Способ подготовки и утилизации попутного низконапорного газа

Способ подготовки и утилизации попутного низконапорного газа

Реферат

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

В нефтегазовой промышленности в процессе добычи и подготовки нефти к транспорту попутный низконапорный газ (ПНГ), отличающийся от природного газа высоким содержанием этано-бутано-пропановых компонентов, в большинстве случаев ликвидируется сбросом в атмосферу путем сжигания на факельных устройствах. Суммарный объем сбрасываемого в атмосферу газа в нефтяной промышленности России составляет более 6,0 млрд. м³ в год. Сжигание такого объема газа создает большую экологическую нагрузку на окружающую среду, как мест добычи нефти, так и ее переработки. Это экономически и экологически не рационально.

Основная масса ПНГ выделяется из нефти на головных насосных станциях (ГНС), что делает технически возможным ее утилизацию.

Для сбора и компремирования низконапорного газа используется газгольдерный способ, в технологических процессах которого применяются винтовые и поршневые компрессоры. Однако они обладают рядом недостатков, которые ограничивают область их применения. Например, надежность винтовых компрессоров при компремировании ПНГ резко снижается в случае выпадения конденсата и его растворения в смазочном масле, что ухудшает качество масла и ускоряет выход компрессора из строя. Постоянная регенерация масла требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат. Номенклатура существующих винтовых компрессоров, как по подаче, так и по давлению нагнетания, не полностью удовлетворяют требованиям сбора, подготовки и транспортировки ПНГ при добыче нефти, поскольку технико-экономические показатели винтовых компрессоров резко снижаются при их неполной загрузке по объемному расходу сжимаемого газа.

Поршневые компрессоры для компремирования ПНГ не получили широкого распространения в промышленности из-за значительных капитальных и эксплуатационных затрат и длительных сроков окупаемости. Кроме того, эксплуатация этих компрессоров существенно осложняется при наличии капельной жидкости в газе, выпадении газового конденсата при компремировании или присутствии твердых взвешенных частиц. Применение поршневых компрессоров требует значительного количества вспомогательного оборудования - промежуточные сепараторы, теплообменники, сложная система управления и регулирования и т.д. Кроме того, необходимо строительство специальных помещений для размещения оборудования.

В другом способе для сбора и подготовки ПНГ применяются центробежные компрессоры, которые отличаются нестабильностью работы из-за конденсации жидких углеводородов из ПНГ и требуют больших капитальных вложений.

Известен низкотемпературный способ утилизации попутного газа нефтедобычи с применением трехпоточных вихревых труб (ТВТ), однако он эффективен только при значительном перепаде давления, а следовательно, не может быть применен для осушки низконапорного газа.

Наиболее близким к заявленному является способ сбора и утилизации метана и других углеводородных газов из каменноугольных залежей - RU 2181446 С1 (прототип).

Однако этот метод не решает задачи эффективной очистки "жирных" углеводородных газов, каким является ПНГ.

Из-за указанных недостатков вышеперечисленные способы не нашли широкого применения.

Предлагается способ подготовки и утилизации нефтяного попутного низконапорного газа эжектированием с применением жидкостно-газовых струйных компрессоров и регулируемой трехпоточной вихревой трубы Ранка-Хилша для низкотемпературной осушки и охлаждения газа.

В изобретении решается задача оптимизации управляемости процесса сбора и утилизации ПНГ за счет автоматического включения в работу или выключения из работы струйных компрессоров и насосов в зависимости от давления нефтяного газа во входном коллекторе, что делает этот процесс технически возможным и экономически целесообразным для использования в промышленных масштабах при получении газообразных и жидких фракций углеводородов, ликвидации выбросов в атмосферу и улучшения экологии окружающей среды.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе применяется насосно-эжекторная компрессорная установка (НЭКУ), которая работает в широком диапазоне изменений параметров газа, легко переходит с одного режима работы на другой, сжимает газ любой температуры с частицами конденсата и конденсирующимися в процессе сжатия парами, твердыми включениями, позволяет одновременно со сжатием осушать и очищать газы от кислых компонентов или осуществлять их осушку от воды, обеспечивает получение разрежения во входном газовом коллекторе, причем величина минимального давления всасывания зависит в основном от теплофизических свойств рабочей жидкости, что способствует интенсивному выделению попутного газа из нефти в резервуарах стабилизации нефти на ГНС. НЭКУ просты по конструкции, не требуют маслостанций, монтируются на открытой площадке, не требуют высококвалифицированного персонала, имеют малый срок окупаемости.

Повышение давления попутного низконапорного газа с помощью НЭКУ позволяет интенсифицировать процесс очистки и осушки откачиваемого газа в трехпоточной вихревой трубе.

Для герметизации процесса и предотвращения потерь при перекачке жидкости в способе применяются бессальниковые центробежные насосы с магнитной муфтой. При этом использование насосно-эжекторной компрессорной установки в комплексе струйных компрессоров и трехпоточной вихревой трубы решает техническую задачу автоматизации процесса сбора и утилизации ПНГ с малыми капитальными, энергетическими и эксплуатационными затратами.

Процесс поясняется чертежами, где изображена принципиальная схема насосно-эжекторной компрессорной установки со струйными компрессорами и трехпоточной вихревой трубой.

ПНГ из коллектора 1 или сепаратора (не показан) факельного хозяйства ГНС подается на вход жидкостно-газовых струйных компрессоров СК-1/1,2. В качестве рабочей жидкости в СК-1/1,2 используется вода или ингибиторы, подаваемые по трубопроводам 2 с помощью бессальниковых центробежных насосов с магнитной муфтой Н-1/1,2 (Н-1/3 - резерв). В процессе смешения жидкости и ПНГ (нефтяного газа) в струйных аппаратах происходит сжатие газа с начального давления до давления потребления. Одновременно со сжатием происходит процесс конденсации фракций С₅₊.

После струйных компрессоров СК-1/1,2 газожидкостная смесь подается в аппарат воздушного охлаждения АВО и по трубопроводам 3 в сепаратор С-1, где происходит отделение газа от рабочей жидкости. Сжатый газ поступает из сепаратора С-1 по трубопроводу 4 в трехпоточную вихревую трубу, где за счет эффекта Ранка-Хилша происходит дополнительная очистка и осушка газа. Сухой газ идет потребителю по трубопроводу 5. Выделившаяся жидкость в сепараторе С-1 поступает по трубопроводу 7 в коллектор емкости Е-2, а из трехпоточной вихревой трубы ТВТ по трубопроводу 9 в емкость Е-2. Жидкие углеводороды, выделившиеся в сепараторе С-1 и в емкости Е-2, прокачиваются насосом Н-2 по коллектору 6 в технологическую систему, а водные фракции из Е-2 отводятся по коллектору 11. Рабочая жидкость из С-1 может поступать на прием насосов Н-1/1,2 двумя способами: либо из коллектора 7, либо через существующую емкость Е-1 по трубопроводу 10. Для более эффективного выделения из компремированного газа жидкости возможен вариант применения рекуператора-теплообменника до вихревой трубы.

Автоматическое включение в работу или выключение из работы струйных компрессоров СК-1/1,2 и насосов Н-1/1,2 производится в зависимости от давления нефтяного газа во входном коллекторе, что дает возможность регулировать производительность НЭКУ по откачиваемому газу, обеспечивая стабильность параметров процесса.

Заявленный способ обладает высокой степенью энергосбережения и не требует дополнительных затрат на нагревание и охлаждение жидкостей и газа в технологическом процессе.

Предлагаемый способ отличается от существующих методов сбора, подготовки и утилизации ПНГ:

- использованием струйных компрессоров, не требующих предварительной осушки газа от влаги и очистки от твердых примесей перед компремированием;

- использованием эффекта Ранка-Хилша, получаемого в регулируемой трехпоточной вихревой трубе для более глубокой очистки и осушки газа;

- использованием насосно-эжекторной компрессорной установки для обеспечения автоматического регулирования производительности по откачиваемому газу в зависимости от давления ПНГ на входном коллекторе;

- применением бессальниковых центробежных насосов с магнитными муфтами для сбора и компремирования ПНГ, а также одновременной очистки и осушки газа до подачи в систему потребления, обеспечивающих герметичность и отсутствие потерь перекачиваемой жидкости;

- экономичностью;

- экологичностью.

Способ подготовки и утилизации попутного низконапорного газа с использованием насосно-эжекторной компрессорной установки, заключающийся в сборе, подаче продукта, повышении его давления с применением рабочей жидкости в жидкостно-газовом струйном компрессоре, сепарации и отводе товарного газа, отличающийся тем, что интенсифицируют выделение попутного низконапорного газа (ПНГ) в резервуарах стабилизации нефти (РСН) за счет создания разрежения во входном газовом коллекторе, соединяющем РСН с входом жидкостно-газовых струйных компрессоров, за счет смешения в них перекачиваемого продукта с рабочей жидкостью и повышением начального давления ПНГ до давления потребления с одновременной конденсацией фракции C₅₊, направляют газожидкостную смесь в аппарат воздушного охлаждения, а после отделения в сепараторе газа от рабочей жидкости интенсифицируют очистку и осушку сжатого газа, для чего последний направляют в трехпоточную вихревую трубу, откуда сухой газ направляют потребителю.