Оптимизация технологии низкотемпературной сепарации и компримирования газа на примере Уренгойского газоконденсатного месторождения

Энергетическая стратегия России предусматривает дальнейшее увеличение добычи газа с одновременным ростом его удельного веса в производстве первичных энергоресурсов. В настоящее время основная добыча газа приходится на Западно-Сибирский регион, в частности, на Надым-Пур-Тазовскую нефтегазоносную провинцию и собственно валан-жинских отложений Уренгойского газоконденсато-нефтяного месторождения (УГКМ). Отличительными особенностями Западно-Сибирских газовых кладовых стали огромные по площади размеры месторождений, большая мощность продуктивных отложений, сложность геологического строения, большой диапазон пластовых условий и компонентного состава пластовой продукции. Существенные ограничения на масштабы освоения новых площадей оказывают трудности их обустройства, связанные с удаленностью и не-обжитостью территорий, заболоченностью поверхностного рельефа, жесткими климатическими условиями. Изменяющиеся в процессе разработки месторождений условия добычи и подготовки углеводородов к транспорту требуют привлечения научно-исследовательских организаций и специалистов высшей квалификации для поиска методов и средств, обеспечивающих высокое качество и глубину переработки продукции. Одним из приоритетных направлений научно-технического прогресса считается программа энергои ресурсосбережения, как составная часть обеспечения конкурентоспособности Российского газа на энергетическом внутреннем и мировом рынке.

Для реализации этой масштабной задачи газовая отрасль широко использует современные достижения науки и техники.

Значительный вклад в развитие теории и практики разработки и эксплуатации га-зоконденсатных месторождений внесли ученые: Б.-Г.Берго, Г. А. Зотов, А. И. Гриценко, Ю. П. Коротаев, Т. Д. Островская, Г. С. Степанова, Р.М.Тер-Саркисов, [А.Л.Халиф], О. Ф. Худяков, Н. А. Тривус, А. И. Ширковский, П. Т. Шмыгля и др. Основные технические и технологические решения, применяемые при проектировании разработки и обустройства газовых месторождений Западно-Сибирского ТЭК, предусматривают строительство скважин большого диаметра, коллекторно-кустовой внутрипромысловый сбор газа, крупноблочное строительство обьектов, применение многофункционального оборудования большой единичной мощности.

А.Л.Халиф.

В частности, для подготовки конденсатосодержащего газа из неокомских отложений используется технологический процесс трехступенчатой низкотемпературной сепарации (НТС) газа с метанольным антигидратным ингибированием холодных зон и безнасосным транспортом нестабильного конденсата на перерабатывающий завод.

При эксплуатации Уренгойского ГКМ ученые и специалисты газовой отрасли столкнулись с рядом проблем, без решения которых оказалось невозможно обеспечить устойчивое функционирование промысловых систем сбора, подготовки и транспортировки углеводородного сырья в специфических северных условиях.

Отмечается, что существенным недостатком проектного процесса НТС является высокий технологический расход метанола, низкий уровень извлечения тяжелых углеводородов и высокое газосодержание нестабильного конденсата. Так, расход метанола в первые годы эксплуатации установок НТС составлял 2400−2600 грамм на каждую тысячу кубометров обработанного газа, а потери газа дегазации и деэтанизации конденсата на факелах достигали 1,0 миллиона кубометров в сутки.

Расход метанола на предупреждение гидратообразования всегда являлся основной статьей затрат в добыче и подготовке к транспорту углеводородного газа способом низкотемпературной сепарации и его разновидностями, а простои газоконденсатных промыслов из-за газовых пробок и загидрачивания межпромыслового конденсатопровода обуславливали низкий коэффициент эксплуатации добывных мощностей, что объясняется высоким равновесным содержанием газа в нестабильном конденсате.

В процессе истощения залежей и подъеме газо-водяного контакта существующие технологические и экономические предпосылки для сокращения расхода метанола на предупреждение гидратообразования дополнились новыми факторами. К ним можно отнести: существенное падение пластового давления (Рщ,) — снижение производительности скважин с одновременным ростом обводненности продукции и влагосодержания газаснижение давления, температуры и скоростей потока газа в газосборных коллекторах сети сбора газапоступление попутной высокопарафинистой нефти с продукцией газоконденсатных скважинразрушение коллектора в призабойной зоне, сопровождающийся выносом пластовой породы;

Несовершенство проектных технологических схем подачи и распределения ингибитора гидратообразования приводят к дополнительным осложнениям при эксплуатации систем сбора-подготовки газа и конденсата, а неточности в существующих методиках и инструкциях по расчету режима ингибирования — к значительному перерасходу ингибитора.

С другой стороны, отсутствие надежных методик расчета эжекторных установок для технологического компримирования больших объемов газа с высокой степенью сжатия обуславливало необоснованное сдерживание их внедрения в газовой промышленности, из-за чего долгое время приходилось мириться со значительными потерями низконапорного углеводородного сырья, сжигаемого на факелах или применять машинные системы компримирования.

Таким образом, имеется объективная необходимость устранения таких недостатков проектного процесса НТС, как высокий технологический расход метанола, низкий уровень извлечения тяжелых углеводородов и высокое газосодержание нестабильного конденсата. Снижение расхода метанола на подготовку газа и конденсата к транспорту, глубокая дегазация нестабильного конденсата и применение технологичных способов утилизации газов выветривания даст возможность обеспечить устойчивый режим эксплуатации газоконденсатного промысла, существенно увеличить рентабельность и экологическую чистоту производства.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Разработка научно-технических основ и технологий снижения непроизводительных расходов летучих ингибиторов гидратообразования в установках низкотемпературной сепарации газа при условии обеспечения надежного антигидратного ингибирования на всех ступенях подготовки валанжинского газа, утилизация низконапорных газов и повышение степени дегазации нестабильного конденсата на УКПГ с целью достижения оптимальных условий для межпромыслового трубопроводного транспорта конденсата.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1. Провести исследования и анализ параметров технологического процесса НТС, условий образования гидратов в промысловых трубопроводах и аппаратах в заключительный стадии разработки Уренгойского газоконденсатного месторождения.

2. Получить на базе промысловых и экспериментальных данных расчетную зависимость для определения минимально-допустимых концентраций ингибитора гидратооб-разования при его вводе в поток газа;

3. Разработать экологически чистые энергоресурсосберегающие технологии утилизации отработанных водометанольных растворов (BMP), обеспечивающие более полное использование исходного ингибитора и снижение его общего расхода;

4. Создать экономически целесообразную технологическую схему регенерации отработанного BMP.

5. Изучить технические возможности однои многоступенчатых эжекторных систем для применения в установках подготовки газа и конденсата.

6. Разработать энергоресурсосберегающие технологии низкотемпературного компри-мирования низконапорного газа выветривания нестабильного конденсата и попутного нефтяного газа.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

1. На базе промысловых и лабораторный исследований составов реальных газов в до-компрессорный период разработки валанжинской залежи установлены фактические границы гидратных режимов во всех звеньях технологической цепи УНТС,.

2. Получены эмпирические зависимости для инженерного расчета минимально допустимых концентраций летучего ингибитора при заданных его исходных свойствах и требуемом снижении температуры гидратообразования.

3. Разработана принципиальная основа доиспользования отработанных BMP и определены оптимальные соотношения его раздельного ввода в узлы УНТС, внедрена схема рециркуляции отработанного раствора метанола (A.C. № 1 606 827).

4. Разработаны принципиальные основы и внедрена схема автоматизации регулирования подачи ингибитора гидратообразования в газовый поток (Патент № 2 049 957).

5. Разработана и внедрена технология достижения глубокой дегазации нестабильного конденсата и утилизации сбросных низконапорных газов путем эжектирования газов выветривания и попутного нефтяного газа в основной технологический поток (A.C. 1 636 658).

6. Путем промысловых испытаний и расчетных проверок исследована эффективность двухступенчатых и многоступенчатых эжекторных систем утилизации низконапорных газов. Выявлена недостаточная теоретическая проработка методики расчета многоступенчатых эжекторных установок.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Методика расчета минимально допустимых концентраций летучего ингибитора гид-ратообразования для реального состава газа и реальных параметров эксплуатации УНТС валанжинской залежи Уренгойского ГКМ.

2. Технология рециркуляции отработанного BMP из последней ступени во входные узлы УНТС.

3. Технология доиспользования летучего ингибитора гидратообразования путем стриппинга газом из низкоконцентрированных растворов.

4. Принципиальные основы автоматизации регулирования подачи ингибитора гидратообразования в газовый поток.

5. Технология достижения глубокой дегазации нестабильного конденсата путем эжек-тирования газов выветривания и попутного нефтяного газа в основной технологический поток.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

1. Технология рециркуляции BMP, защищенная авторским свидетельством на изобретение № 1 606 827 позволила в течение 1990;1998гг снизить расход метанола на Уренгойском ГКМ на 9,5 тысяч тонн.

2. Технология эжектирования в основной технологический поток газа с помощью оптимальных эжекторов ЭГ-9 низконапорных газов выветривания, газов деэтанизации и газов дегазации нестабильного конденсата, защищенная авторским свидетельством на изобретение № 1 636 658, позволила получить дополнительно 9,8 млрд. м3 подготовленного газа.

3. Использование разработанной схемы использования резервной установки регенерации диэтиленгликоля, расположенной на одной площадке с УНТС валанжинской залежи, позволяет регенерировать отработанный BMP без строительства специальной установки;

4. Внедрение на УКПГ-1АВ УГКМ разработанной схемы автоматизации подачи в газовый поток ингибитора гидратообразования согласно патенту РФ № 2 049 957 позволило сократить расход метанола на 20%.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные результаты диссертационной работы обсуждались: 1. На научно-практической конференции ученых и специалистов ПО «Уренгойгаз-пром» (г. Новый Уренгой, апрель 1990 г).

2. На Х-й юбилейной научно-технической конференции ПО «Уренгойгазпром» (г. Новый Уренгой, октябрь 1993 г).

3. На научно-техническом совете РАО «Газпром» (г. Саратов, октябрь 1995 г),.

4. На 2-й всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (г. Москва, сентябрь 1997 г),.

5. На научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (г. Уфа, май 1998 г),.

ОБЬЕМ РАБОТЫ.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 91 наименования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

По результатам диссертационной работы сделаны следующие выводы и рекомендации:

1. Проведен анализ термобарических режимов и выявлены условия образования гидратов в аппаратах низкотемпературной сепарации валанжинского газа Уренгойского га-зоконденсатного месторождения. Показаны основные осложнения в работе УНТС при образовании гидратов и определены зависимости, наиболее точно описывающие границы разложения гидратов в координатах «давление — температура».

2. Разработана методика определения минимально необходимой концентрации летучего ингибитора при заданном значении снижения температуры гидратообразования (AT), основанная на экспериментальном замере концентрации метанола в водном растворе на выходе из последней ступени сепарации и доведении ее до определенного соотношения путем искусственного регулирования концентрации метанола в точке его ввода.

3. Обоснована возможность и проведены испытания схемы регенерации водомета-нольного раствора при подготовке валанжинского газа с использованием резервной установки регенерации диэтиленгликоля в системе подготовки сеноманского газа Уренгойского месторождения.

4. Разработаны и внедрены алгоритм и схема автоматизации процесса ингибирования УНТС по импульсу наличия признаков гидратообразования в ключевых узлах технологической линии, контроле концентрации BMP.

5. Разработан технологический процесс отдувки метанола из низкоконцентрированных BMP с использованием возможностей установленного оборудования УНТС.

6. Разработана и внедрена технология рециркуляции водометанольного раствора из низкотемпературной ступени сепарации с целью снижения расхода ингибитора путем подачи в определенных пропорциях раствора на приемы обоих рекуперативных теплообменников.

7. Установлен необходимый и достаточный уровень дегазации нестабильного конденсата для устойчивой эксплуатации межпромыслового конденсатопровода. Разработана и внедрена схема утилизации газов выветривания и деэтанизации нестабильного конденсата, дополнительной дегазации нестабильного конденсата с помощью эжекторных установок, позволяющая уменьшить ступени машинного компримирования, получать дополнительные объемы газа и исключить газовые выбросы в атмосферу.

8. Разработан способ эжекторного компримирования больших обьемов сеноманского газа.