Утилизирующая попутный нефтяной газ энергетическая установка для выработки пара, подаваемого в нагнетательные скважины

Полезная модель относится к области добычи углеводородосодержащего сырья при разработке месторождений, в частности к устройствам интенсификации нефтеотдачи путем теплового воздействия на продуктивный пласт с целью его разогрева.
2
Известен способ добычи углеводородсодержащего сырья при разработке месторождений с высоковязкими нефтями, включающий подачу, через нагнетательные скважины пара, обеспечивающего разогрев пласта, и отбор через добывающие скважины углеводородсодержащего сырья. При этом пар получают путем нагрева пресной воды, и/или попутно добываемой минерализованной пластовой воды, и/или возвратного парового конденсата сжиганием содержащегося в сырье попутного и/или выделяемого в процессе термической обработки сырья топливно-технологического газа, который подают на сжигание с температурой 50-70°С при давлении 3,0-5,0 кг/см, причем перед сжиганием газ подогревают до температуры не ниже 100°С, при этом 15-40% газа сжигают в котельной добывающего предприятия, а 60-85% - в технологическом оборудовании добывающего предприятия, подачу пара осуществляют циклически в избыточном количестве, при этом пар конденсируется на 90-95% и первый цикл заканчивают при снижении уровня добычи углеводородсодержащего сырья, производят выдержку в течение не менее 23 ч, после чего подачу пара продолжают (пат. РФ №2149258, приор. 06.10.1999 г., публ. 20.05.2000 г.).
Применение известного способа обеспечивает повышение нефтеотдачи пласта, удаление отложений асфальтеносмолопарафинов, увеличение темпов отбора нефти при одновременном снижении потерь этих продуктов и сокращении энергоемкости и себестоимости производства за счет обеспечения возможности использования пара собственной выработки, себестоимость которого ниже стоимости приобретаемого на стороне пара до 50%, снижении вредных выбросов и улучшении экологической обстановки в регионе.
Подобная технология парогравитационного дренирования применяется на месторождениях высоковязкой нефти и битумов, где действует льготное налогообложение, которое не распространяется на месторождения нефти с меньшей вязкостью, чем битумы, что делает эту технологию малоэффективной из-за высокой энергоемкости (Туторов Ю.А. и Гимаев И.Х. Современные технологии добычи природных битумов и высоковязких нефтей. Учебное пособие. Серия «Нефтегазовое дело», вып. VIII, г. Уфа, УГНТУ, 2013 г.).
Известны высокоэффективные установки на топливных элементах по утилизации попутного газа (www.intech-gmbh.ru. «инновации в энергосбережении» (утилизация попутного нефтяного газа), и www.irmergv.ru), позволяющие перерабатывать и утилизировать попутный нефтяной газ (ПНР) с получением тепловой и электрической энергии.
Известные установки содержат блок сепарации попутного нефтяного газа и энергетический блок с топливными элементами.
Одно из основных преимуществ установок на топливных элементах заключается в том, что они могут надежно и устойчиво работать на попутном нефтяном газе переменного состава. Благодаря беспламенной химической реакции, лежащей в основе работы топливного элемента, снижение процентного содержания, например метана, вызывает лишь соответствующее уменьшение выходной мощности. При этом не требуется остановка для перенастройки. В то время как установки, использующие принцип сжигания газа, весьма чувствительны к его составу и обладают низким КПД (коэффициентом полезного действия).
Гибкость по отношению к электрической нагрузке потребителей, перепаду нагрузки.
Дня монтажа и подключения теплоэнергетических установок на топливных ячейках не требуются глобальные капитальные затраты, т.к. установки легко монтируются на неподготовленные площадки вблизи месторождений, удобны в эксплуатации, надежны и эффективны, обладают высоким КПД>60%. Модульный принцип построения и высокая автономность позволяют в любое время отключить установку и перебросить ее на другой объект.
Высокая автоматизация и современный дистанционный контроль не требуют постоянного нахождения персонала на установке.
Простота и техническое совершенство конструкции: отсутствие движущихся частей, трения, систем смазки дает значительные экономические выгоды от эксплуатации установок на топливных элементах. За счет незначительных затрат на техническое обслуживание и, практически, отсутствия необходимости в капитальных ремонтах, достигается малый срок окупаемости и низкая себестоимость вырабатываемой электроэнергии и тепла.
Кроме того, теплоэнергетические установки на топливных элементах не шумят, не вибрируют, не дают вредных выбросов в атмосферу.
Перечисленные достоинства теплоэнергетических установок на топливных элементах позволяют эффективно их использовать для выработки пара с целью подачи его в нагнетательные скважины для разогрева пластов при разработке месторождений с нефтями различной вязкости.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной модели, является создание с незначительными трудозатратами высокоэффективного устройства, обеспечивающего за счет утилизации попутного нефтяного газа выработку электрической энергии и необходимого тепла для выработки пара, достаточного для разогрева продуктивных пластов при разработке месторождений с нефтью различной вязкости.
Указанная задача решается тем, что в утилизирующей попутный нефтяной газ энергетической установке для выработки пара, подаваемого в нагнетательные скважины, содержащей энергетический блок на топливных элементах, работающих на отсепарированном попутном нефтяном газе, в отличие от известного, блок топливных элементов вмонтирован в блок парогенератора с теплообменником и дожимным насосом, соединенным с водопроводом системы поддержания пластового давления, при этом выход парогенератора подключен к паропроводу, подающему пар в нагнетательную нефтяную скважину, а дожимной насос установлен с возможностью получения электрической энергии, вырабатываемой батарей топливных элементов.
На прилагаемой фигуре представлена принципиальная схема энергетической установки с топливными элементами (ТЭ), установленной на промысловой площадке.
На промысловой площадке размещена ячейка нефтедобычи, содержащая четыре эксплуатационных нефтяных скважин 1 и одну - нагнетательную скважину 2. Каждая эксплуатационная скважина 1 соединена продуктопроводом 3 со своим сепаратором 4, из которого нефть с водой поступает по продуктопроводу 5 в автоматическую замерную установку (АЗУ) 6 и далее по продуктопроводу 7 в общий промысловый коллектор (на фиг. 1 не показан).
В свою очередь, отсепарированный попутный газ из сепараторов 4 поступает по газопроводам 8 от каждой эксплуатационной скважины 1 в энергетический блок с батарей топливных элементов 9, которая вмонтирована в блок парогенератора 10, включающего в свой состав дожимной насос 11, теплообменник 12 и собственно парогенератор 13, выход которого по паропроводу 14 подсоединен к устью нагнетательной скважины 2. Электропитание на дожимной насос 11 подается с ТЭ 9 по токопроводу 15. Нагнетаемая вода подается на блок парогенератора 10 промысловой пятиточечной ячейки по водоводу 16 системы ППД - поддержания пластового давления (на фигуре не показана).
Предлагаемое устройство, предназначенное для генерации пара и закачки его в нагнетательную скважину 2, с целью повышения нефтеотдачи в эксплуатационных скважинах 1, входящих в пятиточечную эксплуатационную ячейку, функционирует следующим образом.
Добываемая продукция - смесь нефти, воды и газа из каждой эксплуатационной скважины 1 по продуктопроводу 3 поступает в свой сепаратор 4, где газ отделяется от жидкой фазы и подается по газопроводам 8 на вход энергетического блока с батареей топливных элементов 9, которая вмонтирована в блок парогенератора 10.
В энергетическом блоке 9 осуществляется непосредственно переработка/утилизация отсепарированного попутного нефтяного газа с получением тепловой и электрической энергии. Процесс беспламенной физико-химической реакции, лежащей в основе работы топливного элемента, позволяет использовать водород, содержащийся в попутном нефтяном газе, и атмосферный воздух для выработки тепла и электричества, используемых для нужд нефтепромысла. При этом вырабатываемое тепло поступает на вход парогенератора 13 блока парогенератора 10, содержащего теплообменник 12, в котором происходит передача тепла, вырабатываемого блоком топливных элементов, воде, которая преобразуется в пар. Пар по паропроводу 14 поступает на вход нагнетательной скважины 2 для разогрева продуктивных пластов в скважине. Вода для ее преобразования в пар в парогенераторе 13 с помощью дожимного насоса 11 подается на него по водоводу 16 промысловой системы ППД (на фиг. 1 не показана).
Электропитание, вырабатываемое батареей топливных элементов 9, подается на дожимной насос 11 по токопроводу 15.
Средняя стоимость утилизаторов ПНГ на топливных элементах в зависимости от мощности вырабатываемой тепловой и электрической энергии составляет от 40 000 до 100 000 руб. за один киловатт/час, что предполагает срок их окупаемости при эксплуатации на месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки, в течение 1,5 лет использования топливных элементов (ichem.umi.ru/2016/09/03brzhezinskij).