УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ КИСЛОГО ГАЗА ДЛЯ ЗАКАЧКИ В ПЛАСТ ЧЕРЕЗ НАГНЕТАТЕЛЬНУЮ СКВАЖИНУ

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам подготовки кислых газов к закачке в пласт через нагнетательную скважину с целью их утилизации.
Наиболее близким аналогом к данной полезной модели является устройство подготовки кислого газа для закачки в смеси с водой через нагнетательную скважину в пласт, которое включает более одного блока сжатия кислого газа, состоящего из компрессора и установленного за ним холодильника. Устройство содержит водяной насос и узел смешения находящегося в жидком состоянии кислого газа с водой. (см. патент США №6149344, НКИ 405/128, опубл. 21.11.2000).
2
2
2
2
Недостатками известного устройства является необходимость наличия значительных ресурсов воды для растворения в ней кислых компонентов. Например, для кислого газа, содержащего 83% мол. НS и 17% мол. CO объем воды, требуемой для растворения кислых компонентов, должен не менее чем в два раза превышать объем жидкого кислого газа, а для кислого газа, содержащего 25% мол. HS и 75% мол. СО объем воды, требуемой для растворения кислых компонентов, должен не менее чем в восемь раз превышать объем жидкого кислого газа. Кроме этого при растворении кислых газов в воде существует риск коррозионных разрушений оборудования и трубопроводов, а также образования гидратов.
При создании полезной модели решались технические задачи исключения использования воды при закачке кислых газов в пласт, снижения риска коррозионных разрушений оборудования и трубопроводов, а также образования гидратов.
Данные технические задачи решаются тем, что устройство подготовки кислого газа для закачки в пласт через нагнетательную скважину, включающее более одного блока сжатия-охлаждения кислого газа, каждый из которых состоит из последовательно установленных компрессора и холодильника, и систему трубопроводов, согласно полезной модели, устройство снабжено установкой осушки кислого газа, каждый блок сжатия-охлаждения снабжен установленным после холодильника сепаратором, отделяющим воду из кислого газа. Верхняя часть каждого сепаратора кроме сепаратора последнего блока сжатия-охлаждения кислого газа соединена с компрессором последующего блока сжатия-охлаждения кислого газа, а нижняя часть каждого сепаратора снабжена трубопроводом вывода воды из устройства. Верхняя часть сепаратора последнего блока сжатия-охлаждения кислого газа соединена с абсорбером установки осушки кислого газа, верхняя часть которого через компрессор, холодильник и насос соединена с нагнетательной скважиной, а нижняя часть абсорбера соединена через клапан сброса давления с емкостью-экспанзером, верхняя часть которой соединена с трубопроводом подачи кислого газа на первый блок сжатия-охлаждения, а нижняя часть - через теплообменник соединена с регенератором абсорбента, который снабжен рибойлером. Нижняя часть регенератора абсорбента через теплообменник, насос и холодильник соединена с абсорбером, а верхняя - через холодильник с трубопроводом вывода воды из устройства.
Данная полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором приведена схема устройства подготовки кислого газа для закачки в скважину, содержащего три блока сжатия кислого газа.
Заявленное устройство состоит из трубопровода 1 подачи кислого газа в первый блок сжатия-охлаждения кислого газа, состоящего из компрессора 2, соединенного трубопроводом 3 с холодильником 4, который соединен трубопроводом 5 с сепаратором 6. Верхняя часть сепаратора 6 соединена трубопроводом 7 со вторым блоком сжатия-охлаждения кислого газа, а к нижней части присоединен трубопровод 8 вывода воды из устройства.
Второй блок сжатия-охлаждения кислого газа состоит из компрессора 9, соединенного трубопроводом 10 с холодильником 11, который соединен трубопроводом 12 с сепаратором 13. Верхняя часть сепаратора 13 соединена трубопроводом 14 с третьим блоком сжатия-охлаждения кислого газа, а нижняя часть - трубопроводом 15 с трубопроводом 8 вывода воды из устройства.
Третий блок сжатия-охлаждения кислого газа состоит из компрессора 16, соединенного трубопроводом 17 с холодильником 18, который соединен трубопроводом 19 с сепаратором 20. Верхняя часть сепаратора 20 соединена трубопроводом 21 с абсорбером 22 установки осушки кислого газа, а нижняя часть - трубопроводом 23 с трубопроводом 8 вывода воды из устройства.
Верхняя часть сепаратора 22 соединена трубопроводом 24 с компрессором 25, соединенного трубопроводом 26 с холодильником 27, который соединен трубопроводом 28 с насосом 29, подающим кислый газ на головку нагнетательной скважиной (на чертеже условно не показано).
Нижняя часть сепаратора 22 соединена трубопроводом 31, имеющим клапан сброса давления 32 с емкостью-экспанзером 33, верхняя часть которого трубопроводом 34 соединена с трубопроводом подачи кислого газа 1 на первый блок сжатия-охлаждения.
Нижняя часть емкости-экспанзера 33 соединена с регенератором абсорбента 35 посредством трубопровода 36, проходящего через теплообменник 37.
Регенератор абсорбента 35 снабжен рибойлером 38.
Нижняя часть регенератора абсорбента 35 соединена с насосом 39 посредством трубопровода 40, проходящего через теплообменник 37. Насос 39 соединен трубопроводом 41 с водяным холодильником либо аппаратом воздушного охлаждения 42, который трубопроводом 43 соединен с абсорбером 22.
Верхняя часть регенератора абсорбента 35 трубопроводом 44 соединена с холодильником 45, который трубопроводом 46 соединен с трубопроводом вывода воды 8 из устройства.
Устройство работает следующим образом.
Кислый газ с установки очистки газа от кислых компонентов с давлением 0,1÷0,2 МПа смешивается с рециркулируемым кислым газом, поступающим по трубопроводу 34 из емкости-экспанзера 33 и по трубопроводу 1 подается на вход компрессора 2 первого блока сжатия-охлаждения, в котором кислый газ сжимается до давления 0,3÷0,6 МПа. Далее по трубопроводу 3 кислый газ попадает в холодильник 4 (который может быть выполнен в виде аппарата воздушного охлаждения), в котором кислый газ охлаждается до температуры 40÷60°С, после чего по трубопроводу 5 направляется в сепаратор 6. В сепараторе 6 охлажденный кислый газ разделяется на газовую фазу (кислый газ), выводящуюся по трубопроводу 7, и воду, отводящуюся по трубопроводу 8 вывода воды из устройства.
Кислый газ по трубопроводу 7 подается на вход компрессора 9 второго блока сжатия-охлаждения, в котором его сжимают до давления 1,0÷2,0 МПа. После компрессора 9 кислый газ по трубопроводу 10 подается в холодильник 11 (который может быть выполнен в виде аппарата воздушного охлаждения), в котором кислый газ охлаждается до температуры 40÷60°С, после чего по трубопроводу 12 попадает в сепаратор 13. В сепараторе 13 происходит отделение влаги, отводящейся по трубопроводу 15 в трубопровод 8 вывода воды из устройства.
Кислый газ из сепаратора 13 по трубопроводу 14 направляется на вход компрессора 16 третьего блока сжатия-охлаждения. Кислый газ сжимается компрессором 16 до давления 2,5÷5,0 МПа и по трубопроводу 17 подается в холодильник 18 (который может быть выполнен в виде аппарата воздушного охлаждения), где кислый газ охлаждается до температуры 40÷60°С.
Охлажденный в холодильнике 18 кислый газ по трубопроводу 19 подается в сепаратор 20 для отделения выделившейся при сжатии и охлаждении воды. Затем отсепарированный кислый газ направляется по трубопроводу 21 в абсорбер 22 установки осушки кислого газа, а отделенная воду - по трубопроводу 23 в трубопровод 8 вывода воды из устройства.
Кислый газ с давлением 2,5÷5,0 МПа подается по трубопроводу 21 в абсорбер 22 узла осушки, в котором кислый газ осушается до остаточного содержания воды не более 0,01% масс. Абсорбер 22 орошается высококонцентрированным раствором триэтиленгликоля (ТЭГ) (97,5÷99,5% масс.), подаваемым в абсорбер 22 по трубопроводу 43. В абсорбере 22 раствор ТЭГ взаимодействует с кислым газом с поглощением из последнего избыточной влаги.
Осушенный кислый газ с температурой 45÷65°С выводится из верхней части абсорбера 22 по трубопроводу 24 и подается на вход компрессора 25, где его дожимают до давления 5,5÷10,0 МПа. Далее по трубопроводу 26 кислый газ охлаждается в водяном холодильнике или аппарате воздушного охлаждения 27 до температуры 40÷60°С. При этих условиях поток кислых газов обязательно должен находиться в однофазном жидком состоянии. При невыполнении этого условия необходима дополнительная ступень компримирования.
В зависимости от пластовых условий жидкий кислый газ после водяного холодильника или аппарата воздушного охлаждения 27 по трубопроводу 28 направляется либо на насос 29 для дожатия и подачи на головку нагнетательной скважины, либо сразу на головку нагнетательной скважины для закачки в пласт.
Насыщенный водой раствор ТЭГ с температурой 45÷65°С выводится с низа абсорбера 22 и по трубопроводу 31 через клапан 32, где происходит сброс давления потока раствора ТЭГ до 0,1÷0,3 МПа, направляется в емкость-экспанзер 33, где происходит выделение поглощенных кислых компонентов. Газ экспанзии по трубопроводу 34 подается в трубопровод 1
подачи кислого газа в первый блок сжатия-охлаждения кислого газа, где он смешивается с исходным потоком кислого газа и подается на вход компрессора первой ступени 2.
Раствор ТЭГ выводится из экспанзера 33 и по трубопроводу 36 проходит через теплообменник 37, в котором нагревается потоком регенерированного раствора ТЭГ до температуры 150÷200°С, а затем подается на регенерацию в регенератор абсорбента 35. В регенераторе абсорбента 35 происходит десорбция поглощенной влаги при температуре 160÷230°С. Тепло в регенератор абсорбента 35 подводится с помощью водяного пара, вырабатываемого в рибойлере 38.
Регенерированный раствор ТЭГ выводится из кубовой части регенератора абсорбента 35 по трубопроводу 40, охлаждается, нагревая раствор насыщенного абсорбента, в теплообменнике 37 до температуры 80÷150°С, и подается на всас насоса 39. Насосом 39 раствор ТЭГ дожимается до давления 2,5÷5,0 МПа, и по трубопроводу 41 подается в водяной холодильник (либо аппарат воздушного охлаждения) 42, где он охлаждается до температуры 30÷50°С и по трубопроводу 43 подается на орошение абсорбера 22.
Водяные пары выводятся из верхней части регенератора 35 по трубопроводу 44, охлаждаются в холодильнике 45 (который может быть выполнен в виде аппарата воздушного охлаждения) и по трубопроводу 46 подаются в трубопровод 8 на смешивание с водой из сепараторов 6, 13 и 20. Далее эта воду направляется на блок подготовки к закачке в пласт, либо на прочие нужды.