Способ очистки попутного нефтяного газа от сероводорода

Способ очистки попутного нефтяного газа от сероводорода

Реферат

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для очистки попутно добываемого нефтяного газа от сероводорода.

Известен способ очистки попутного нефтяного газа (ПНГ) от H₂S, заключающийся в прохождении нефтяного газа через слой нейтрализатора сероводорода в реакторе барботажного типа (Схема очистки сероводородосодержащей нефти. / Сафин P.P., Гайдукевич В.В. Исмагилова З.Ф. и др. // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2003. - №4. - С.17-19). Для осуществления способа требуется емкостное оборудование и постоянный контроль за наличием нейтрализатора в реакторе.

Известен способ очистки ПНГ от сероводорода для закачки в нефтяной пласт по патенту РФ на изобретение №2293179 (опубл. 10.02.2007, бюл. №4), заключающийся в подаче в камеру бустерной установки попутного сероводородосодержащего нефтяного газа и водного раствора нейтрализатора H₂S. Недостатком способа является его дороговизна из-за необходимости приобретения и расходования нейтрализатора H₂S.

Наиболее близким по сущности заявки на изобретение является техническое решение, опубликованное в статье «Исследование процессов нейтрализации сероводорода в нефтяном газе ионами железа пластовой воды» (В.П.Тронов, А.И.Ширеев, Р.З.Сахабутдинов. - Нефтяное хозяйство, 1983, №3, с.38-41). В статье даны положительные результаты испытания технологии нейтрализации сероводорода в попутном нефтяном газе путем смешения его с высокообводненной эмульсией девонских горизонтов, содержащих в пластовой воде ионы железа. При смешении образуется сульфид железа, который создает проблемы в дальнейшей подготовке нефти и воды. Продукт химической реакции сероводорода с ионами железа имеет тенденцию к образованию отложений в нижней образующей трубопроводов и емкостей и способствует упрочнению нестойких водонефтяных эмульсий с образованием в отстойниках и резервуарах нефтепаркового хозяйства промежуточных эмульсионных слоев, трудно поддающихся разрушению. По прототипу недостатки выражены в следующем. Во-первых, скопившийся в емкости сульфид железа уменьшает рабочий объем отстойника (сосуда и аппарата), уменьшает время действия силы гравитации. Во-вторых, наличие промежуточных слоев вообще может нарушить технологические циклы разделения эмульсии на нефть и воду.

Задачей изобретения является отделение процесса очистки попутного нефтяного газа (ПНГ) от сероводорода с образованием сульфида железа от процессов подготовки нефти и воды в емкостном оборудовании. Техническое решение поставленной задачи осуществляется по способу очистки попутного нефтяного газа от сероводорода, по которому попутный нефтяной газ смешивается с ионами железа пластовых вод непосредственно в водоносном продуктивном пласте, для этого выбирают куполовидную залежь водоносного пласта с фильтрационными свойствами, вода которого содержит в большой концентрации ионы железа, в верхней части купола пласта располагают скважины для отбора попутного нефтяного газа без сероводорода, а закачку попутного нефтяного газа с сероводородом в водоносный пласт осуществляют через нагнетательные скважины, расположенные ниже по пласту.

По мере замещения в пластовой воде ионов железа на сульфид железа новые нагнетательные и добывающие газ скважины располагают на площади и по объему водоносного пласта с учетом особенностей строения пласта и фильтрационных потоков газа в пласте, в частности, со временем нагнетательные скважины располагают ниже по пласту от ранее расположенных скважин.

Заявленный способ схематично изображен на профильном разрезе водоносного пласта на фиг.1, где: 1 - водоносный пласт, 2 - искусственная газовая шапка из ПНГ без H₂S, 3 - скважины для отбора ПНГ без сероводорода, 4 - нагнетательные скважины для закачки ПНГ с сероводородом в начальный период времени, 5 - нагнетательные скважины для закачки ПНГ с H₂S в последующее время.

Способ осуществляют выполнением следующих процедур:

1. В недрах земли выбирают куполовидный водонасыщенный пласт, содержащий в воде ионы железа в большой концентрации.

2. В верхней части залежи располагают одну или несколько скважин для отбора попутного нефтяного газа без H₂S.

3. На определенном расстоянии от добывающей газ скважины ниже по пласту относительно абсолютной отметки уровня мирового океана располагают одну или несколько нагнетательных скважин, в которые подают под давлением попутный нефтяной газ с сероводородом.

4. В водоносном пласте с попутным нефтяным газом происходят два основных процесса. Во-первых, благодаря силе гравитации ПНГ с относительно малой плотностью продвигается вверх по поровому пространству пласта и аккумулируется в сводовой части пласта, т.е. в ее верхней части. Во-вторых, при движении по пласту сероводород ПНГ вступает в химическую реакцию с ионами железа пластовой воды с образованием сульфида железа. Как правило, сульфид железа находится в минерализованной пластовой воде в тонкодисперсном и взвешанном состоянии, поэтому со временем при своем продвижении по пласту попутный нефтяной газ будет охватывать все большие зоны пласта с последующей нейтрализацией H₂S ионами железа в этих новых областях пласта.

5. Со временем в зоне водоносного пласта 1 между ее созданной газовой шапкой 2 и нагнетательными скважинами 4 ионы железа будут полностью замещены на молекулы сульфида железа. Поэтому согласно изобретению с этого момента (определяется по появлению H₂S в скважинах 2) скважины для отбора газа и нагнетательные для закачки ПНГ располагают по площади и объему пласта с учетом сложившейся ситуации в водоносном пласте. При наличии хорошей фильтрации ПНГ между скважинами 4 и 3 будет достаточным перенести закачку газа с H₂S в скважины 5, расположенные ниже по пласту. При отсутствии свободной фильтрации ПНГ через отработанную зону пласта между скважинами 3 и 4 из-за накопления сульфида железа в поровом пространстве этой зоны необходимо разместить добывающие газ скважины 3 ниже этой зоны, а нагнетательные скважины 4 - разместить по пласту ниже скважин 3.

В поданной заявке предложен последовательный принцип заполнения водоносного куполовидного пласта продуктом химической реакции сероводорода с ионами железа. В отличие от сероводорода (2-й класс опасности вредных веществ) сульфид железа является менее опасным и относится к 4 классу по степени опасности ВВ. Размещение сульфида железа в куполовидном водоносном горизонте является надежным способом его захоронения, так как такие пласты изолированы от остальных горизонтов, в том числе поверхностных питьевых водоисточников, непроницаемыми пластами значительной толщины, состоящими из глины и других плотных пород.

Способ выгодно отличается от прототипа тем, что сульфид железа остается в зоне своего появления, и нет необходимости в его сборе, транспортировке и утилизации. Наличие скважин по закачке и отбору ПНГ повышает стоимость проекта по реализации предложенного способа. Следует отметить то, что практически во всех нефтегазоносных провинциях России на начальном периоде разработки нефтяных месторождений из вышеописанных водоносных пластов отбиралась и отбирается минерализованная вода для закачки в нефтяные залежи с целью поддержания пластового давления. Со временем необходимость в таких скважинах водоносных пластов значительно уменьшается, появляются простаивающие скважины, пригодные для реализации нового, на наш взгляд, технического решения.

Реализация предложенного способа поможет, на наш взгляд, многим нефтегазодобывающим компаниям выполнить программу Правительства РФ по повышению степени полезной утилизации попутного нефтяного газа.

1. Способ очистки попутного нефтяного газа от сероводорода, заключающийся в смешении попутного нефтяного газа с пластовой водой с высоким содержанием ионов железа, отличающийся тем, что это смешение производят непосредственно в поровом пространстве водоносного пласта, насыщенного ионами железа, путем выбора куполовидной залежи такого водоносного пласта с фильтрационными свойствами, в верхней части купола пласта располагают скважины для отбора попутного нефтяного газа без сероводорода, а закачку попутного нефтяного газа с сероводородом в водоносный пласт осуществляют через нагнетательные скважины, расположенные ниже по пласту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по мере замещения в пластовой воде ионов железа на сульфид железа новые нагнетательные и добывающие газ скважины располагают по площади и объему водоносного пласта с учетом особенностей строения пласта и фильтрационных потоков газа в пласте, в частности со временем нагнетательные скважины располагают ниже по пласту от ранее расположенных скважин.