СПОСОБ ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЯЖЕЛОЙ СЫРОЙ НЕФТИ, СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТЯЖЕЛОЙ СЫРОЙ НЕФТИ И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЯЖЕЛОЙ СЫРОЙ НЕФТИ
METHOD TO FEED FUEL TO PLANT FOR PRODUCTION OF HEAVY CRUDE OIL, METHOD TO PRODUCE HEAVY CRUDE OIL AND APPROPRIATE PLANT FOR PRODUCTION OF HEAVY CRUDE OIL

Настоящее изобретение касается способа питания топливом установки для производства тяжелой сырой нефти и способа производства тяжелой сырой нефти, в котором применяют упомянутый способ питания. Оно касается также установки для производства тяжелой сырой нефти, в которой применяют упомянутый способ производства.
В сравнении с классической легкой сырой нефтью тяжелая и сверхтяжелая сырая нефть, называемые также тяжелой нефтью и природным битумом, как правило, содержат намного больше тяжелых углеродосодержащих соединений, отличаются гораздо большим содержанием серы, азота и тяжелых металлов. Однако классические нефтеперерабатывающие заводы предназначены в основном для обработки классической легкой сырой нефти. Поэтому экономически более предпочтительно построить обогатительный завод, который трансформирует тяжелую сырую нефть в более легкую «синтетическую» сырую нефть, которую затем доставляют на любой классический нефтеперерабатывающий завод для ее переработки в коммерческие продукты (бензин, газойль и т.д.).
Кроме того, добыча тяжелой и сверхтяжелой сырой нефти, как правило, имеющей плотность менее 20° АПИ, является чрезвычайно сложной по причине ее повышенной вязкости. Одной из основных проблем, с которыми сталкиваются нефтяники, является транспортировка тяжелой нефти, например, добываемой на месторождениях Атабаски в Канаде или в нефтяном поясе Ориноко в Венесуэле, от места добычи (скважины для добычи тяжелой или сверхтяжелой сырой нефти, месторождения битуминозных песков и т.д.) до мест обработки (заводы по обогащению тяжелой сырой нефти, нефтеперерабатывающие заводы, на которых можно перерабатывать тяжелую сырую нефть, и т.д.).
Для обеспечения транспортировки тяжелой сырой нефти было предложено несколько решений. Одно из этих решений предусматривает разбавление тяжелой сырой нефти легкой нефтью или легкими нефтяными фракциями, что позволяет снизить плотность и вязкость эфлюента до значений, совместимых со спецификациями транспортных трубопроводов (например, 183,5 мПа·с при 37,7°С и 15°АПИ в Венесуэле и 350 мПа·с при 7,5°С зимой и 18,5°С летом и 19°АПИ в Канаде).
В этом случае можно применить две схемы. В первой схеме разбавитель не рециркулируют, и на нефтеперерабатывающие заводы поставляют разбавленную тяжелую сырую нефть.
Во второй схеме производят рециркуляцию разбавителя при наличии завода по обогащению тяжелой сырой нефти. В этом случае разбавленную тяжелую сырую нефть доставляют по нефтепроводу к этому месту обработки, где разбавитель отделяют путем перегонки от тяжелой сырой нефти и возвращают на место производства по второму трубопроводу и повторно используют на месте.
Этот цикл схематично показан на фиг.1, где трубопровод 1 транспортирует полученную из производственной установки 3 и разбавленную тяжелую сырую нефть в обрабатывающую установку 4, при этом трубопровод 2 транспортирует разбавитель от обрабатывающей установки 4 в производственную установку 3. Разбавитель смешивают с тяжелой сырой нефтью на уровне производственной установки 3, чтобы обеспечить ее транспортировку в обрабатывающую установку 4.
Если вязкость тяжелой сырой нефти не слишком высока, она сохраняет определенную «подвижность» (т.е. определенную текучесть) в условиях давления и температуры нефтяного пласта. Поэтому ее можно добывать классическими способами извлечения, такими как простое природное истощение залежи, называемое также «холодной добычей», поскольку она не требует подачи энергии извне, если не считать активации скважины.
Слишком вязкую тяжелую сырую нефть невозможно добывать из скважины без ее предварительного нагрева или разбавления. В этом случае говорят о «горячей добыче». Одной из применяемых технологий является непрерывное нагнетание водяного пара, которое называют SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage). Эта технология основана на бурении пары горизонтальных скважин, эксплуатационной скважины, расположенной в основании пласта, и нагнетательной скважины, выполняемой бурением в нескольких метрах над первой скважиной. Водяной пар, нагнетаемый в нагнетательную скважину, нагревает битуминозный слой. Разжиженная тяжелая сырая нефть и конденсационная вода перетекают за счет силы тяжести в производственную скважину, откуда их откачивают на поверхность.
Учитывая используемые физические механизмы, холодная добыча, как и горячая добыча, позволяет извлекать на месте только часть тяжелой сырой нефти: при холодной добыче норма отбора сверхтяжелой сырой нефти, как правило, ниже 10%, тогда как горячая добыча, хотя и является эффективной, позволяет достигать степени отбора порядка 20% или более в зависимости от характеристик залежи. Таким образом, горячую добычу можно применять также в случае залежей тяжелой сырой нефти, обладающей некоторой подвижностью, чтобы повысить их производительность.
Однако основным недостатком горячей добычи является то, что она требует привлечения большого количества энергии. Действительно, необходимо использовать топливо для печей и/или котлов, чтобы, кроме всего прочего, получать водяной пар.
Как правило, в качестве топлива используют природный газ. Однако он не всегда есть в наличии вблизи места добычи, и, кроме того, его стоимость в будущем может повыситься.
Можно использовать другое альтернативное топливо, такое как сама тяжелая сырая нефть. Так, часть этой нефти можно использовать для получения энергии на месте добычи. Вместе с тем, это решение влечет за собой снижение чистой добычи на нефтепромысле, которое может достигать 15-20%.
Другое решение состоит в использовании твердого топлива, такого как уголь или кокс, доставляемого по земле для последующего сжигания. Стоимость этого топлива и его транспортировка, особенно когда нефтепромыслы находятся в труднодоступных географических регионах, являются серьезным недостатком.
Поэтому возникает насущная потребность в альтернативном решении, которое может удовлетворить все возрастающие потребности в энергии на местах производства тяжелой сырой нефти.
В этой связи изобретением предлагается способ питания топливом установки по производству тяжелой сырой нефти, при этом упомянутая установка содержит
- трубопровод питания разбавителем(ями), предназначенный для транспортировки, по меньше мере, одного разбавителя от обрабатывающей установки в упомянутую производственную установку,
- трубопровод удаления, предназначенный для транспортировки тяжелой сырой нефти, полученной на производственной установке и смешанной с разбавителем(ями), от производственной установки в обрабатывающую установку,
отличающийся тем, что трубопровод питания разбавителем(ями) используют для транспортировки смеси топлива и разбавителя(ей) в производственную установку.
Упомянутый разбавитель выполнен с возможностью его смешивания с тяжелой сырой нефтью, получаемой на производственной установке, для ее транспортировки по нефтепроводу.
Преимуществом способа в соответствии с настоящим изобретением является использование уже существующего устройства, т.е. существующих трубопроводов для доставки разбавителя или смеси разбавителей к месту добычи тяжелой сырой нефти, таким образом, чтобы его можно было применять без внесения существенных изменений в существующие установки.
Способ в соответствии с настоящим изобретением можно также применять «по запросу», т.е. в зависимости от энергетических потребностей нефтепромысла, направляя большее или меньшее количество топлива или вовсе его не направляя, как в случае классического цикла разбавления. Кроме того, способ в соответствии с настоящим изобретением можно применять периодически.
Предпочтительно топливо является углеводородной фракцией.
Предпочтительно используют тяжелую углеводородную фракцию, как правило, практически не поддающуюся обогащению, имеющую углеродистый остаток по Конрадсону CCR, превышающий или равный 10 мас.%, предпочтительно превышающий или равный 15 мас.% и еще более предпочтительно - превышающий или равный 20 мас.%.
Углеводородную фракцию получают, например, в результате переработки тяжелой сырой нефти в упомянутой обрабатывающей установке. Однако предпочтительно используют углеводородную фракцию, полученную в результате переработки тяжелой сырой нефти, произведенной упомянутой производственной установкой.
Обрабатывающая установка позволяет осуществлять обогащение, которое состоит в превращении тяжелой нефти в продукт, плотность и вязкость которого соответствуют плотности и вязкости классической легкой нефти. Такая обрабатывающая установка (обогатительный завод), как правило, содержит несколько установок:
- установки для перегонки при атмосферном давлении и в вакууме,
- установки дезасфальтизации,
- установки коксования,
- установки гидрокрекинга (в стационарном слое/в кипящем слое/в слое суспензии),
- установки гидрообработки.
Можно использовать углеводородную фракцию, выбранную из группы, в которую входят остаток перегонки при атмосферном давлении, остаток вакуумной перегонки, битумный остаток дезасфальтизации и остаток гидрокрекинга, получаемые при обработке тяжелой сырой нефти, которая предпочтительно является тяжелой сырой нефтью, полученной из упомянутой производственной установки.
Предпочтительно разбавитель выбирают из легких фракций или нефтепродуктов, таких как конденсат, нафта (в частности, нафта коксования), керосин, газойль, LCO, смеси дистиллятов и т.д.
В варианте разбавитель выбирают из органических растворителей, таких как спирты, такие как метанол, этанол, пропанол, изопропанол и гексанол, сложные эфиры и простые эфиры, такие как MTBE, TAME, а также синтетические парафины, полученные в результате обработки газа или биомассы.
Предпочтительно и, в частности, когда расстояние между обрабатывающей установкой и производственной установкой является большим, топливо и разбавитель(и) выбирают таким образом, чтобы смесь топливо-разбавитель(и) имела предел устойчивости S-value ≥1 (стандарт ASTM D7157), предпочтительно S-value ≥1,35. Это позволяет избежать осаждений в трубопроводе по причине неустойчивости смеси топливо-разбавитель.
Верхнее соотношение топливо/разбавитель ограничено количеством разбавителя, необходимым для получения продукта, который можно транспортировать по нефтепроводу. Так, предпочтительно верхний предел соотношения топливо/разбавитель составляет от 70% до 80% и достаточен, чтобы смесь можно было транспортировать.
Как правило, нижний предел соотношения топливо/разбавитель составляет от 10% до 20%. Поскольку отношение между вязкостью смеси и объемом добавляемого разбавителя является экспоненциальным, максимум снижения вязкости соответствует определенному содержанию растворителя, которое желательно не превышать.
Объектом настоящего изобретения является также способ производства тяжелой сырой нефти при помощи установки производства тяжелой сырой нефти, при этом упомянутая установка содержит
- трубопровод питания разбавителем(ями), предназначенный для транспортировки, по меньшей мере, одного разбавителя от обрабатывающей установки в упомянутую производственную установку,
- трубопровод удаления, предназначенный для транспортировки тяжелой сырой нефти, полученной на производственной установке и смешанной с разбавителем(ями), от производственной установки в обрабатывающую установку,
при этом упомянутый способ содержит
(а) доставку топлива в смеси с, по меньшей мере, одним разбавителем, согласно способу питания топливом в соответствии с настоящим изобретением,
(b) разделение топлива и разбавителя в производственной установке.
Упомянутый разбавитель выполнен с возможностью смешивания с тяжелой сырой нефтью, полученной на производственной установке, с целью ее транспортировки по трубопроводу.
Этап (b) разделения топлива и разбавителя можно осуществлять либо путем перегонки, либо более просто путем непрерывного разделения жидкости и пара. Действительно, поскольку топливо и разбавитель, используемые в соответствии с настоящим изобретением, имеют совершенно разные характеристики, их можно полностью разделить при помощи простого процесса мгновенного испарения.
В зависимости от типа углеводородной фракции, рециркулируемой вместе с разбавителем, этот этап разделения можно дополнить другими физико-химическими видами обработки разделения (например: дезасфальтизацией).
Предпочтительно этот способ содержит этап сжигания или газификации топлива, отделенного в производственной установке.
Объектом настоящего изобретения является также  установка производства тяжелой сырой нефти для осуществления способа производства в соответствии с настоящим изобретением, при этом упомянутая установка содержит
- трубопровод питания разбавителем(ями), предназначенный для транспортировки, по меньшей мере, одного разбавителя от обрабатывающей установки в упомянутую производственную установку,
- трубопровод удаления, предназначенный для транспортировки тяжелой сырой нефти, полученной на производственной установке и смешанной с разбавителем(ями), от производственной установки в обрабатывающую установку,
отличающаяся тем, что содержит устройство разделения, соединенное с трубопроводом питания разбавителем(ями), при этом упомянутое устройство выполнено с возможностью разделения смеси топливо-разбавитель, циркулирующей в упомянутом трубопроводе питания.
Предпочтительно установка содержит устройство газификации или сжигания топлива, отделенного при помощи устройства разделения, при этом упомянутое устройство сжигания выполнено с возможностью производства энергии, необходимой для извлечения тяжелой сырой нефти с использованием упомянутого топлива.
В качестве устройства сжигания можно использовать, например, котел сжигания топлива в кипящем слое (CFBB).
Способ питания в соответствии с настоящим изобретением имеет несколько преимуществ:
- использование уже существующего устройства (уже существующих трубопроводов), которое требует только добавления устройства разделения на месте производства и, в случае необходимости, переоборудования существующего трубопровода для разбавителя (насосная станция);
- применение «по запросу» в зависимости от энергетических потребностей на месте производства;
- предпочтительное применение, когда обрабатывающий завод содержит установку коксования, питаемую вакуумным остатком: при общем переоборудовании завода, не затрагивающем установки коксования, при этом излишек вакуумного остатка, получаемый при дополнительной обработке сверхтяжелой сырой нефти, направляется на место производства для использования в качестве топлива.
Далее следует описание изобретения со ссылками на прилагаемые не ограничительные чертежи, на которых:
фиг.1 - схематичный вид трубопроводов (нефтепроводов), соединяющих установку производства тяжелой сырой нефти с обрабатывающей установкой;
фиг.2 - схематичный вид обрабатывающей установки и производственной установки в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показана установка 10 производства тяжелой сырой нефти, соединенная с установкой 11 обработки полученной тяжелой сырой нефти трубопроводами питания 12 и удаления 13. Трубопровод 12 питания подает разбавитель в производственную установку, трубопровод удаления транспортирует полученную тяжелую сырую нефть, смешанную с разбавителем, в обрабатывающую установку. Согласно способу в соответствии с настоящим изобретением, трубопровод 12 питания используют для транспортировки топлива, поступающего из обрабатывающей установки в смеси с разбавителем, в производственную установку.
Производственная установка 10 в соответствии с настоящим изобретением оборудована устройством 14 разделения для разделения топлива и разбавителя, поступающих по трубопроводу 12 питания. Отделенное топливо С транспортируют в устройство 15 сжигания для производства энергии с целью производства тяжелой сырой нефти BL. Что касается отделенного разбавителя D, то его смешивают с полученной тяжелой сырой нефтью для транспортировки в обрабатывающую установку по трубопроводу 13 удаления.
Обрабатывающая установка содержит устройство 16 разделения разбавителя и тяжелой сырой нефти, которое разделяет разбавитель D для его подачи по трубопроводу 12 в производственную установку и тяжелую сырую нефть BL. Как правило, это разделение осуществляют путем перегонки при атмосферном давлении.
После этого производят вакуумную перегонку тяжелой сырой нефти в колонне 17. Полученный вакуумный остаток RSV, который может составлять примерно 50% от тяжелой сырой нефти, можно обрабатывать в установке 18 коксования. Обрабатывающая установка может быть также оборудована установкой 19 дезасфальтизации для обработки вакуумного остатка RSV.
Если обрабатывающая установка содержит установку 18 коксования, вакуумный остаток трансформируют в кокс и более легкие компоненты. Часть этого остатка можно направить через трубопровод 20 на вход трубопровода 12 питания, в который он заходит в виде смеси с разбавителем, для его транспортировки в производственную установку с целью использования в качестве топлива после отделения от разбавителя.
Если обрабатывающая установка содержит установку 19 дезасфальтизации, вакуумный остаток трансформируют в очищенную от асфальта нефть DAO и в остаток дезасфальтизации. Остаток дезасфальтизации можно направить через трубопровод 21 на вход трубопровода 12 подачи, в который он поступает в смеси с разбавителем, для транспортировки в производственную установку и использования в качестве топлива после отделения от разбавителя.
ПРИМЕРЫ
Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение и его преимущества, не ограничивая при этом объема его правовой защиты.
Были произведены тесты на нескольких смесях топлива и разбавителей.
Были произведены тесты на следующих видах топлива:
- вакуумный остаток (RSV) сверхтяжелой сырой нефти Zuata, добытой в Венесуэле;
- битумный остаток после дезасфальтизации пентаном нефти Атабаски, полученный термическим путем (SAGD); наиболее тяжелый жидкий продукт.
Топливо имеет следующие свойства:
Таблица 1
<b>Свойства протестированных видов топлива</b>
Битумный остаток
RSV
Плотность при 15°С (кг/м<sup>3</sup>)
1099,1
1051,6
Кинематическая вязкость при 190°С (мм<sup>2</sup>/с)
403,9
Кинематическая вязкость при 200°С (мм<sup>2</sup>/с)
580,8
Кинематическая вязкость при 210°С (мм<sup>2</sup>/с)
189,2
Кинематическая вязкость при 230°С (мм<sup>2</sup>/с)
266,1
Были произведены тесты на следующих растворителях:
- легкая нафта,
- тяжелая нафта,
- общая нафта (32% легкой нафты + 68% тяжелой нафты),
- керосиновая фракция,
- нафта коксования.
Таблица 2
<b>Свойства протестированных разбавителей</b>
Легкая нафта
Тяжелая нафта
Общая нафта
Керосиновая фракция
Нафта коксования
Плотность при 15°С (кг/м<sup>3</sup>)
649,3
734,0
705,7
797,4
802,9
В этом неограничительном примере авторы поставили перед собой следующие дополнительные условия:
(1) смесь должна обладать достаточным запасом устойчивости (S-Value≥1,35 по стандарту ASTM D7157), чтобы избежать любой проблемы декантации.
(2) Смесь должна отвечать спецификациям трубопроводов:
- В Венесуэле:
- 183,5 мПа·с при 37,7°С максимум, 15°АПИ плотности минимум.
- В Канаде:
- 0,935 плотности максимум и 350 мПа·с максимум при 7,5°С зимой,
- 0,935 плотности максимум и 350 мПа·с максимум при 18,5°С летом.
Смеси разбавителя и топлива рассматривались для двух составов:
- 85 мас.% разбавителя + 15 мас.% топлива,
- 70 мас.% разбавителя + 30 мас.% топлива.
Результаты тестов представлены в таблицах 3 и 4. Были сделаны следующие выводы:
(а) Неустойчивые смеси можно разбить на две категории:
- Очень неустойчивые: появление двух фаз (смешиваемость отсутствует).
- Слегка неустойчивые: отсутствие смешиваемости на глаз не обнаруживается, но измерение устойчивости или простой тест с использованием пятна показывают, что продукт является неустойчивым (S-value<1).
(b) Следующие смеси не обладают достаточным запасом устойчивости:
70/30 тяжелая нафта/битумный остаток,
70/30 общая нафта/битумный остаток,
85/15 керосиновая фракция/битумный остаток,
85/15 легкая нафта/RSV,
70/30 легкая нафта/RSV.
(c) Устойчивые смеси (S-Value>1,35) отвечают условию плотности трубопроводов.
(d) С точки зрения вязкости, все протестированные смеси отвечают необходимым спецификациям, кроме смеси 30% битумного остатка + 70% керосиновой фракции, которая не отвечает зимним условиям канадских трубопроводов.