Çox fazlı axınlar

Giriş. Birfazalı axınlar. Əsas anlayışlar.


Neft yataqlarının işlənmə prоsesinin ən məhsuldar dövrü quyuların fоntan üsulu ilə istismarıdır. Neft yataqları məhz bu dövrdə ən böyük lay enerjisinə malik оlur. Quyuların fоntan vurması əsasən yeni açılmış yataqlarda baş verir. Bu zaman layın enerji ehtiyatı böyük olur, yəni quyu dibində olan təzyiq maye sütununun hidrostatik təzyiqi, quyu ağzında əks təzyiq və mayenin hərəkəti ilə bağlı olan sürtünmə qüvvəsinin dəf edilməsinə sərf olunan təzyiqi üstələyir.
Istənilən fontan quyusunun işləməsi üçün ümumi mütləq şərt aşağıdakı bərabərlik kimi olar:
P_q.d.=P_h+P_sürt.+P_q.a.

Burada P_q.d-quyudibi təzyiqi; P_h-maye sütununun hidrоstatik təzyiqi; P_q.a- quyuağzındakı əks təzyiq; ∆P_sürt-sürtünmə zamanı yaranan təzyiq itkisidir.

Fontan istismar üsulunda mayenin iki təbii enerji mənbəyi vardır:
1.Layın hidrоstatik təzyiqi;
2.Lay qazlarının potensial enerjisi.
Fontan istismar üsulunda hidrostatik lay təzyiqi və lay qazlarının potensial enerjisi mühüm əhəmiyyət kəsb edir.
Məlumdur ki, lay daxilində neftlə birlikdə böyük həcmdə karbohidrogen mənşəli qazlar vardır. Bu qazlar müxtəlif termobarik şəraitdə olur. Qazlar neftdə ya tamamilə, ya da qismən həll olmuş və ya sıxılmış sərbəst halda olur. Hər iki halda bu qazlar böyük potensial eneriyə malikdir.
Yuxarıda deyilənlərə əsasən laydan quyuya axın zamanı lay fluidlərinin (neft, su, qaz -fazaları) ayrı-ayrı fazalar və ya çox fazalı hərəkətləri baş verir ki, bu vaxt layda onların süzülməsi vaxtı baş verə biləcək proseslərlə ayrə-ayrılıqda tanış olaq:
Cismin hərəkətini kəmiyyətcə təsvir etmək üçün impuls (təkan) anlayışından istifadə olunur. İmpuls cismin kütləsinin onun sürətinə təsiri ilə müəyyən olunur. Məkanın bircinsliyindən impulsun saxlanması qanunauyğunluğu irəli gəlir. Qapalı sistemin impulsu saxlanılmır. Yəni zamanın axarında dəyişilmir. Bu qanun yalnız klassik fizikanın qanunları üçün deyil, həm də kvant mexanikasının prinsiplərinə tabe olan mikrohissəciklərin qapalı sistemləri üçün də doğrudur. Bu qanun universal xarakter daşıyır və təbiətin fundamental qanunlarından biridir. 
Zamanın bircinsliyi onun başlanğıcına münasibətdə fiziki qanunların invariantlığı (dəyişməzliyi) deməkdir. Məsələn, cism Yerin səthinə sərbəst şəkildə düşdükdə onun sürətinin cazibə qüvvəsi və qətt etdiyi yol yalnız başlanğıc sürətdən asılıdır və cismin sərbəst düşməsinin davamlılığı cismin nə zaman düşməyə başlamasından asılı deyil. Zamanın bircinsliyindən mexaniki enerjinin saxlanması qanunu irəli gəlir: aralarında konservativ (mühafizəkar) güclərin təsir etdiyi cismlərin sistemində tam mexaniki enerji saxlanır. Yəni, zamanca dəyişilmir. Konservativ güclər yalnız potensial sahələrdə təsir edir. Potensial sahə cismin bir haldan digər hala keçməsi zamanı təsir edən gücün cismin başlanğıc və son halından asılı olduğunu bildirir. Əgər, gücün həyata keçirdiyi iş cismin bir nöqtədən digərinə yerdəyişməsinin trayektoriyasından asılıdırsa, onda, belə güc dissepotiv güc adlanır. (məsələn, sürtünmə qüvvəsi). Dissepotiv sistemlərdə mexaniki enerji başqa enerji növünə çevrildiyindən (məsələn, masaj zamanı əl hərəkətinin mexaniki enerjisinin istilik enerjisinə çevrilməsində olduğu kimi) mexaniki enerji tədricən azalır. Bu proses dissepasiya prosesi, yaxud enerjinin səpələnməsi prosesi adlanır. 
Təbiətdəki bütün mövcud sistemlər dissepotiv sistemlərdir. Konservativ və dissepotiv gücün təsir etdiyi sistemdə tam mexaniki enerji saxlanılmır. Deməli belə sistemdə mexaniki enerjinin saxlanması qanunu yerinə yetirilmir. Amma mexaniki enerji azaldıqda, həmişə ona ekvivalent (bərabər) kəmiyyətdə başqa enerji növü yaranır. Beləliklə enerji nə itmir, nə də yenidən yaranmır. Yalnız bir növdən başqa növə çevrilir.
Dahi rus alimi D.İ.Mendeleyev 1880-ci ildə mayenin hərəkəti zamanı hidravlik müqavimətin müxtəlif qanunlarına tabe olan iki rejimin olmasını göstərmişdi. İngilis alimi Osborn Reynolds 1883-cü ildə təcrübi olaraq iki müxtəlif rejimin olmasını və bir rejimdən digər rejimə keçmə şərtini, həm də hərəkət rejimini tapmaq üçün olan sərhəd qiymətlərini vermişdir.
Professor Reynoldsun apardığı təcrübələrdən aydın olur ki, mayenin hərəkəti zamanı iki hərəkət növü ola bilər.
Bir halda mayenin hərəkəti fasiləsiz və hissəciklərin hərəkəti sabit olduğundan sürət olduqca az dəyişir. Mayenin belə hərəkətinə laminar hərəkət¹ deyilir.
Başqa halda mayenin hərəkət sürəti dəyişdiyindən hissəciklər qarışır və onların hərəkəti müəyyən bir qanuna tabe olmur. Mayenin belə hərəkətinə turbulent hərəkət² deyilir.


1-ci şəkil. Laminar rejimdə sürətin paylanması

Təcrübədə mayenin laminar hərəkətinə maye və qazın məsaməli mühitdə hərəkəti zamanı təsadüf olunur. Laminar hərəkətdə Reynolds ədədi həmişə onun böhran qiymətindən kiçik olur. Özlü mayelərin boruda lami­nar rejimli hərəkəti zamanı mayenin ayrı- ayrı təbəqələri bir- birinə paralel hərəkət edir. Mayenin hərəkət sürəti borunun mərkəzində maksimum bərabər olur (38-ci şəkil).
Mayenin laminar axını zamanı təbəqələr müxtəlif sürətlə hərəkət etdiyindən onlar qonşu təbəqələrin özlülüyü nəticəsində meydana çıxan müqavimətləri dəf etməlidir. Bu zaman divara yaxın olan təbəqələrdə maksimal toxunan gərginliklər meydana çıxır ki, bunları Nyuton düsturundan tapmaq olar. Bu düsturdan aydın olur ki, özlülüyü sabit olan mayelər üçün toxunan gərginliyin qiyməti sürətlər qradiyenti ilə düz mütənasib olaraq dəyişir. Sürətlər qradiyenti borunun divarına yaxın yerlərdə maksimal qiymət olacaqdır. Müəyyən bir böhran sürətdə toxunan gərginlik elə bir qiymət alır ki, mayenin əvvəlki laminar hərəkəti pozulur. Bu zaman bir-birindən fərqlənən iki zona yaranır:axının nüvəsi mayenin təxminən bütün qalınlığını təşkil edir;sərhəd təbəqəsi öz qalınlığı etibarı ilə kiçik olub, maye nüvə ilə bərk divar arasında yerləşir.
Mayenin laminar və turbulent hərəkəti bir-birindən sürətlərin müxtəlif paylanması, basqı itkisinin müxtəlifliyi, mayenin özlülüyünün və kanalın kələ-kötürlüyünün basqı itkisinə olan təsirlərinin müxtəlifliyi ilə ayrılır. Bundan başqa laminar və turbulent hərəkət rejimi aşağıdakı şərtlərlə də fərqlənir:
laminar rejimdə nüvə olmur, bunun əksinə turbulent rejimdə nüvə əsas hissəni təşkil edir;
laminar hərəkətdə axının en kəsiyi boyu sürət artır;
laminar hərəkətdə basqı itkisi sürətdən düzxətli qanunla, turbulent rejimdə isə əyrixətli qanunla dəyişir.
Neftli laylarda əvvəllər suyun olması və sonra neftin tədricən onu sıxışdırması nəticəsində suyun, dənəciklərin görüş nöqtəsi ətrafında onların üzərində pərdə və s. formada qalması, süxurun fiziki xüsusiyyətlərindən əlavə, bir də neftin suyu sıxışdırma təzyiqindən asılıdır. Bir sözlə, ancaq neftin suyu sıxışdırma təzyiqi neft-su meniskinin kapilyar təzyiqindən çox olan yerlərdən suyu sıxışdırıb çıxararaq, onun yerini özü tutmuşdur. Ona görə də neftli laylarda həm neftə, həm də suya təsadüf edilir. Lay suyu adətən iki cür olur: sərbəst və əlaqəli su. Qeyd edildiyi kimi, sərbəst su neftlə birlikdə çıxarıla bilər.
Ümumiyyətlə, əlaqəli suyun, layda kapilyar qüvvələr böyük olan məsamələrdə, dənəciklərin üzərində və əsas etibarı ilə dənəciklərin görüş nöqtələrinin künclərində nazik pərdə şəklində qalması fərz edilir. Tədqiqat nəticəsində müəyyən edilmişdir ki, əksər hallarda dənəciyin üzərində nazik su təbəqəsi ancaq su-neft sərhədində suyun səthi gərilməsi kiçik olan zaman qala bilir, yəni layda əvvəllər suyun olmasına baxmayaraq neft bilavasitə süxur dənəciyi ilə görüş səthi yarada bilər. Lakin qaz olan məsamələrdə isə az minerallaşmış su da süxur dənəciyinin üzərində örtük təşkil edə bilər.
Layda çıxarılması mümkün olmayan, yəni kiçik kapilyar məsamələrdə qalan sulara əlaqəli, bağlı və ya basdırılmış su deyilir.
Tədqiqat və müşahidə nəticəsində məlum olmuşdur ki, neft layında olan əlaqəli sular məsamələrin 4-60%-ni tuta bilir. Belə ki, laydakı əlaqəli suyun miqdarı, ümumiyyətlə süxurun və məsamələrdəki mayelərin həm fiziki və həm də fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərindən asılıdır. Öna görə də neft, layların təşkil olunması zamanı içərisində hərəkət ola bilən məsamələrdə, əlaqəli su isə, əsas etibarı ilə, kapilyar məsamələrdə yerləşir. Neft layının layihələndirilməsi və neft ehtiyatının hesablanması zamanı məsamələrdəki əlaqəli suyun miqdarı və ya onu xarakterizə edən məsamələrin su və ya neftlə dolma dərəcəsini nəzərə almaq lazımdır.
Məsamələrdəki suyun həcminin, məsamələrin həcminə olan nisbətinə məsamələrin su ilə doyma əmsalı deyilir.
Eyni ilə məsamələrdəki neftin həcminin, məsamələrin həcminə olan nisbətinə isə məsamələrin neftlə doyma əmsalı deyilir.
Məsamələrin neft və ya su ilə dolma əmsalları, kəşfiyyat və ya istismar quyularının qazılması zamanı, xüsusi nümunə qaldırıcılarla qaldırılmış süxur nümunəsinin laboratoriya şəraitində öyrənilməsi ilə təyin edilir.
Məlum olduğu kimi həqiqi neft laylarında bəzi hallarda ancaq neftlə su qarışığı hərəkət edir. Ona görə də neftlə suyun birlikdə hərəkətinin neftlə qazın birlikdə hərəkətindən fərqinin müəyyən edilməsinin xüsusi əhəmiyyəti vardır. Bu məqsədlə aparılan təcrübələrdən alınan məlumata əsasən tərtib edilmiş əyriləri (2-ci şəkil) izah edək.
2-ci şəkildə K_n = K_n(I) və K_s = K_s(I) asılılıq əyriləridir.
Şəkildən göründüyü kmii, həmin əyrilərin xüsusiyyətləri həqiqətən də məsamələrdən qazlı maye keçən zaman yuxarıda göstərilən əyrilərin xüsusiyyətlərinə tamamilə uyğun gəlir. Sementlənməmiş qum məsamələri 30% su ilə dolanda, suya görə effektiv keçiricilik sıfra bərabər olur, yəni məsamələrdəki su, özünü əlaqəli su kimi aparır. Eyni zamanda süxurun neftə görə faza keçiriciliyi iki dəfə azalır. Əksinə, məsamələrin su ilə 80% dolması zamanı (5=80%), neftə görə faza keçiriciliyi sıfra bərabər olur, yəni məsamələrdə qalan qalıq neft 20% təşkil edir. Yəqin ki, sementlənmiş süxurda bu rəqəm daha böyük alınacaqdır. Deyilənlərə əsasən, su basqılı rejimli laylara süni təsir göstərməklə layın verimini artırmaq olar.
Qeyd etmək lazımdır ki, təcrübə vasitəsilə həmin asılılıq əyriləri özlülüklərinin nisbəti daha böyük olan müxtəlif mayelər üçün də qurulmuşdur və nəticədə mayelərin özlülüklərinin həmin əyrilərin xarak­terinə əhəmiyyətli təsir göstərməməsi məlum olmuşdur. Eyni zamanda müəyyən olmuşdur ki, fazaların özlülüklərinin nisbəti böyük olduqda
K k’%

2-ci şəkil. Faza keçiriciliyinin (K_n və K_s) məsamələrin su ilə dolma faizindən asılılıq əyrisi
məsamələrin neft və su ilə dolma dərəcəsi eyni olarsa, onda məsamələrin neftə görə faza ke­çiriciliyi azalır, yəni quyunun verimində neftin faiz miqdarı az olur və əksinə.