Система для утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды

Система для утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к обустройству нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

Система для утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды, содержащая, по меньшей мере, одну добывающую скважину, соединенную с сепаратором, выход сепаратора по нефти с остаточными водой и газом соединен с первым насосом-компрессором, выход или выходы сепаратора по воде и газу соединены со вторым насосом-компрессором, предназначенными для подачи водогазовой смеси в нагнетательную скважину или на водораспределительную гребенку нагнетательных скважин, выход второго насоса-компрессора соединен с диспергатором, соединенным с нагнетательной скважиной или с водораспределительной гребенкой, первый и второй насосы-компрессоры представляют собой поршневые насосы-компрессоры с приводом от станка-качалки, система снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным насосом-компрессором, подсоединенным последовательно с первым насосом-компрессором, каждый дополнительный насос-компрессор представляет собой поршневой насос-компрессор с приводом от станка качалки, по меньшей мере, одна добывающая скважина соединена с сепаратором через автоматизированную групповую замерную установку.

Предлагаемая система отличается тем, что в линии подачи водогазовой смеси в нагнетательную скважину или на водораспределительную гребенку нагнетательных скважин установлена трубчатая печь для нагревания воздушно-водогазовой смеси до заданной температуры и осуществления прямого окисления попутного нефтяного газа кислородом воздуха, а на входе диспергаторов установлена линия подачи воздуха в количестве достаточном для полного или частичного окисления попутного нефтяного газа.

1 с.п. ф-лы

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к более эффективному обустройству нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

Полезная модель может быть использована при разработке нефтяной залежи с поддержанием пластового давления, а также в системе промыслового сбора добываемой продукции.

Существующая система сбора и транспорта нефти, попутно добываемых пластовой воды и газа [1, 2] не отвечает современным требованиям защиты окружающей среды, она ресурсозатратна и малоэффективна. На вновь вводимых месторождениях при фонтанном способе эксплуатации, когда продукция скважины безводная или малообводненная, нефтегазовая смесь транспортируется до Центрального пункта сбора под собственным давлением без использования сепаратора. По мере снижения пластового давления необходим сепаратор, чтобы выделить в нем часть газа и транспортировать его, а нефть транспортировать дожимным центробежным насосом. В случае отсутствия газопровода попутный нефтяной газ сжигается в факелах непосредственно на промысле.

В данной системе сбора и транспорта нефти попутный нефтяной газ сжигается на факеле практически в любой период эксплуатации скважины, а пластовая вода с остатком нефти и газа сливается в ближайшие водоемы, загрязняя их и убивая всю флору и фауну, в результате чего система является чрезвычайно дорогой и малоэффективной.

Более прогрессивным решением является технология [3], согласно которой вместо одной центральной насосной станции используют несколько малогабаритных пунктов сепарации, число которых соответствует числу кустовых площадок на месторождении. Несмотря на прогрессивность данной технологии, попутный нефтяной газ продолжает сжигаться на факеле, а загрязненная пластовая вода сливается в систему водосбора, нанося непоправимый экологический ущерб.

Из уровня техники известны поршневые многофазные насосы-компрессоры [4], применяемые в устройствах для закачки газожидкостной смеси в продуктивный пласт, которые совместно с сепараторами, выпускаемыми для нефтехимической промышленности, могут быть использованы для сбора и транспорта водонефтегазовой и водогазовой смеси. Из уровня техники не известно комплексное решение данной проблемы, позволяющее утилизировать попутно добываемые нефтяной газ и пластовую воду на кусте скважин нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Из уровня техники известен [5] реактор в виде нагреваемых цилиндрических труб, при пропускание через которые газовой смеси из углеводородного газа, кислород воздуха и балластных газов при повышенной температуре происходит окисление углеводородного газа с образованием жидких продуктов - метанола и воды, а так же растворенного в них формальдегида. Получаемые продукты при их закачке в нагретом виде в пласт позволяет повысить дебит добывающих скважин и нефтеотдачи пластов, повышение ресурсосбережения и энергоэффективности при обустройстве месторождений, повысить защиту окружающей среды.

Метанол является хорошим растворителем и это будет способствовать размыванию слоев, содержащих более тяжелые углеводородные соединения, и тем самым способствовать увеличению дебита добывающих скважин, нагревание закачиваемой в пласт водогазовой смеси облегчит ее закачку в пласт и также облегчит размывание тяжелых углеводородов и повышение дебита скважин, а получаемые при нагревании жидкие составляющие рано или поздно также окажутся в составе добываемой нефти.

Из уровня техники известна система для утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды [6], прототип, содержащая, по меньшей мере, одну добывающую скважину, соединенную с сепаратором, выход сепаратора по нефти с остаточными водой и газом соединен с первым насосом-компрессором, выход или выходы сепаратора по воде и газу соединены со вторым насосом-компрессором, предназначенными для подачи водогазовой смеси в нагнетательную скважину или на водораспределительную гребенку нагнетательных скважин, выход второго насоса-компрессора соединен с диспергатором. соединенным с нагнетательной скважиной или с водораспределительной гребенкой, первый и второй насосы-компрессоры представляют собой поршневые насосы-компрессоры с приводом от станка-качалки, система снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным насосом-компрессором, подсоединенным последовательно с первым насосом-компрессором, каждый дополнительный насос-компрессор представляет собой поршневой насос-компрессор с приводом от станка качалки, по меньшей мере, одна добывающая скважина соединена с сепаратором через автоматизированную групповую замерную установку.

Из уровня техники не известно техническое решение, позволяющее утилизировать попутно добываемые нефтяной газ и пластовую воду в парообразном состоянии за счет нагрева и окисления попутного нефтяного газа с образованием жидких продуктов метанола и воды, а также растворенного в них формальдегида.

Техническим результатом, обеспечиваемым решение указанной задачи, является обеспечение утилизации нагретого и окисленного попутного нефтяного газа и нагретой пластовой воды, увеличение охвата нефтяного пласта, а также предотвращение выбросов газа в окружающую среду в виде факелов.

Задачей полезной модели является дальнейшее повышение дебита добывающих скважин и нефтеотдачи пластов, повышение ресурсосбережения и энергоэффективности при обустройстве месторождений, защита окружающей среды.

Это достигается тем, что система для утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды, содержащая, по меньшей мере, одну добывающую скважину, соединенную с сепаратором, выход сепаратора по нефти с остаточными водой и газом соединен с первым насосом-компрессором, выход или выходы сепаратора по воде или выходы сепаратора по воде и газу соединены со вторым насосом-компрессором, предназначенным для подачи водогазовой смеси в нагревательную скважину или на водораспределительную гребенку нагревательных скважин, выход второго насоса-компрессора соединен с диспергатором, соединенным с нагревательной скважиной или с водораспределительной гребенкой, первый и второй насосы-компрессоры представляют собой поршневые насосы-компрессоры с приводом от станка-качалки, система снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным насосом-компрессором, подсоединенным последовательно с первым насосом-компрессором, каждый дополнительный насос-компрессор с приводом от станка-качалки, по меньшей мере, одна добывающая скважина соединена с сепаратором через автоматизированную групповую замерную установку, согласно предлагаемой полезной модели дополнительно содержит в линии подачи водогазовой смеси в нагнетательную скважину или на водораспределительную гребенку нагнетательных скважин трубчатую печь для нагревания воздушно-водогазовой смеси до заданной температуры и осуществления прямого окисления попутного нефтяного газа кислородом воздуха, а на входе диспергаторов установлена линия подачи воздуха в количестве достаточном для полного или частичного окисления попутного нефтяного газа.

На фиг.1 приведена принципиальная схема переработки нефтяного газа и пластовой воды предлагаемой системы.

Система включает куст нефтяных (газовых или газоконденсатных) добывающих скважин 1, соединенных через автоматизированную групповую замерную установку 2 с трехфазным сепаратором 3, регулируемым по отборам пластовой воды и газа, регулирующие клапаны 4, 5, 6, 7, насос-конденсатор 8 для перекачки нефти с остаточной водой и газом на центральную насосную станцию и насос-компрессор 9 (при необходимости, по меньшей мере, один дополнительный 10) с приводом от станка-качалки 11 для откачки воды и газа, диспергатор 12 и водораспределительную гребенку 13 (при наличии нескольких нагнетательных скважин 14).

Для подачи атмосферного воздуха в диспергатор предусмотрена линия подачи воздуха 15.

Для нагрева водогазовой смеси до заданной температуры и окисления попутного газа предусмотрена трубчатая печь 16.

Трехфазный сепаратор 3 предназначен для разделения продукции скважин кустовой площади на нефть, смесь воды и газа и при необходимости на газ, который может быть использован на производственные нужды, в частности на обогрев трубчатой печи 16.

Работа установки происходит следующим образом.

Продукция добывающих скважин 1 поступает через автоматизированную групповую замерную установку 2 и регулирующий клапан в трехфазный сепаратор 3, где происходит ее разделение на газ, нефть и воду. При этом нефть с остаточной водой и газом через регулирующий клапан 6 и насос-конденсатор 8 подается на центральную дожимную насосную станцию. Уровень давления в трехфазном сепараторе 3 определяется гидравлическим сопротивлением системы нефтеотбора. Водогазовая смесь через регулирующий клапан 5 и насос-компрессор 9 поступает на диспергатор 12, в котором происходит получение регулируемой мелкодисперсной воздушно-водогазовой смеси, для чего в диспергатор 12 дополнительно подается воздух по линии подачи воздуха 15.

Соотношение воздуха и попутного газа определяется количеством кислорода необходимого для полного или частичного окисления попутного газа.

Давление в системе определяется гидравлическим сопротивлением системы нагнетательных скважин.

При необходимости поршневые насосы-компрессоры 9, 10 можно устанавливать последовательно один за другим для повышения давления и обеспечения закачки мелкодисперсной воздушно-водогазовой смеси в низкопроницаемые пласты. Закачку осуществляют при компримировании воздушно-водогазовой смеси насосом-компрессором 9 (10) не менее чем в 15 раз.

Для повышения приемистости можно использовать различного назначения химические реагенты, поверхностно-активные вещества и кислоты.

Для увеличения производительности системы можно установить расчетное количество дополнительных сепараторов.

Далее мелкодисперсная воздушно-водогазовая смесь поступает на вход трубчатой печи 16, где разогревается до температуры 400-450°C. Для работы горелочных устройств трубчатой печи используется попутный газ, поступающий из трехфазного сепаратора 3 через регулирующий клапан 7.

При температуре 400-450°C в воздушно-водогазовой смеси происходит экзотермическая реакция окисления попутного газа, в результате которой происходит образование метанола, формальдегида, муравьиной кислоты, воды и других продуктов окисления. При этом в результате выделения тепла происходит повышение температуры воздушно-водогазовой смеси до температуры 600-650°C.

Далее нагретая смесь поступает на вход нагнетательных скважин 14.

Повышение эффективности системы утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды обеспечивается:

- окислением попутного газа до жидких углеводородных продуктов, в результате чего дебит добывающей скважины по нефти может быть увеличен на 10-15%;

- дополнительный нагрев закачиваемых в нагнетательную скважину продуктов повысит возможности выдавливания тяжелых нефтяных фракций и тем самым увеличит дебит нефтедобывающей скважины;

- появление в закачиваемых в нагнетательную скважину таких продуктов как метан, формальдегид, муравьиная кислота позволяет приемистость и в конечном итоге дебит нефтедобывающей системы;

- попутный газ исключается из оборота «поверхность-скважина-поверхность», что улучшает экологическую обстановку в районе нефтяных промыслов.

Источники информации

1. РД 39-0148311-605-86. Унифицированные технологические схемы сбора, транспорта и подготовки нефти, газа и воды нефтедобывающих районов. Миннефепром, 1986.

2. Нормы технологического проектирования, сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды. ВНТП 3-85. Миннефтепром, 1985.

3. Ситенков В.Т. и др. Оптимизация системы обустройства нефтяного месторождения, журнал «Нефтегазовые технологии», 2, 2002.

4. RU 2257491 C2, МПК F04B 47/00, 27.07.2005.

5. RU 99352 U1 МПК B01J 19/00 (2006.01).

6. RU 54405 U1 МПК F04B 47/00 (2006/01), прототип.

Система для утилизации попутно добываемых нефтяного газа и пластовой воды, содержащая, по меньшей мере, одну добывающую скважину, соединенную с сепаратором, выход сепаратора по нефти с остаточными водой и газом соединен с первым насосом-компрессором, выход или выходы сепаратора по воде и газу соединены со вторым насосом-компрессором, предназначенными для подачи водогазовой смеси в нагнетательную скважину или на водораспределительную гребенку нагнетательных скважин, выход второго насоса-компрессора соединен с диспергатором, соединенным с нагнетательной скважиной или с водораспределительной гребенкой, первый и второй насосы-компрессоры представляют собой поршневые насосы-компрессоры с приводом от станка-качалки, система снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным насосом-компрессором, подсоединенным последовательно с первым насосом-компрессором, каждый дополнительный насос-компрессор представляет собой поршневой насос-компрессор с приводом от станка качалки, по меньшей мере, одна добывающая скважина соединена с сепаратором через автоматизированную групповую замерную установку, отличающаяся тем, что в линии подачи водогазовой смеси на водораспределительную гребенку нагнетательных скважин установлена трубчатая печь для нагревания воздушно-водогазовой смеси до заданной температуры и осуществления прямого окисления попутного нефтяного газа кислородом воздуха, а на входе диспергаторов установлена линия подачи воздуха для окисления попутного нефтяного газа.