Установка подготовки попутного нефтяного газа
Заявляемая полезная модель относится к области добычи, сбора и транспорта продукции нефтяных скважин на месторождениях и может быть использовано при подготовке нефти и утилизации попутных нефтяных газов, выделяемых из продукции скважин на промысловых объектах подготовки нефти, в частности непосредственно на кустах скважин. Ведь наряду с крупными месторождениями, связанными с газоперерабатывающими заводами и потребителями посредством магистральных газопроводов, существует значительное количество источников газообразных углеводородов, которые на переработку не поставляется и либо сжигаются, либо выбрасываются в атмосферу. Очевидно, что такие выбросы вызывают экологические проблемы и приводят к явным потерям для нефтедобывающих предприятий от не полного использования попутного нефтяного газа (ПНГ). В условиях удаленных и малых месторождений особенно актуальна разработка установок подготовки попутного нефтяного газа для утилизации ПНГ. В установке подготовки попутного нефтяного газа, содержащей источник попутного нефтяного газа, связанный через сепаратор и компрессор с устройством для разделения газа, с подсоединенным к нему газопроводами, устройство для разделения газа выполнено в виде мембранного модуля, состоящего из полых волокон, разделение попутного нефтяного газа организовано посредством различной проницаемости компонентов ПНГ через мембрану, устройство для разделения газа соединен с газопроводами, газовые линии предназначены для отвода проникших и не проникших через мембрану компонентов ПНГ, для использования, например, в качестве топливного газа на энергетической установке после холодильной установки. Кроме того, в некоторых случаях в качестве источника попутного нефтяного газа может быть использован ПНГ из затрубья скважин. Кроме того, в некоторых случаях газопровод может быть соединен с печью нагрева для использования проникших через мембрану компонентов ПНГ с целью получения тепловой энергии. Кроме того, в некоторых случаях устройство для разделения газа может содержать два или более последовательно соединенных мембранных модуля. Кроме того, мембранные модули могут быть выполнены с возможностью рециркуляции газа. Кроме того, сепаратор и/или компрессор могут быть выполнены с возможностью отвода выпавшего конденсата, например в конденсатосборник. Кроме того, в некоторых случаях мембранный модуль может содержать полые волокна не обязательно одинаковых диаметров, и/или длины, и/или толщины стенок, и/или проницаемости, и/или селективности. Кроме того, в некоторых случаях конденсат из конденсатосборника может быть стабилизирован на стабилизационной установке и направлен на дожимную насосную станцию.
Заявляемая полезная модель относится к области добычи, сбора и транспорта продукции нефтяных скважин на месторождениях и может быть использовано при подготовке нефти и утилизации попутных нефтяных газов, выделяемых из продукции скважин на промысловых объектах подготовки нефти, в частности непосредственно на кустах скважин. Наряду с крупными месторождениями, связанными с газоперерабатывающими заводами и потребителями посредством магистральных газопроводов, существует значительное количество источников газообразных углеводородов, которые на переработку не поставляется и либо сжигаются, либо выбрасываются в атмосферу. Очевидно, что такие выбросы вызывают экологические проблемы и приводят к явным потерям для нефтедобывающих предприятий от не полного использования попутного нефтяного газа (ПНГ). В условиях удаленных и малых месторождений особенно актуальна разработка установок подготовки попутного нефтяного газа для его последующего использования.
Известна установка переработки попутного нефтяного газа, содержащая источник попутного нефтяного газа, связанный с устройством для разделения газа с подсоединенным к нему газопроводом, в котором в качестве устройства для разделения газа использована пиролизная камера, связанная с печью нагрева /Патент РФ 
2188846. Опубл.: 10.09.2002/.
Недостатками данной установки являются:
- ограниченность применения, так как ее можно использовать только на дожимных насосных станциях;
- недостаточная эффективность, обусловленная сложностью регулирования рабочим процессом и сложностью установки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является установка переработки попутного нефтяного газа, содержащая источник попутного нефтяного газа, связанный через сепаратор и компрессор с устройством для разделения газа с подсоединенным к нему газопроводом, в которой в качестве источника попутного нефтяного газа использована дожимная насосная станция, выход газожидкостного струйного компрессора соединен с сепаратором высокого давления, причем в качестве рабочей среды в струйном компрессоре использована часть потока нефти, забираемая с выхода из дожимного насоса, устройство для разделения - сепаратор высокого давления, выполненный с возможностью сжатия попутного нефтяного газа и нефть до растворения в нефти газовых фракций С2-С4 (этан-пропан-бутановых фракций), газопровод соединен с печью нагрева через регулятор, печь нагрева связана с камерой окисления и пиролизной камерой, соединенной с ректификационной колонной /Патент РФ 2330058. Заявл.: 06.12.2006. Опубл.: 27.07.2008/.
Недостатками данной установки являются:
- ограниченность применения, так как ее можно использовать только на дожимных насосных станциях;
- недостаточная эффективность, обусловленная сложностью регулирования рабочим процессом и сложностью установки.
Целью заявляемой полезной модели является расширение применения и повышение эффективности.
Указанная цель достигается тем, что в установке подготовки попутного нефтяного газа, содержащей источник попутного нефтяного газа, связанный через сепаратор и компрессор с устройством для разделения газа, с подсоединенным к нему газопроводами, устройство для разделения газа выполнено в виде мембранного модуля, состоящего из полых волокон, разделение попутного нефтяного газа организовано посредством различной проницаемости компонентов ПНГ через мембрану, устройство для разделения газа соединен с газопроводами, газовые линии предназначены для отвода проникших и не проникших через мембрану компонентов ПНГ, для использования легких компонентов ПНГ, например, на энергетической установке, а тяжелых компонентов - как топливо для печей подготовки нефти и широкой фракции углеводородов - для закачки в пласт. Кроме того, в некоторых случаях в качестве источника попутного нефтяного газа может быть использован ПНГ из затрубья скважин.
Соединение устройства для разделения ПНГ с газопроводами позволяет отводить из мембранных модулей проникшие и не проникшие через мембрану компоненты ПНГ, что обеспечивает повышение эффективности.
Выполнение газовой линии позволяет отводить из мембранного модуля наиболее труднопроникающие через мембрану компоненты ПНГ для использования, например, для подачи в энергетическую установку, что обеспечивает повышение эффективности.
Использование попутного нефтяного газа из затрубья скважин позволят полностью использовать попутный газ, исключая его потери. Этим обеспечивается повышение эффективности и увеличение нефтедобычи, так как природой накопленная энергия давления пласта не используется впустую.
Соединение газопровода с печью нагрева, позволяет использовать часть ПНГ для получения тепловой энергии, что обеспечивает повышение эффективности.
Содержание в устройстве для разделения ПНГ двух или более последовательно соединенных мембранных модулей с рециркуляцией газового(ых) потока(ов) позволяет повысить эффективность разделения ПНГ за счет осуществления стадий разделения.
Выполнение мембранных модулей с рециркуляцией газа между ними позволяет добиваться достижения высокой степени извлечения селективно-проникающего компонента, что позволяет расширить применение и повысить эффективность.
Выполнение сепаратора и/или компрессора с возможностью отвода выпавшего конденсата, например в конденсатосборник, позволяет исключить возможность попадания и оседания конденсата в напорных каналах полых волокон и отбирать наиболее тяжелые компоненты ПНГ, что обеспечивает повышение эффективности.
Выполнение устройства для разделения газа с возможностью изменения количества работающих мембранных модулей позволяет подстраивать его под требуемую производительность, что обеспечивает расширение применения.
Заявляемая установка подготовки попутного нефтяного газа показана на фигуре 1. На фигуре 2 показан один из возможных вариантов выполнения мембранного модуля с полыми волокнами. Вариант с обводом газа из затрубного пространства скважин показан на фигуре 3.
Установка подготовки попутного нефтяного газа содержит источник попутного нефтяного газа 1, связанный через сепаратор 2 и компрессор 3 с устройством для разделения газа 4 с подсоединенным к нему газопроводом 5. Устройство для разделения газа 4 выполнено в виде мембранного модуля 6, состоящего из полых волокон 7. К мембранному модулю 6 подсоединена газовая линия 8, связанная с холодильной установкой 9 и энергетической установкой 10. Источник попутного нефтяного газа 1 - затрубье скважины 11 соединено с газовым сепаратором 12 и блоком подготовки газа 13. Сепаратор 2, компрессор 3 и газовый сепаратор 12 связаны с конденсатосборником 14, соединенным со стабилизационной установкой 15. Газопровод 5 соединен с печью 16. Скважины 11 связаны с групповой замерной установкой 17.
Установка подготовки попутного нефтяного газа работает следующим образом. От источника попутного нефтяного газа 1 газ поступает в сепаратор 2 и затем сжимается в компрессоре 3. Затем сжатый газ поступает в устройство для разделения газа 4, состоящего из двух последовательно расположенных мембранных модулей 6, где при прохождении ПНГ через полые волокна 7 происходит разделение газа. Наиболее легкопроникающие компоненты ПНГ через полые волокна 7 первой стадии разделения в первом мембранном модуле 6, а это, соответственно, наиболее тяжелые углеводороды, отводятся от устройства для разделения газа 4 по газопроводу 18. Благодаря рециркуляции по газопроводу 18 часть из них выпадают как компрессат нестабильной жидкой фазой на компрессоре 3. Труднопроникающие компоненты ПНГ через полые волокна 7 первой стадии разделения после первого мембранном модуля 6, соответственно, с большим количеством легких углеводородов, чем на входе в первый мембранный модуль, направляется во второй мембранный модель 6. Легкопроникающие компоненты ПНГ через полые волокна 7 второй стадии разделения во втором мембранном модуле 6 отводятся от устройства для разделения газа 4 по газопроводу 5 используется в печи 15 для выработки тепловой энергии. Труднопроникающие компоненты ПНГ через полые волокна 7 второй стадии разделения во втором мембранном модуле 6, а это, соответственно, наиболее легкие углеводороды, по газовой линии 8 поступают через холодильник 9 на энергоустановку 10 в качестве топливного газа для выработки электрической энергии. Холодильник 9 используется с целью снижения давления газа. При использовании затрубья скважин 11 газ собирается в газовом сепараторе 12 и его первичная подготовка производится в блоке подготовки газа 13. Выпавший в газовом сепараторе 12, сепараторе 2 и компрессоре 3 конденсат собирается в конденсатосборнике 14, откуда конденсат поступает в стабилизационную установку 15. Сырая нефть из скважин 11 поступает на групповую замерную установку 17.
Пример использования установки для подготовки попутного нефтяного газа.
Одним из эффективных способов утилизации ПНГ, по нашему мнению, может быть разделение ПНГ, основанное на применении блочно-модульной конструкции заводской готовности и дальнейшее использование разделенных фракций газа. Основным узлом предлагаемого комплекса оборудования может быть мембранная установка для разделения попутного газа.
Для удаленных и малых месторождений разработана схема получения топливного газа из ПНГ, реализация которой может позволить добиться максимальной утилизации ПНГ. На примере месторождения, годовой объем ПНГ которого составляет 25 млн. нм3, рассчитан материальный баланс процесса. При этом около 60% от всего объема газа можно использовать в качестве топлива для выработки электрической, а треть газа - для выработки тепловой энергий. 8,5% от всего объема газа выпадают во время технологического цикла как компрессат нестабильной жидкой фазой.
Описание процессов следующее. Исходный газ проходит блок подготовки газа 13, сепарируется от влаги и жидких углеводородов в сепараторе 2 и поступает на компрессор 3. На компрессоре 3 газ сжимается и подается в устройство для разделения газа 4, которое представляет установку с последовательным соединением двух мембранных модулей 6, состоящих из полых волокон 7, где из ПНГ в результате различной проницаемости его компонентов через мембрану 7 происходит извлечение легкопроникающих компонентов.
Для достаточной степени разделения компонентов смеси процесс ведут в одноступенчатой двухмодульной установке с рециркуляции. В установке с последовательным расположением модулей пермеат первого модуля будет обогащаться компонентом, имеющим наибольшую проницаемость, поток пермеата второго модуля - компонентами с промежуточными значениями проницаемости, а ретант - наиболее труднопроницаемым в смеси ПНГ газом.
При этой схеме исходным потоком второй стадии является смесь ретанта, обогащенная труднопроникающими компонентами, с первой стадии.
Достоинством такой мембранной установки является возможность достижения высокой степени извлечения селективнопроникающего компонента с одновременным получением ретанта второй стадии разделения, состоящего практически целиком из труднопроникающего через мембрану компонента газовой смеси, который предлагается использовать в качестве топливного газа на энергоустановке. А компоненты ПНГ, имеющие наибольшую проницаемость, а это соответственно, более тяжелые углеводороды, благодаря рециркуляции отделяются на компрессоре. Поток пермеата второго модуля предлагается использовать для выработки тепловой энергии, как показано на схеме.
Представленным образом, может быть решена проблема утилизации попутного нефтяного газа для малых и удаленных месторождений посредством разделения ПНГ мембранным методом и оптимального использования разделенных фракций газа.
1. Чем меньше число модулей, а соответственно, и стадии разделения, как в представленной схеме, тем меньше габаритные размеры и стоимость мембранной установки, более проста и надежна ее эксплуатация.
2. Следует отметить, что схема организации одноступенчатого процесса мембранного разделения с рециркуляцией зависит от конкретной технологической задачи.
3. Также с применением мембранного метода может быть организовано удаление СO2 и H2S, присутствующих в нефтяном газе, с утилизацией потока, обогащенного извлекаемыми «кислыми» компонентами, непосредственно на месторождении, например, для увеличения нефтеотдачи пластов и отработанных скважин.
4. Представленным способом, может быть решена проблема утилизации попутного нефтяного газа для малых и удаленных месторождений посредством разделения ПНГ мембранным методом и оптимального использования разделенных фракций газа.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить эффективность и расширить применение.
1. Установка подготовки попутного нефтяного газа, содержащая источник попутного нефтяного газа, связанный через сепаратор и компрессор с устройством для разделения газа с подсоединенным к нему газопроводом, отличающаяся тем, что устройство для разделения газа выполнено в виде мембранного модуля, состоящего из полых волокон, разделение попутного нефтяного газа организовано через мембрану, соединенной с газопроводом, газовая линия предназначена для отвода наиболее труднопроникающих компонентов попутного нефтяного газа (ПНГ) через стенки полых волокон для использования, например через холодильную установку на энергетической установке.
2. Установка подготовки попутного нефтяного газа по п.1, отличающаяся тем, что в качестве источника попутного нефтяного газа использовано затрубное пространство скважин.
3. Установка подготовки попутного нефтяного газа по п.1, отличающаяся тем, что газопровод соединен с печью нагрева, выполненной с возможностью использования разделенной части ПНГ в качестве топлива для получения тепловой энергии.
4. Установка подготовки попутного нефтяного газа по п.1, отличающаяся тем, что устройство для разделения газа содержит два или более последовательно соединенных мембранных модуля.
5. Установка подготовки попутного нефтяного газа по п.4, отличающаяся тем, что мембранные модули выполнены с возможностью рециркуляции газа между ними.
6. Установка подготовки попутного нефтяного газа по п.1, отличающаяся тем, что сепаратор и/или компрессор выполнены с возможностью отвода выпавшего конденсата, например в конденсатосборник.
7. Установка подготовки попутного нефтяного газа по п.1, отличающаяся тем, что мембранный модуль может обладать различной проницаемостью и селективностью к компонентам проникающих через полые волокна газовых смесей.
8. Установка подготовки попутного нефтяного газа по п.1, отличающаяся тем, что устройство для разделения газа выполнено с возможностью изменения количества работающих мембранных модулей.
