СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ПОПУТНОГО СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕГО НЕФТЯНОГО ГАЗА
UTILISATION METHOD OF ASSOCIATED HYDROGEN SULPHIDE CONTAINING OIL GAS

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при утилизации попутного сероводородсодержащего нефтяного газа.
Известен способ очистки газов от сернистых соединений. Очистка и осушка природного и попутного нефтяного газов с высоким содержанием сероводорода включает получение диоксида серы сжиганием серы и серосодержащих соединений в печи, его смешение с растворителем, промывку этим раствором исходного газа от сероводорода с получением элементарной серы и воды, выведение суспензии серы и отделение серы от растворителя, возвращение растворителя и части серы в технологический процесс очистки, а также осушку газа за счет поглощения воды из газа в два этапа. Вначале исходный газ промывают водным раствором сернистой, серной кислот и диоксида серы, полученных путем очистки дымовых газов, образовавшихся при сжигании регенерационных газов и частично серы в топке котла, а затем производят окончательную очистку и осушку газа на твердых адсорбентах и при этом утилизируют тепло от сжигания регенерационных газов и серы (патент РФ № 2176266, опублик. 27.11.2001).
Известный способ сложен в аппаратурном оформлении, многостадиен и практически неприменим в условиях нефтепромысла при сборе и транспортировке нефти и газа.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ сжигания газов, содержащих примеси, в частности, соединения сероводорода и окислов углерода, характеризующийся подачей газа, содержащего примеси, в факел топливного газа с последующим их поджигом и сжиганием подготовленной смеси. При этом топливный газ предварительно разделяют на две линии - высокого и низкого давления, часть топливного газа высокого давления подают в оголовок высокого давления через газодинамический затвор, установленный внутри указанного оголовка, на выходе из оголовка обеспечивают закрутку потока подготовленной части газа, газ, содержащий примеси, а другую часть топливного газа и газ, содержащий примеси, подают на вход в конфузор, установленный внутри оголовка факела низкого давления, где производят смешение потоков и их ускорение, подготовленную таким образом смесь газов пропускают через газодинамический затвор, установленный внутри оголовка низкого давления, на выходе из оголовка обеспечивают закрутку потока подготовленной таким образом смеси газов, при этом выходные части оголовков факелов высокого и низкого давления размещают с зазором в полой обечайке преимущественно цилиндрической формы в непосредственной близости друг от друга, газ, содержащий примеси, подают соосно потоку топливного газа (патент РФ 2378575, опублик. 10.01.2010 - прототип).
Способ не позволяет сжигать газ с получением полезной работы, а выделяющееся при сжигании тепло бесполезно растрачивается в атмосфере.
В предложенном изобретении решается задача получения полезной работы от сжигания попутного сероводородсодержащего нефтяного газа.
Задача решается тем, что в способе утилизации попутного сероводородсодержащего нефтяного газа, включающем сжигание газа, согласно изобретению, предварительно продукцию скважин от добывающих скважин перекачивают на групповую замерную насосную установку и далее от групповой замерной насосной установки мультифазными насосами на объект подготовки нефти, где производят разделение продукции скважин на жидкость и попутный сероводородсодержащий газ, часть попутного сероводородсодержащего газа направляют на установку подготовки нефти, используют вместо топливного газа попутный сероводородсодержащий газ, а часть попутного сероводородсодержащего газа сжигают в агрегате для выработки электроэнергии, работающем на попутном сероводородсодержащем газе.
Сущность изобретения
Используемая в настоящее время схема проектирования объектов нефтесбора при разработке проектов обустройства нефтяных месторождений предполагает строительство групповых замерных насосных установок (ГЗНУ) или дожимных насосных станций (ДНС). Назначение указанных объектов заключается в том, чтобы нефть, поступающая совместно с попутным газом, при поступлении по закрытой трубопроводной системе со скважин или группы скважин разгазировалась, замерялась и далее транспортировалась на объекты подготовки нефти. При этом попутный нефтяной газ, как правило, предполагается утилизировать по отдельной трубопроводной системе на пункты их утилизации. Учитывая то, что формирование газопроводной системы предусматривает большие затраты, особенно когда пункты утилизации удалены, в проектах обустройства предусматривается утилизация газа непосредственно на объектах сбора нефти, т.е. на ГЗНУ и ДНС со сжиганием на факелах.
Анализ проектируемых объектов ГЗНУ, ДНС показывает следующее:
- в состав объекта входит достаточно большое количество емкостного оборудования, запорной и регулирующей арматуры, кабельной продукции, железобетонных изделий товарного бетона и т.д.;
- объект по составу металлоемкий;
- занимаемая площадь земель под объект с учетом факельного хозяйства очень значительна.
На I этапе была сформирована, а в последующем, в целях апробации реализована, концепция формирования альтернативной схемы нефтесбора при обустройстве нефтяных месторождений.
Основополагающим элементом концепции является следующее:
При проектировании и реконструкции объектов сбора и транспорта нефти, взамен общепринятых объектов ГЗНУ и ДНС, предусматривать насосные станции с использованием многофазных (мультифазных) насосных агрегатов.
Использование многофазных насосных агрегатов позволяет исключить необходимость строительства ГЗНУ, ДНС и системы газосбора для утилизации попутного газа.
Применение указанных насосных агрегатов позволяет осуществлять сбор и дальнейшую совместную транспортировку нефти и попутного газа, поступающего со скважин или группы скважин по одному трубопроводу в систему подготовки нефти.
Реализация I этапа, направленная на решение задачи по осуществлению совместного транспорта нефти и попутного нефтяного газа до пунктов подготовки нефти, позволяет исключить сжигание газа на факелах ГЗНУ и ДНС. При этом объект подготовки нефти (предварительной подготовки), являясь энергоемким объектом, снабжается дополнительным энергоносителем, а именно попутным газом.
На II этапе, исходя из условий потребности в топливном газе, была произведена оценка возможности замещения топливного газа на попутный нефтяной газ с целью выполнения условий по повышению качества подготовки нефти и пластовой воды для системы поддержания пластового давления, при этом позволяющих оптимизировать затраты на подготовку или предварительную подготовку нефти.
Анализ выпускаемой отечественной промышленностью номенклатуры оборудования показал, что использование попутного нефтяного газа взамен топливному возможен. При этом можно достичь тех же параметров, регламентированных технологическими процессами подготовки нефти.
Одним из направлений эффективного использования попутного нефтяного газа являются процессы, связанные с нагревом нефти и воды. Однако, как показали проведенные работы, на II этапе объемы попутного газа, поступающего на объект подготовки или предварительной подготовки нефти, могут быть больше потребностей данного объекта. Указанный факт требует поиска путей полного использования попутного газа. В связи с чем потребовался III этап, который бы предполагал формирование решений по использованию всего до 95% попутного нефтяного газа. В условиях постоянного роста тарифов на электроэнергию на фоне того, что процессы нефтедобычи обусловлены высоким электропотреблением, выработки электроэнергии за счет использования попутного нефтяного газа, бесспорно является предпочтительным. Вместе с тем ряд особенностей попутного нефтяного газа, а именно, наличие сероводорода в газе, не предполагал получение дешевой электроэнергии. Серийно выпускающиеся и используемые агрегаты для выработки электроэнергии рассчитаны на использовании очищенного от сероводорода попутного газа. Очистка газа повышает стоимость вырабатываемой электроэнергии, а производство - нерентабельной. Был разработан энергоагрегат, работающий на попутном сероводородсодержащем нефтяном газе.
Наличие такого оборудования позволяет осуществить полное до 95% использование попутного нефтяного газа. Электроэнергию, вырабатываемую на попутном нефтяном газе с использованием газопоршневых установок, можно использовать как для электроснабжения объектов подготовки нефти, так и для энергоснабжения добывающих скважин.
Реализация всех 3-х этапов позволяет формировать альтернативный новый подход в организации процессов нефтедобычи, включающий в себя добычу, сбор, транспорт и подготовку нефти с использованием новых принципов совместного транспорта нефти и попутного газа, а также использование последнего на технологические нужды, в том числе на выработку электроэнергии, обеспечивающих эксплуатацию добывающих нефтяных скважин. При этом оптимизируются капитальные вложения на обустройство месторождений, снижаются стоимость и металлоемкость объектов нефтедобычи, затраты на электроэнергию.
Пример конкретного выполнения
Учитывая достаточно большую территориальную разбросанность объектов сбора нефти, отсутствие системы газосбора и наличие объекта предварительной подготовки нефти (ДНС-8), где осуществляется сбор добываемой нефти со всего месторождения, работы с испытанием многофазных насосов были начаты на Архангельском месторождении ЦДНГ-4.
Система сбора нефти включает 4 объекта внутрипромысловой перекачки: ГЗНУ-5, ГЗНУ-770, ГЗНУ-4625 и один объект сбора и предварительной подготовки нефти ДНС-8. Все объекты были обустроены по типовой схеме с факельными хозяйствами для сжигания газа. На всех 4 объектах внутрипромысловой перекачки (ГЗНУ) были поэтапно внедрены многофазные винтовые насосные агрегаты производства ВНИИ и БТ "Буровой инструмент" (ГЗНУ-5, 770, 4625) и фирмы "Нетч" (ГЗНУ-770) вместо установленных центробежных насосов типа ЦНС.
3
Предварительно продукцию от 409 добывающих скважин перекачивают на ГЗНУ и далее от ГЗНУ мультифазными насосами типа УЭВНН1-195, УЭВНН1-200, насосами фирмы Нетч на объект подготовки нефти ДНС-8, где производят разделение продукции скважин на жидкость и попутный сероводородсодержащий газ в объеме 1,9 млн м/год. 2/3 этого попутного сероводородсодержащего газа направляют на установку подготовки нефти, где вместо топливного газа в печах для нагрева нефти, выполненных в коррозионно-стойком исполнении, сжигают попутный сероводородсодержащий газ, а 1/3 часть попутного сероводородсодержащего газа сжигают в агрегате для выработки электроэнергии типа АГП-200, работающем на попутном сероводородсодержащем газе.
Внедрение данного подхода при формировании процессов нефтедобычи позволит:
1. Применять многофазные насосы для внедрения на существующих объектах и при проектировании обустройства месторождений для формирования системы нефтесбора.
2. Отказаться от проектирования групповых замерных насосных станций (ГЗНУ) и дожимных насосных станций (ДНС) при формировании системы нефтесбора на обустраиваемых месторождениях.
3. Осуществлять сбор попутного нефтяного газа без строительства системы газосбора.
4. Использовать попутно добываемый нефтяной газ на технологические нужды, в том числе для выработки электроэнергии непосредственно на промыслах.
5. Внедрить на действующих объектах с целью исключения эксплуатационных затрат по содержанию ГЗНУ, ДНС за счет вывода основного оборудования в консервации.
6. Использовать попутно добываемый нефтяной газ на технологические нужды с целью оптимизации эксплуатационных затрат на добычу нефти.
7. Оптимизировать капитальные вложения на формирование системы нефтесбора при обустройстве месторождений с обеспечением требований по сокращению загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания газа на факелах.
Применение предложенного изобретения позволит решить задачу получения полезной работы от сжигания попутного сероводородсодержащего нефтяного газа.