УДК 622.276.8
© Коллектив авторов,1998
В.П.Тронов, Р.З.Сахабутдинов, Р.Б.Фаттахов (ТатНИПИнефть), Ф.А.Закиев (АО "Татнефть"), Н.М.Ибрагимов (СП "Татех")
V.P.Tronov, R.Z.Sahabutdinov, R.B.Fattahov (TatNIPIneft), F.I.Zakiev (AO "Tatneft"), N.M.Ibragimov (JV "Tatex")
Совершенствование технологий утилизации углеводородов на нефтяных промыслах
Improvement of hydrocarbons' utilization technologies on oil fields
A number of technologies' modifications for oil separation with controlled gas withdrawal and feeding are developed. Technology is described for transportation of condensate, falling out in drips, together with gas (by utilyzing this same gas energy) through gas pipe-line to a refinery. Reviewed are the processes of oil evaporation during feeding of crude and commercial oil storage tanks, equipped with UAF system, by gases of different types, available at the field.
широким внедрением в начале 70-х годов напорной герметизированной системы сбора продукции скважин резко сократились безвозвратные потери нефтяного газа, коэффициент утилизации которого в настоящее время приближается к 100%. Однако в цепочке продвижения продукции скважины от нее до потребителя слабыми звеньями остались технологически неизбежные узлы разгерметизации. В частности, в системе сбора нефтяного газа такими звеньями являются конденса-тосборники (дрипы), установленные на пониженных участках промысловых газопроводов, а в системе сбора нефти -резервуары. Кроме потерь углеводородного сырья они создают также значительное загрязнение атмосферного воздуха, превышающее предельно-допустимое на расстоянии 800-1500 м (рис.1). На выбросы из этих объектов приходится до 60% экономического ущерба, создаваемого выбросами из передвижных и стационарных источников в районах добычи нефти [1]. Поэтому важной задачей является максимальное сокращение (вплоть до исключения) потерь и выбросов из конденсатосборников и резервуаров в условиях высокой плотности населенных пунктов и ужесточения экологических ограничений.
Распространенным подходом к решению этих задач являлась разработка и внедрение достаточно эффективных, пусть неполностью решающих данную проблему, технологий, требующих небольших затрат. Примером является технология подготовки нефти с рециркуляцией газа, которая заключается в возвра-
те газа второй и последующих ступеней сепарации на предыдущую ступень для извлечения из него нефтью тяжелых компонентов [2, a.c. №1581342]. Технология позволяет осушить непосредственно сырьевым потоком тяжелый газ перед подачей его в газопровод и тем самым уменьшить количество выпадаемого конденсата без применения абсорбентов и дорогостоящего оборудования. Дополнительно требуется лишь проложить газопровод от компрессора до сепаратора первой ступени.
Для определения оптимальных режимов технологии, что в промысловых условиях является сложной задачей, была разработана оптимизационная модель сепарации нефти с рециркуляцией газа [3]. Ее функционалом служит сумма взаимоисключающих слагаемых: потерь конденсирующихся в газопроводе углеводородов, потерь легих фракций нефти от испарения в резервуарах и энергетических затрат на компримирование газа (все показатели выражены в молях углеводородного сырья). В результате была выявлена область эффективного применения технологии рециркуляции в зависимости от состава нефтей. Наибольшая эффективность технологии достигается для нефтей в области невысоких значений коэффициента К= С3/(С^С2), учитывающего содержание в нефти легких компонентов (оптимальный К =
опт
0,4 - 0,9). Наилучшие результаты достигались при поддержании минимального давления на второй ступени сепарации (перед сырьевым резервуаром) и максимально возможном количестве рецирку-лируемого газа. Была установлена инте-
ресная особенность: при отклонениях давления на низконапорных ступенях от оптимального увеличение объема рецир-кулируемого газа ухудшало показатели технологии (рис.2).
На основе проведенных исследований было разработано несколько модифика-
Рис.1. Рассеивание углеводородов из резервуаров (а) и конденсатосборников (б) (концентрация дана в долях ПДК на удалении й от источника)
1/1ЭЭЗ 57
Рис.3. Технологическая схема рециркуляции газа с регулируемым составом сырья:
1 - подводящий нефтепровод; 2, 2' - газопровод предварительного отбора газа; 3 - газопровод возврата газа; 4 - циркуляционный газопровод; 5 - газопровод; 6 - сепаратор первой ступени; 7 - газопровод первой ступени; 8 - компрессор; 9 - транспортный газопровод; 10 - сепаратор второй ступени; 11 - нефтепровод; 12 - технологический резервуар
Рис.2. Зависимость изменения суммарных потерь и энергетических затрат в,, от количества рециркулируемого газа V:
1,2, 3,4, 5 - давление р на второй ступени равно соответственно 0,101; 0,11; 0,12; 0,125 и 0,14 МПа при давлении на первой ступени 0,32 МПа; 6 - р = 0,14 МПа при давлении на первой ступени 0,62 МПа
ций технологии сепарации с регулируемым отбором и подачей газа в нефть. Схема наиболее удачной из них представлена на рис.3 [4]. Процесс осуществляют в два этапа: вначале перед первой ступенью сепарации предварительно отбирают газ, что позволяет улучшить абсорбирующую способность нефти и извлечь большее количество тяжелых компонентов из рецир-кулируемого газа, затем часть этого газа (40-100 %), определяемую оптимизационными расчетами, возвращают в нефть для более избирательного распределения углеводородных компонентов межу фазами на последующих ступенях сепарации. На практике технология позволяет снизить суммарные потери от испарения и конденсации на 24 % без увеличения нагрузки на компрессорное оборудование.
Технология рециркуляции в настоящее время внедрена на 10 крупных узлах се-
парации нефти, а также на ДНС. Однако все ее модификации лишь снижают потери конденсата, но не исключают их полностью. В связи с этим было найдено радикальное решение, технологически более эффективное, чем рециркуляция, менее дорогостоящее, чем перевозка конденсата в автоцистернах: транспортирование конденсата, выпадающего в дри-пах, вместе с газом (и за счет энергии самого газа) по газопроводу на перерабатывающий завод [5]. Технология осуществляется следующим образом (рис.4).
Газ, выделяющийся в сепараторах, направляют на компрессорную станцию, где компримируют до давления 0,5 -0,6 МПа, затем подают в газопровод. В процессе движения газа вследствие снижения температуры до 10 - 15°С из него начинает выделяться конденсат, в котором на начальном участке газопровода в основном содержится вода (до 95 %). При дальнейшем движении газа из него выпадает углеводородный конденсат, который скапливается в конденсатосборни-ках 8. Отстоявшийся в них от воды конденсат пропускают через диспергатор 9 и образовавшуюся тонкодиспресную систему непрерывно вводят в зоны пониженного давления, которые создают по трассе газопровода задвижками в местах наибольшего скопления конденсата. За
счет перепада давления создается повышенный скоростной напор газового потока, способствующий мгновенному распространению (и, частично, испарению) полученных диспергаторами мельчайших капелек углеводородного конденсата в объеме газового потока по длине газопровода. В результате на газоперерабатывающий завод в полном объеме поступают углеводороды в виде обогащенного газа и мелкодисперсного конденсата. Необходимый перепад давления, составляющий около 15 % давления перекачки, подбирается в зависимости от начального давления газопровода, режима перекачки, компонентного состава газа. Энергетические затраты на реализацию данной технологии снижаются при одновременном использовании технологии рециркуляции, так как при этом уменьшается количество диспергируемого конденсата.
Таким образом, задача сокращения (исключения) потерь углеводородов при транспортировании газа полностью решается двумя взаимно дополняющими технологиями: рециркуляции и транспорта распыленного конденсата.
Совершенствование методов сокращения потерь нефти от испарения в промысловых резервуарах шло также по принципу "от простого и малоэффективного - к ради-
Рис.4. Технологическая схема транспортирования газа с распыленным конденсатом:
1 - нефтепровод; 2, 3 - сепаратор соответственно первой и второй ступени; 4 - установка подготовки нефти; 5 - компрессорная станция; 6 - газопровод; 7- емкость сбора воды; 8 - конденсатосборник; 9 - диспергатор; 10 - водопровод; 11 - накопительная емкость; 12 - конденсатопровод; 13 - фазовый разделитель; 14 - газоперерабатывающий завод
58 1Л998
кальному". Наиболее простые и вполне эффективные методы борьбы с потерями, такие как сепарация нефти при атмосферном давлении и вакууме, снижение температуры подготовки нефти, использование вертикальных газоотделителей, газовых обвязок все в большей степени переставали соответствовать требованиям, предъявляемым к чистоте атмосферного воздуха. В качестве примера можно рассмотреть вертикальный газоотделитель (ВГ), разработанный ТатНИПИнефтью [6]. Конструктивно ВГ представляет собой вертикальный трубный аппарат диаметром 1000 мм, высотой 15 м, установленный перед резервуаром. Газ отделяется от нефти на горизонтальных или винтовых полках и отводится на компрессорную станцию, а раз-газированная нефть самотеком поступает в резервуар. Испытания газоотделителей показали очень хорошие результаты: массовая доля потерь испаряющихся фракций нефти была снижена на 74 %. Однако полного исключения потерь из резервуаров, сообщающихся с атмосферой, добиться нельзя.
Наилучшим решением этой проблемы в условиях промысловых пунктов сбора нефти может быть признана полная герметизация резервуарных парков с помощью систем улавливания легких фракций
нефти (УЛФ) [7-9, а.с. №1404090].
Один из первых в б. СССР опытов разработки такой системы принадлежит Тат-НИПИнефти, который в начале 80-х совместно с НГДУ "Актюбанефть" успешно провел испытания технологии в Павловском товарном парке. Принцип работы системы УЛФ заключается в откачке избыточных паров нефти из резервуаров и подаче подпиточного газа в резервуары при снижении в них давления, т.е. данная система исключает сообщение газового пространства резе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.