akár a kút életének legvégéig is használható ez a termelési mód, amennyiben a kútszerkezetet átalakítjuk kamrássá, mely előnyei a kútkiképzéseknél részletezve lesznek. A szivattyúzási eljárásokhoz képest a költségek is alacsonyabbak, főleg a mély, alacsony hozamú kutak esetén. A folyamatos termeléshez képest a ciklikus termeltetés hátránya, hogy a formációgáz rétegenergiája nincs kihasználva, nem konszolidált formációk esetén az időszakos termeléssel járó nagy áramlási kúttalpnyomás változások miatt a homoktermelés komoly problémává válhat. Az egyszerre kitermelhető folyadékmennyiség korlátozott az egyre felgyülemlő folyadékoszlop növekvő hidrosztatikai nyomása, illetve az azt legyőzni kívánó segédgáz szükséges injektálási nyomása miatt. [3] 3.1 Kitermelés menete, fázisai, befolyásoló tényezők A folyamatos segédgázbeinjektálással ellentétben a ciklikus termeltetés célja nem a rétegből beáramló fluidum sűrűségének csökkentése, hanem a gáz nyomásából és 9

17 sebességéből adódó energia segítségével az üzemi segédgázszelep fölött felgyülemlett folyadékdugó felemelése a termelőcsőben Termelést befolyásoló tényezők Az elsődleges dolog, ami hatással van a termelésre, az a rétegnyomás. Ahogyan a termelés előrehaladtával csökken a rétegnyomás, úgy csökken a rétegenergia, tehát egyre több segédenergiára - ebben az esetben földgázra - van szükség a réteg termeltetéséhez, s egy idő után már olyan nagy mennyiségű gáz kell a folyamatos termeltetéshez, hogy sokkal jobban megéri átállni a ciklikusra. Tehát alacsony rétegnyomás esetén kevesebb a fajlagos segédgázszükséglet az időszakos termeltetés esetén. Ezek alapján egyértelmű, hogy a segédgázos termelésre való átállás célja nem a nagyobb olajkihozatal, hanem a termelés gazdaságosabbá tétele. Mindezt figyelembe véve, tény, hogy rengeteg egyéb tényező is befolyásolja a fajlagos segédgázigényt, ezért nem lehet csak a rezervoárnyomás alapján meghatározni, hogy mikor lesz szükség az időszakos termelésre való átállásra. A ciklikus termeltetésű kutak fajlagos segédgázigénye függ a gázbeinjektálás mélységétől, 23 -os API sűrűség (γ o =0,916) alatt a folyadék viszkozitásától, illetve az optimális ciklusidő alatt felgyülemlett folyadékdugó hosszától, ami valójában a rétegnyomás függvénye. [1] Az időszakos segédgázos kutak optimális ciklusideje lehető legnagyobb mennyiségű folyadék kihozatala a lehető legkevesebb gázmennyiség beengedése mellett a termelékenységi tényezőtől függ, nem a rétegnyomástól, így az időszakos segédgázos kutak termelékenységi tényezője lehet nagy és kicsi is. Az utóbbi esetben kamrás kútszerkezet kialakítása ajánlatos, hogy lecsökkentsük a szükséges gázmennyiséget. Azoknál az olajoknál nem jelentős a viszkozitás hatása a folyadékvisszacsorgásra, melyek sűrűsége meghaladja a 23 -os API sűrűséget, de 23 alatt a visszacsorgás mértéke exponenciálisan nőni kezd a sűrűség csökkenésével, ami miatt szintén növekedhet a fajlagos gázigény. [1] Természetesen a vízhányadtól is függ a ciklikus termeltetés hatásossága. A gyakorlati megfigyelések azt mutatják, hogy 60%-os vízhányad fölött hatásosabb a termelés, mint alacsonyabb vízhányad mellett. Bármelyik segédgázos termeléstípust használjuk, általános igazság, hogy a mélység növekedésével nő a szükséges segédgáz mennyiség, mert egyrészt a folyadékdugó alatt nagyobb teret kell kitöltenünk, amihez több gáz kell, másrészt pedig a visszacsorgási veszteségek is növekednek, minél mélyebb a kút. 10

18 Vigyázni kell, hogy a termelőcső átmérőnek nem szabad túl nagynak lennie, mert túl sok gázra lenne szükség, illetve a megfelelő folyadékdugó sebesség eléréséhez szükséges gázbeinjektálás nehezen lenne megvalósítható. Túl kicsi termelőcső esetén viszont nagyon lekorlátozzuk a napi termelést, főleg a nagy ciklusszámú kutak esetén. [1] Folyadékdugó kitermelésének menete és fázisai Egy új ciklus kezdetének a folyadékdugó növekedésének kezdetét vesszük. A folyadéknívó sosem lesz teljesen nulla, mert az üzemi segédgázszelep alatt felgyülemlett olajat nem vagyunk képesek kitermelni, a folyadékdugó magasságán viszont mindig az üzemi szelep fölött felgyülemlett folyadékmagasságot értjük. Az üzemi segédgázszelepek előre megadott feltételek szerint, ha azokat elérték (pl. injektáló nyomás, termelési nyomás, stb.), kinyitnak, s beengedik az addig a csőközben felgyülemlett gázt a termelőcsőbe, a folyadékdugót megindítva az útján. A ciklus addig tart, míg a folyadékdugó teljesen el nem hagyja a kútfejet, illetve véget nem ért az utolsó, csepptermelés fázis is. A 3. ábra a folyadék kitermelését mutatja. A szelep kinyit, amint eléri a nyitási feltételt, a folyadékdugó alá engedi a segédgázt, ami elkezdi kiemelni a dugót. A csőköz térfogatától, a segédgáz nyomásától, a folyadékdugó tulajdonságaitól függően a segédgázt addig injektálják a termelőcsőbe, amíg annak mennyisége, illetve expanziós energiája elég nem lesz a folyadékdugó kiemeléséhez. Az alábbi ábrán egészen a folyadékdugó kiöblítésének végéig nyitva tart a szelep. 11

19 3. ábra Folyadékdugó kitermelése Forrás: [1] Az időszakos segédgázos termelés fázisait különböző szerzők különböző módon különítik el, míg Szilas [2] a folyadékdugó felgyülemlését nem tekinti külön fázisnak, addig Takács [3] szerint a felgyülemlés külön fázisba sorolandó, s amit Szilas az első fázisnak tekint, azt Takács a második fázis alszakaszaként mutatja be. Az alábbiakban a Takács szerinti felosztást követve kívánom bemutatni az egyes fázisokat Első fázis Folyadékdugó felgyülemlése Az első fázis lesz a folyadék felgyülemlésének fázisa. Ekkor az üzemi szelep fölött egy olyan folyadékoszlop helyezkedik el, mely mennyisége megegyezik az előző ciklusban ki nem termelt (visszacsorgott) fluidum mennyiségével. Az első fázis akkor kezdődik, mikor újra elkezd növekedni a folyadékdugó magassága. Ez a növekedés addig tartana, amíg a folyadékoszlop, illetve a fölötte elhelyezkedő gázoszlop nyomása el nem érné a rétegnyomás értékét, egyensúlyt teremtve a kútban. Amint ez megtörténne, a kútba való beáramlás abbamaradna, mert az áramlást kiváltó hatás, a réteg és kúttalp közti nyomáskülönbség, megszűnne. [3] Az elméleti legmagasabb szintet a folyadékoszlop csak végtelen idő elteltével érné el, ráadásul a növekedés nem lineáris, a folyadékoszlop magasságával növekszik annak hidrosztatikus nyomása, a magasság növekedési üteme elkezd csökkenni. Ebből az okból kifolyólag nem szokás megvárni, hogy az oszlop a maximális magasságot megközelítse, 12

20 a gyakorlatban az elméleti maximális magasság 40-50%-a körül szokták meghúzni a határt, mikor a folyadéktermelés és a besajtolt gáz mennyisége is optimális értékű. Ennek a fázisnak akkor lesz vége, mikor a segédgázszelep elérte a nyitási feltételét Második fázis Folyadékdugó felemelése A második fázis a szelep nyitásától, a segédgáz termelőcsőbe engedésétől kezdve egészen addig tart, amíg a teljes folyadékdugó el nem hagyja a kútfejet és bele nem kerül a folyóvezetékbe. Ezt a fázist még három másik szakaszra bonthatjuk, amik a következők: a) áramlás megindulásának szakasza b) állandósult áramlás szakasza c) kútfejen áthaladás szakasza Az első alszakasz az, amikor a nyitott segédgázszelepen át beáramlik a termelőcsőbe a gáz a csőköz és a termelőcső nyomáskülönbségének hatására. Nagyon fontos, hogy a szelep pillanatnyitású legyen, illetve a bele helyezett fúvóka viszonylag nagy átmérőjű legyen, mert ha elfojtjuk a gázáramot, akkor nem tud megfelelő méretű gázbuborék képződni a folyadékdugó alatt, helyette lassan átszivárog a gáz a folyadékdugón, s nem emeli meg azt. Ez a szakasz addig tart, míg az áramlási sebesség nem állandósul (ha jól történt az üzemjellemzők méretezése és megvalósított a pillanatnyitás, akkor az állandó áramlási sebesség kialakulása körülbelül 10 másodpercet vesz igénybe). [2][3][4] A második alszakasz során a folyadékdugó állandó sebességgel áramlik felfelé a termelőcsőben. Ez a szakasz egészen addig tart, amíg a folyadékdugó teteje el nem éri a kútfejet. Az áramlás alatt a gázbeinjektálás kezdetekor lezáró lábszelep (ami tulajdonképpen egy visszacsapó szelep) a termelőcső alján folyamatosan zárva tart, megvédve a formációt a segédgázos termelés következtében kialakuló nagy nyomásoktól. A szakasz folyamán állandó gázbeinjektálás mellett a gáz expanziós energiája segíti a folyadékdugó felemelkedését. A folyadékdugó hossza a felemelkedés során állandóan csökken, mivel a dugó alatt haladó gáz egy része előresiklik a folyadékban, ráadásul a siklási sebesség az áramlás folyamán növekszik. Az elgázosodott folyadékrész visszamarad részben permet 13

21 (folyadékos gáz), részben a csőfalat bevonó folyadékfilm alakjában. A csőfalon maradó folyadékfilmre gravitációs erő hat, ezért az visszacsorog a csőfal mentén. [2][3] A visszamaradó folyadékmennyiség egyenesen arányos a folyadékdugó termelőcsőben töltött idejével, így az ilyen jellegű veszteségek csökkenthetők, ha a folyadékdugó felemelkedésének sebességét növeljük. A gyakorlati tapasztalat azt mutatja, hogy körülbelül 304,8 m/min-es (1000 ft/min) áramlási sebesség mellett a legkisebbek ezek a veszteségek. [1][3] A harmadik alszakasz kezdetét az jelenti, mikor a folyadékdugó eléri a kútfejet és egészen addig tart, míg teljesen el nem hagyja azt. E szakasz folyamán bekövetkező hosszveszteségek nagyobbak, mint az előző szakaszban, mivel ebben az esetben a gáz előresiklása miatt alulról továbbra is rövidül a dugó, felülről pedig szintén rövidülés következik be a kútfejen való áthaladás miatt. A nagy sebességgel áramló folyadékdugó elérve a kútfej, illetve a karácsonyfa összeállításából adódó hajlatokat, lelassul, ezzel még inkább lehetővé téve a gáz előresiklását, ezen keresztül a veszteségek megnövekedését. A szakasz során a segédgázszelep zárhat, ha már elegendő segédgáz van a termelőcsőben és a már bent lévő gáz expanziós energiája elegendő a kitermelési folyamat befejezéséhez. [3] Ahhoz, hogy az időszakos termeltetés minél gazdaságosabban működjön, vagyis minél kevesebb legyen az előresiklásból és visszacsorgásból adódó veszteség, a következő követelményeket érdemes betartani. Az első áramlási alszakaszban el kell érni, hogy a folyadékdugó minél gyorsabban érje el az állandósult sebességet, minél hamarabb gyorsuljon fel, ehhez szükséges feltétel a szelep pillanatnyitása. A második és harmadik alszakaszokban az áramlási sebességnek nem szabad csökkennie, ami úgy érhető el, hogy csak akkor szabad a termelőcsőbe való gázbeinjektálást abbahagyni, ha a gáz expanziós energiája elég ahhoz, hogy az állandó áramlási sebességet fenntartsa. A kútszáj kiképzése során lehetőség szerint figyelembe kell venni, hogy minél kevésbé legyen az áramlás akadályozva, az áramlási ellenállás kicsi legyen. [2] Az eddigiekben tárgyalt visszacsorgási veszteségeket elkerülése (és a paraffinkirakódás megelőzése) végett lett kifejlesztve az ún. plunger liftes módszer, mely során egy búvárdugattyú mozog a termelőcsőben, mely megtisztítja a termelőcső belsejét az esetlegesen kirakódott paraffintól, illetve megakadályozza a visszacsorgást. Megfelelő fizikai adottságok mellett érdemes átgondolni az ilyen jellegű termeltetés kialakításának lehetőségeit, gazdasági előnyeit. 14

22 Harmadik fázis Utóáramlás Az előző fázis végére a termelőcsőben lebegő folyadékcseppeket tartalmazó gáz, illetve a csőfalra kirakódott olaj található. Amint a folyadékdugó elhagyja a kútfejet, a folyadékdugó hidrosztatikai nyomásának hatása megszűnik, a kútfejnyomás lecsökken, aminek következtében az áramló gáz sebessége és az effektív átlagos gázáram jelentősen megnövekszik, a gázzal együtt a diszpergált folyadékcseppeket és akár a folyadékfilm egy részét is kitermelhetjük. A folyadéktermelés jelentős része származhat ebből a termelési szakaszból Az utóáramlás szakasza akkor fejeződik be, mikor a csökkenő termelőcső nyomás hatására a termelőcső alján elhelyezett lábszelep kinyit, s a ciklus megismétlődik. [3][4] 3.2 Kútkiképzések Amikor egy újonnan felfedezett mező megkutatása, feltérképezése megtörténik, akkor elkezdődik a kutak helyének kijelölése, a kútkiképzés megtervezése. A szénhidrogént tartalmazó tárolók életének nem csak az első szakaszára szokás tervezni, akár évvel is érdemes előre gondolkodni. A jól megkutatott mezők, tárolórétegek nyomásviszonyaiból általában lehet előre következtetni arra, hogy a felszálló termelés abbamaradása után milyen módszerekkel érdemes tovább termeltetni a mezőt. Ha megfelelő mennyiségű segédgáz és elég nagy rétegnyomás áll rendelkezésre, akkor a mező alkalmasnak tekinthető a segédgázos termelésre. Ilyen esetekben az újonnan lefúrt kutakba már igyekeznek minden olyan felszerelést behelyezni, ami később lehetővé teszi majd a segédgáz beadagolását. Ez azt jelenti, hogy már eleve beépítik a szeleptartó közdarabokat (egyelőre még ledugózva), a felszínen pedig kiépítik a gázellátáshoz szükséges vezetékeket, illetve lehetővé teszik a majdani gázbeinjektálást. A segédgázos kútkiképzéseket általában két csoportba sorolhatjuk, az egyik csoport esetében a gázbeinjektálás a csőközbe történik, a termelés pedig a termelőcsövön keresztül, míg a másik esetben pont ennek a fordítottja igaz, tehát a termelőcsőbe nyomjuk le a gázt és a csőközön jön fel a termelvény. Ennek a fordított rendszernek a feltétele, hogy a béléscső ne kopjon, korrodálódjon a kútáram hatására, illetve paraffinlerakódás se legyen a kútban. 15

23 Egy másik csoportosítás lehet, ha kamrás és kamra nélküli kútszerkezetekre bontjuk fel a használt kútkiképzéseket. [2] A kútkiképzéseknek igen jelentős szerepe van az időszakos segédgázos kutak beáramlási viszonyainak befolyásolásában, hiszen a beáramlás nagyban függ a talpnyomástól, amit pedig befolyásolhatunk a kút szerkezetével (pl. kamrás kútszerkezetek), ezért a következőkben részletes ismertetőt olvashatunk az egyes kútkiképzések típusairól illetve az időszakos segédgázos termelés során való használati lehetőségeikről Kamra nélküli kútszerkezetek A kamra nélküli kútszerkezetek nagy része termelőcsövön keresztül termelő, s a legtöbb segédgázos termelésre kialakítandó kút esetén ez a termelési módszer az ajánlatos. Ez alól kivételt képeznek a különösen nagy hozamú kutak. A termelőcsőben való termeltetés azért előnyös, mivel a csőközben így nem áramlik korrozív hatású fluidum, s a kútmegölés is egyszerűbb ilyen esetben Nyitott kútszerkezetek A segédgázos termeléshez szükséges legkezdetlegesebb kútkiképzések tartoznak ebbe a kategóriába, még a segédgázos termelés hajnalán használták ezeket elsősorban, manapság csak igen ritkán fordulnak elő. Ennek a kútszerkezetnek két fő fajtája van. Az egyik szerkezet gyakorlatilag teljesen üres, sem packer, sem segédgázszelep (sem pedig szeleptartó) nincs elhelyezve a kútban (4. ábra). Ilyen kútkiképzés mellett nagyon nehéz meghatározni a termelőcső elhelyezésének mélységét a felszíni injektáló nyomás függvényében, mert amint változik a besajtolt gáz nyomása vagy a beáramlás mértéke, a beinjektálandó segédgáz mennyisége is igen ingadozóvá válik. Az ilyen kútkiképzések esetén a gázbeinjektálás a termelőcső sarunál történik, ami káros hatással lehet a formációra, a beáramlási viszonyokra. Ilyen feltételek mellett nem ajánlatos ezt a kútkiképzést választani semmilyen segédgázos termelés kivitelezésére sem. Ennek a kiképzésnek egy válfaja az, amikor már segédgázszelep kerül ugyan beépítésre, de a csőköz még mindig nincs packerrel leválasztva a termelőcsőtől (4. ábra). Ebben az esetben megfelelően hosszan kell lehelyezni a termelőcsövet, hogy egy hosszabb szakaszát ellephesse a beáramló fluidum, amivel azt érjük el, hogy az áramlási talpnyomás értéke állandó lesz. Ilyen esetben a termelőcsövet körülvevő fluidum úgy 16

24 funkcionál, mintha packert építettünk volna be, így a termelést nem befolyásolják a segédgáz ingadozásai. [3] 4. ábra Nyitott kútkiképzés szelepek nélkül (balra) és szelepekkel (jobbra) Forrás: [3] Már a folyamatos segédgázos termelés esetén is komoly hátrányokkal rendelkezik ez a kútszerkezet típus, mert az üzemi segédgázszelepet esetenként ellepheti a csőközbe beáramlott fluidum, mely hosszú távon tönkreteheti, megrongálhatja azt. Tehát folyamatos gázbeinjektálás esetén is csak akkor alkalmazandó ez a kútkiképzés, ha egyéb lehetőség nem áll rendelkezésre. Ciklikus termeltetés esetén, segédgázszelep nélkül, két ciklus közt a csőköz nyomása egészen a szeparátor nyomás szintjére fog lecsökkenni, ilyen körülmények közt pedig nagyon magas lesz az egyes ciklusok gázszükséglete. Mivel az időszakos termeltetés esetén az áramlási kúttalpnyomás alacsony, ezért a legtöbb esetben nem biztosítható az a feltétel segédgázszelep használatakor, nyitott kútkiképzés esetén, hogy a segédgáz az üzemi segédgázszelepen lépjen be, ne pedig a termelőcső alján. Ennek oka, hogy az alacsony nyomásviszonyok miatt a termelőcsövet nem feltétlenül tudjuk olyan mélységbe helyezni, hogy az alja minden esetben bele legyen merülve a beáramló fluidumba. Amikor a gázt beengedjük a csőközbe, akkor a nyílt kútkialakítás miatt a gáz közvetlenül hathat a formációra, így korlátozva a beáramló fluidum mennyiségét. Összefoglalva tehát nyílt kútszerkezet használata időszakos segédgázos termelés esetén egyáltalán nem, folyamatos gázbeinjektálás mellett csak végső megoldásként ajánlatos. [3] 17

25 Félig-zárt kútszerkezetek Ez a szerkezet annyiban tér el a nyitott kútszerkezettől, hogy már a csőköz termelőcsőtől való elválasztása megtörténik a megfelelő mélységbe lehelyezett packerral (5. ábra). Előnyei közé tartozik, hogy a csőközbe a kút lezárásakor sem lép be folyadék a packer miatt, a segédgázszelepekben található visszacsapó szelepnek köszönhetően nincs folyadék visszaáramlás a csőközbe. A kezdeti leürítés után könnyű a kút lezárása és beindítása, mert nincs szükség a csőköz további leürítésére. A packer előnye még, hogy elzárja a réteget a beinjektált gáztól, tehát a csőközben található gáz nyomása nincs negatív hatással az áramlási talpnyomásra. 5. ábra Félig-zárt kútkiképzés forrás: [3] Ez a szerkezettípus mind a folyamatos, mind pedig az időszakos segédgázos termelésnél gyakran használt (folyamatos termelésnél ez az ideálisnak mondható kútszerkezet), ám hátulütője a ciklikus termeltetés esetén, hogy amíg az üzemi segédgázszelep nyitva van, addig a beinjektált gáz nyomása hatással van a tárólórétegre (megfelelően nagy nyomás esetén akár visszaáramlást is okozhat), amely kedvezőtlenül befolyásolhatja a kút hozamát. A különösen kis rezervoárnyomású kutakban a fent említett hatás még erőteljesebben érzékelhető, ilyen esetekben zárt kútszerkezet használata az ajánlott. [3] 18

26 Zárt kútszerkezetek Ez a szerkezet annyiban különbözik a félig-zárttól, hogy itt már a termelőcsősarunál egy lábszelep kerül elhelyezésre (6. ábra), ezzel megakadályozva az előbbiekben említett problémát, mi szerint a gázbeinjektáláskor megnövekedett nyomás hatással van a rétegnyomásra. A lábszelep alkalmazásával sikerült tehát elérni, hogy az átlagos áramlási kúttalpnyomás mindig alacsony, így a napi hozam nagyobb lesz. [3] Csőközön termelő kútszerkezetek Ebben az esetben a termelőcsőbe történik a segédgáz beinjektálása, s a termelvény a csőközön emelkedik fel és éri el a kútfejet (6. ábra). Ez a módszer elsősorban folyamatos segédgázos termelés esetén alkalmazható, mikor a kifejezetten nagy folyadékhozam miatt a termelőcső térfogata túl kicsi lenne a segédgázos termeléshez. Ahogyan az a fejezet elején is említésre került, az fő probléma ezzel a kútkiképzéssel, hogy a béléscső ki van téve a korrozív fluidumok hatásának. Az ilyen kútban nincs packer elhelyezve, s mivel nem ajánlatos a gázt a termelőcsősarunál beengedni a csőközbe, ezért a termelőcsövet általában ledugózzák és a segédgáz csak a segédgázszelepen keresztül léphet be a csőközbe. [3] 6. ábra Zárt (balra) és csőközből termelő (jobbra) kútkiképzések forrás: [3] 19

27 3.2.2 Kamrás kútszerkezetek A kamrás kútkialakítás lényegében az időszakos segédgázos termelés egyik továbbfejlesztése, a kamra pedig tulajdonképpen a termelőcsősaruhoz csatlakozó nagyobb átmérőjű csőszakasz. A kamrás kutak is a termelőcsövön keresztül termelő kútszerkezetek közé tartoznak. Az ilyen kiképzésű kutak akár tekinthetők a kimerülés előtti legutolsó szakasznak is, mert ilyen kútkiképzés mellett érhető el a lehető legkisebb áramlási kúttalpnyomás, így még a nagyon alacsony nyomású rétegekből is termelhetünk. [2][3] A kamrás kútszerkezetek főleg akkor ajánlottak, ha a kúttalpnyomás alacsony, de a termelékenységi tényező magas, mert ilyen esetben növelhető a folyadéktermelés. Alacsony termelékenységi tényezőjű kutak esetén a hozam nem feltétlenül fog növekedni a kamrás kútszerkezettel, viszont a fajlagos gázszükséglet mindenképpen csökkeni fog, ami eleve gazdaságosabbá teszi a termelést. A mély, alacsony termelékenységi tényezővel rendelkező kutak esetén pedig elképzelhető, hogy kamrás kútszerkezet kialakítása az egyetlen lehetőség a gazdaságos termelésre. Ha a tárolónyomás alacsony, de a termelékenységi tényező magas, akkor is növekedhet a hozamunk, a hagyományos ciklikus segédgázos termeltetéshez képest a fajlagos segédgázigény mindenképpen csökkenni fog. [1] Az ilyen kialakítású kutak lényege abban áll, hogy a beáramló fluidum a termelőcsőnél lényegesen nagyobb átmérőjű csőben (kamrában) gyülemlik fel, s ugyanolyan magasságú folyadékoszlop felgyülemlése esetén a kamrás szerkezet lényegesen több folyadékot tartalmaz, mint a hagyományos kialakítású segédgázos kút termelőcsöve. Mivel a kúttalpra ható hidrosztatikus nyomás (ami a rétegnyomás ellen hat, így magasabb folyadékoszlopnál a beáramlás is kisebb) azonos lesz mindkét esetben, mert az csak a folyadékoszlop magasságától függ, így azonos napi ciklusszám esetén a kamrás szerkezetnél nagyobb lesz a ciklusonkénti folyadékkihozatal. Ha kamrás kútkialakítás esetén ugyanakkora térfogatú fluidum felgyülemlését hagyjuk, mint azt a hagyományos kialakításnál tennénk, akkor a napi ciklusszám és vele együtt a napi hozam is megnövekszik, mert a kisebb hidrosztatikus nyomás miatt ugyanakkora mennyiségű folyadék gyorsabban gyülemlik fel. [3] Packer-kamrás kútszerkezet Az ilyen kútkiképzések abban az esetekben használhatók, ha a kút a kúttalpig béléscsövezett. [2] 20

28 A kamra kiképzése egy csőközbe helyezett packer-párral történik (7. ábra). A formációból beáramló fluidum az alsó packer fölötti termelőcsöven lévő perforáción keresztül lép be a csőközbe. Ahogyan a beáramló folyadékkal együtt a gáz szintje is növekszik a kamrában, úgy a felső packeren elhelyezett lefúvató szelepen keresztül távozik is a gáz. Ha a gáznak nem hagynánk helyet a távozásra, akkor az idő elteltével egyre több gáz hatna vissza a rétegre, még inkább növelve a kúttalpnyomást, ezzel is csökkentve a beáramlás ütemét. Amikor a kamra és a termelőcső az elvárt szintig megteltek folyadékkal, akkor megindul a csőközbe a segédgáz beengedése, az üzemi segédgázszelep nyit és a gázt felülről beengedi a kamrába olyan nagy nyomással, hogy a lefúvató és lábszelepek lezárjanak, a fluidum pedig kiáramoljon a kamrából a termelőcsőbe. A folyadékdugó alá csak akkor indul meg a segédgáz beinjektálása, ha már az összes folyadék a termelőcsőben van. [1][3] Palack-kamrás kútszerkezet 7. ábra Packer-kamrás kútszerkezet forrás: [3] A kamrás kútszerkezet e típusa abban az esetben használható, ha nem lehet két pár packert elhelyezni a kútban, ami akkor fordulhat elő, ha a fakadófelszín nincsen béléscsövezve, hosszú szakaszon van a béléscső perforálva, alacsony a rezervoárnyomás vagy sérült a béléscsövezés. [1] Ebben az esetben egy újabb csövet (nem a felszíntől) helyeznek el a termelő béléscső és a termelőcső közé (8. ábra). Ezt két módon tehetik meg, az egyik esetben a termelőcső 21

29 egészen a kamra legaljáig leér és a formációból belépő fluidum egy perforáción keresztül lép be a termelőcsőből a kamrába, ahonnan egy by-pass packeren keresztül lefúvató szelep segítségével vezetik el a formációgázt. Egy olcsóbb megoldás, ha egy hagyományos packert használnak, s a termelőcső aljából egy kisebb átmérőjű csövet lógatnak a kamrába, ami nem ér le teljesen a kamra aljáig, így perforálásra sincs szükség. A gázbeinjektálás a termelőcső és a belógatott cső közötti csőközbe történik, ami közvetlenül a kamrába vezeti a segédgázt (8. ábra). Az első változat előnye, hogy a folyadékdugó egy állandó átmérőjű termelőcsövön keresztül halad a felszín felé, így az állandó sebességnek köszönhetően kevésbé siklik előre a gáz, míg a második esetben az átmérőváltozás miatt nagyobb lesz a siklási veszteség. [3] A termelés módja megegyezik a packer-kamrás kútkiképzés esetében leírtakkal. 8. ábra Palack-kamrás kútszerkezetek by-pass packeres (balra) és belógatott csöves (jobbra) kialakítással forrás: [3] Több rétegből termelő kútszerkezetek Az ilyen kútkiképzés esetén több rétegből történik a termelés, ami általában két réteget jelent, bár kettőnél több réteg termeltetése is megoldható. Mivel a hozamokkal való elszámolásnak rétegenként kell történnie, ezért lényeges szempont, hogy a két külön réteg egymástól függetlenül legyen termeltethető. 22

30 Ilyen esetekben két termelőcső van elhelyezve a termelő béléscsövön belül, s a rétegek egymástól packerral vannak elválasztva (9. ábra). A két termelőcső azonos béléscsőbe van elhelyezve, ezért ha mindkettő segédgázzal termel, akkor az szükséges segédgáznyomásnak meg kell egyezni mindkét kút esetén. Nem szükséges viszont, hogy mindkettő folyamatosan vagy időszakosan termeljen, a kettő kombinációja is megoldható. Mindkét termelőcsőre külön van segédgázszelep elhelyezve, s egyedül azt kell figyelembe venni, hogy a két kút szelepei között ne legyen interferencia, amit úgy szokás megoldani, hogy az egyik szelep injektálónyomással működtetett, a másik pedig a termelőnyomás változásaira reagál. [3] 9. ábra Több rétegből termelő kút forrás: [3] 3.3 Segédgázszelepek szerepe A segédgázszelepeknek elsősorban az időszakos segédgázos termelésnél van jelentős szerepe, mivel a folyamatos segédgázbeinjektálás esetén a szelep állandóan nyitva tart, a gázáram szabályozása a felszínen történik, a beépített szelepnek csak a fúvókaátmérője a meghatározó, illetve visszacsapó funkciója tölt még be jelentős szerepet a visszaáramlás megakadályozásában. 23

31 Az időszakos termelésnél nem ez a helyzet, a felszíni szabályozó berendezéseken kívül fontos szerepe van a beépített segédgázszelepnek/szelepeknek is a termelés megfelelő működésében. A szeleptartó közdarabból általában több (kettő-három) kerül beépítésre, egyrészt azért, hogy változtatható legyen a gázbeinjektálás mélysége, másrészt pedig hogy lehetőség legyen akár több ponton is a termelőcsőbe engedni a segédgázt. A nem használt zsebeket le szokták dugózni, többpontos gázbeinjektálás esetén pedig nem csak egy közdarabban helyezkedik el szelep, hanem akár az összesben. 10. ábra Szeleptartó közdarab szerző saját készítése A többpontos beinjektálásnak akkor van elsősorban jelentősége, ha az elérhető segédgáznyomás alacsony, vagy ha kifejezetten mély kútról van szó, ahol nem elég csak a kút alján történő gázbeinjektálás a folyadékdugó felemeléséhez. A többpontos gázbeinjektálás során a folyadékdugó előrehaladtával egymás után nyitnak az egymás fölött elhelyezkedő szelepek, további gázzal segítve a folyadékdugó felemelését (11. ábra). Ha több szelep használatához kell folyamodnunk, akkor az esetek döntő többségében termelőnyomás érzékeny segédgázszelepet kell alkalmaznunk. [3] 24