СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ТРАНСПОРТИРОВКЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА
METHOD OF PREPARATION FOR TRANSPORTATION OF NATURAL GAS

Изобретение относится к области добычи природного газа, в частности его подготовке к дальнейшей транспортировке, а также эксплуатации газосборных трубопроводов и теплообменной установки для понижения температуры газа после компримирования на пункте сбора и подготовки газа.
При сборе и подготовке к транспортировке природного газа (далее - газ) существуют две объективные проблемы, связанные с составом и свойствами газа и тем технологическим оборудованием, которое используется на газовых промыслах, на решение которых будет предложено единое техническое решение.
Одной из проблем, возникающих на стадии сбора газа, является образование отложений и пробок изо льда и газогидратов из-за наличия воды в его составе в трубопроводной системе - газопроводах. Причина их образования - постепенное понижение температуры и постоянное наличие давления в газопроводах.
Из «Уровня техники» наиболее известным и распространенным способом предупреждения образования льда и газогидратов в газопроводах является подача в газопроводы таких ингибиторов, как метанол и гликоль (стр. 395 источника: Коротаев Ю.П., Ширковский А.И. Добыча, транспорт и подземное хранение газа. Учебник для вузов. - М.: Недра, 1984. - 487 с.).
Согласно изобретению «Устройство для транспортировки газа и газоконденсата в системе скважина-газопровод (шлейф) по патенту на изобретение №2372553 (опубл. 10.11.2009) для предупреждения образования газогидратов в газопровод в поток газа дозируют смесь метанола с полимером.
В последующем ингибиторы предлагается выделять из продукции газопровода для последующего применения, что является достаточно затратной технологической процедурой.
Для поддержания температуры в полости газопровода выше величины 273 К (0°C) во избежание образования льда и выше той температуры, при которой в условиях газопровода образуются газогидраты, возможно применение греющих кабелей, проложенных снаружи или внутри газопровода. Способ имеет только один недостаток - это высокая стоимость технологии.
Вторая проблема - охлаждения флюида, которая возникает на стадии компримирования собранного газа для его подачи в магистральный газопровод, который в теплообменной установке отнимает тепло от нагретого до температуры 85-100°C газа в результате его компримирования.
В качестве охлаждающего флюида на практике широко применяют воздух, газовый конденсат или воду. Соответственно и охлаждающий флюид после его нагрева в теплообменнике необходимо охлаждать с помощью дорогостоящих холодильных установок. Применение в используемых на практике теплообменных установках типа аппаратов воздушного охлаждения (далее ABO) воздуха с температурой окружающей среды выгодно с технологической стороны, но дорого из-за значительного энергопотребления электроприводов ABO. К тому же нагретый в ABO воздух, как правило, удаляется в окружающую атмосферу без полезного применения полученной тепловой энергии. При применении воды в качестве теплоносителя в зимний период заморозится не только внешний трубопровод, но и трубопровод, находящийся в газопроводе, так как при движении водометанольного раствора (далее BMP) в интенсивном режиме после газопровода по внешнему трубопроводу его температура может упасть ниже 0°C в зимний период времени, что может привести к аварийной остановке циркуляции BMP в трубопроводной системе.
Предложенное техническое новшество решает обе описанные выше проблемы: водометанольный раствор в теплообменной установке охлаждает природный газ до необходимой температуры порядка 30-40°C и при этом нагревается до 70-85°C.
Задачей изобретения является обеспечение одновременной эффективной и безаварийной эксплуатации двух взаимосвязанных на газовых промыслах технологических систем: сбор природного газа и его охлаждение в теплообменной установке после компримирования.
Технический результат обеспечивается способом подготовки к транспортировке природного газа, заключающимся в доставке влажного газа от скважины до дожимной компрессорной станции по газопроводу, очистке газа от капельной влаги, сжатии газа на компрессорной установке и охлаждении газа в теплообменнике, в отличие от аналога, для охлаждения газа в теплообменнике используют BMP, который после теплообменника в нагретом состоянии направляют для охлаждения в полость газопровода по трубопроводу меньшего диаметра, проложенному внутри газопровода, а охлажденный в газопроводе BMP возвращают в теплообменник по внешнему трубопроводу, причем в зависимости от температуры окружающей среды изначально BMP может быть направлен после теплообменника в сторону скважины во внешний трубопровод, а от скважины до теплообменника - по трубопроводу, проложенному в полости газопровода.
Предложенное техническое решение имеет существенное отличие от известных способов подготовки к транспортировке природного газа.
Применение BMP в качестве многофункциональной жидкости дает априори два известных ранее положительных эффекта и новый, неизвестный ранее технический результат:
- в теплообменнике охлаждения газа BMP охлаждает газ и сам нагревается;
- для охлаждения BMP подается в трубопровод, проложенный во внутренней полости газопровода, в которой он выполняет еще и дополнительную функцию - предупреждает образование льда и газогидратов благодаря поддержанию температуры газового потока выше температуры гидратообразования за счет своей повышенной температуры;
- BMP не замерзнет в результате понижения его температуры ниже 0°C благодаря наличию метанола в растворе.
Схема предложенного способа подготовки к транспортировке природного газа приведена на фиг. 1, где обозначены следующие элементы:
1 - газодобывающая скважина,
2 - газопровод от скважины до компрессорной станции,
3 - внутриполостной трубопровод для обогрева газа,
4 - внешний трубопровод,
5 - дожимная компрессорная станция (ДКС),
6 - теплообменник по охлаждению газа,
7 - магистральный газопровод,
8 - емкость с BMP,
9 - насос подкачки BMP,
10 - пробоотборник для отбора проб BMP,
11 - насос,
12 - задвижка,
13 - задвижка,
14 - задвижка,
15 - задвижка,
16 - газосепаратор.
Способ подготовки к транспортировке природного газа реализуется в следующей последовательности. От скважины (1) до теплообменника (6), находящегося в зоне дожимной компрессорной станции (5), прокладывают два трубопровода: внутриполостной (3) и внешний (4). Внутриполостной трубопровод прокладывают внутри газопровода по технологии «труба в трубе», а внешний трубопровод прокладывают снаружи газопровода. Оба трубопровода соединяются в единую циркуляционную систему через теплообменник (6) и заполняются BMP. Движение BMP по единой циркуляционной системе в том или ином направлении организуют с помощью насоса (11) и четырех задвижек (12-15).
Реализация способа предлагается в двух режимах движения теплоносителя по трубопроводной системе - интенсивном и пассивном.
1. Интенсивный режим. В зимний период времени нагретый BMP после ДКС (5) до температуры газа от 15 до 20°C подается непосредственно в газопровод (2) по трубопроводу (3), проложенному в полости газопровода (2). Задвижки (12) и (13) открыты, а задвижки (14) и (15) - закрыты. Насос (11) направляет теплоноситель - BMP, нагретый в теплообменнике (6) до температуры от 30 до 50°C, в конечную часть газопровода (2). По внешнему трубопроводу (4) охлажденный теплоноситель возвращается в теплообменник (6). Дальнейшее охлаждение BMP происходит при движении по внешнему трубопроводу (4). Такой режим выполняет две функции: поддерживает необходимую температуру в газопроводе и охлаждает теплоноситель BMP перед его поступлением в теплообменник, обеспечивая поддержание температуры газа в газопроводе выше тех температур, при которых образуются лед и газогидраты.
2. Пассивный режим. Предназначен для летнего периода времени, когда актуальность обогрева газопровода снижается, но необходимость охлаждения BMP остается такой же, как и в зимний период. BMP с температурой газа от 50 до 100°C после ДКС (5) направляется во внешний трубопровод (4) и по пути к газовой скважине охлаждается до температуры 20°C. С такой же температурой BMP поступает во внутренний трубопровод (3), расположенный в полости газопровода (2), а покидает газопровод с температурой -10°C, близкой к температуре газа. Задвижки (12) и (13) закрыты, а задвижки (14) и (15) - открыты. Насос (11) направляет теплоноситель - BMP в теплообменник (6) и далее - во внешний трубопровод (4) для охлаждения BMP. Такой режим выполняет задачу охлаждения BMP и, как следствие, обеспечивает работу теплообменника.
BMP хранится в емкости (8) и при необходимости насосом (9) подается в единую циркуляционную систему. Такая необходимость может возникнуть при возникновении утечек BMP в циркуляционной системе. Качественный состав BMP в системе контролируется путем периодического отбора проб из пробоотборника (10).
Предложенный в настоящем изобретении способ подготовки к транспортировке природного газа, на наш взгляд, соответствует критерию новизна и имеет существенные отличия от известных ранее технических решений по следующим позициям:
- впервые в практике газодобывающих предприятий одна технологическая жидкость - BMP выполняет две функции: охлаждение природного газа в теплообменнике и передача тепла газу в газопроводе в зимний период времени. Такая схема, в отличие от существующих установок и технологий, максимально полезно использует энергию, расходуемую на промысле, в первую очередь, энергию привода компрессорных установок ДКС;
- ввиду своего компонентного состава BMP может иметь и отрицательную температуру в циркуляционной системе, что совершенно невозможно в традиционных циркуляционных системах, в которых используется вода в качестве теплоносителя.