Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка энергосберегающих технологий подготовки газа валанжинских залежей Уренгойского месторождения в компрессорный период эксплуатации

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Разработка энергосберегающих технологий подготовки газа валанжинских залежей Уренгойского месторождения в компрессорный период эксплуатации"

□оз1взь1^ На правах рукописи

ЦВЕТКОВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОДГОТОВКИ

ГАЗА ВАЛАНЖИНСКИХ ЗАЛЕЖЕЙ УРЕНГОЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В КОМПРЕССОРНЫЙ ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 25 00 17 - «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4ЯНВ 2000

Уфа-2007

003163515

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Пономарев Александр Иосифович

Официальные оппоненты доктор технических наук

Люгай Дмитрий Владимирович;

кандидат технических наук, доцент Гумеров Олег Артурович

Ведущая организация ООО «ТюменНИИгипрогаз»

Защита состоится 22 января 2008 года в 15-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212 289 04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу 450062, Республика Башкортостан, г Уфа, ул Космонавтов, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета

Автореферат разослан 21 декабря 2007 года

Ученый секретарь совета //¡г Ямалиев В У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Добыча природного газа и газового конденсата в России в обозримой перспективе будет связана с эксплуатацией существующих и новых газовых и газокон-денсатных месторождений Крайнего Севера В настоящее время большинство эксплуатируемых здесь крупных месторождений находится на стадии падающей добычи Однако и после начала разработки новых месторождений полуострова Ямал и арктического шельфа одним из основных поставщиков углеводородного сырья в стране останется район Большого Уренгоя

Уренгойское нефтегазоконденсатнос месторождение (УНГКМ) имеет сложное геологическое строение и включает газовые, газоконденсатные и нефтяные залежи в широком стратиграфическом диапазоне - от сеномана до юры Основные разрабатываемые запасы жидких углеводородов сосредоточены в валанжинских залежах, выра-ботанность которых на сегодняшний день находится на уровне 30 %, при этом пластовое давление составляет около 50 % от начального

Подготовка газа и конденсата осуществляется по технологии низкотемпературной сепарации (НТС) на валанжинских установках комплексной подготовки газа (УКПГ), совмещенных по технологическим площадкам с сеноманскими установками подготовки газа Необходимая температура сепарации газообразной и жидкой фаз достигается посредством дросселирования газа, источником энергии которого на начальном этапе эксплуатации месторождения является пластовое давление По мере его истощения для поддержания оптимальных термобарических параметров сепарации и обеспечения межпромыслового транспорта газа и конденсата на валанжинских УКПГ предусмотрено строительство двух очередей дожимных компрессорных станций (ДКС), сроки ввода и объемы капитальных вложений которых необходимо определять с учетом того, что сеноманские УКПГ уже оснащены двумя ступенями компрессорных станций В период падающей добычи газа загрузка сеноманских ДКС становится ниже номинальной, что ведет к снижению коэффициента полезного действия существующих газоперекачивающих агрегатов и сопровождается нерациональным использованием их энергетического потенциала

В связи с этим актуальной проблемой является обеспечение дальнейшего эффективного функционирования промысловых объектов добычи и подготовки углево-

дородов Уренгойского нефгегазоконденсатного месторождения в компрессорный период эксплуатации за счет разработки и внедрения энергосберегающих технологий низкотемпературной сепарации.

Цель работы

Создание энергосберегающих технологий промысловой подготовки конден-сатсодержащих газов в компрессорный период эксплуатации, обеспечивающих максимальное извлечение различных групп углеводородов с учетом текущих и перспективных потребностей рынка при эффективном использовании существующих технологических и энергетических мощностей (на примере Уренгойского месторождения)

Задачи исследования

1. Анализ эффективности и классификация технологических проблем и осложнений при эксплуатации системы сбора и подготовки углеводородов валанжян-ских залежей Уренгойского НГКМ

2 Технологическое моделирование процессов фазовых превращений газо-конденсатных смесей с применением различных моделей для определения сравнительных термобарических параметров низкотемпературной сепарации

3 Разработка и реализация энергосберегающих технологий и технологических схем процесса низкотемпературной сепарации, обеспечивающих оптимальный состав нестабильного конденсата при эффективном использовании существующих мощностей сеноманского и валанжинского комплексов.

4 Планирование, организация и проведение комплексных промысловых га-зоконденсатных исследований в процессах низкотемпературной сепарации по проектной и разработанным технологическим схемам подготовки продукции валанжин-ских скважин УНГКМ.

5 Технико-экономическая оценка эффективности предла1 аемых решений

Методы исследований

Методы прикладной термодинамики для расчета фазовых равновесий газо-конденсатных смесей и моделирования технологических процессов Промысловые и лабораторные газоконденсатные исследования с последующей обработкой их результатов методами математической статистики

Научная новизна

Установлены зависимости степени извлечения отдельных групп углеводородов от термобарических параметров низкотемпературной сепарации

Установлены соотношения между перепадами давлений на каждой из двух ступеней дросселирования в зависимости от требований к составу и объему подготавливаемой продукции с учетом эффективной загрузки теплообменного оборудования

Защищаемые положения

1 Результаты расчетов термобарических параметров энергосберегающих режимов работы системы «валанжинские УКПГ - установки деэтанизации конденсата» Уренгойского месторождения на последующий период эксплуатации, положенные в основу

- технологии двухступенчатого дросселирования газа в процессе низкотемпературной сепарации для продления работы валанжинской УКПГ без подключения собственной ДКС при понижении входного давления на установку до 5,5 МПа,

- технологии межпромыслового транспорта конденсата за счет энергии газа по конденсатопроводам «УКПГ - установка деэтанизации конденсата»

2 Результаты промысловых испытаний процесса низкотемпературной сепарации на УКПГ-2В и промысловые данные по эксплуатации четырех модернизированных валанжинских УКПГ

3 Разработанные энергосберегающие технологии подготовки углеводородной продукции валанжинских залежей с использованием сеноманских ДКС, обеспечивающие за счет изменения термобарических параметров процесса НТС получение конечной продукции заданного состава.

Практическая значимость работы

Предложенные технологические схемы двухступенчатого дросселирования газа, межпромыслового транспорта конденсата и подключения сеноманских дожим-ных компрессорных станций к валанжинским УКПГ-1АВ, 2В, 5В, 8В Уренгойского месторождения внедрены в промысловую практику В ходе промысловых испытаний на действующих УКПГ разработанных технических решений установлено, что фактические параметры температуры и давления в низкотемпературном сепараторе нахо-

дятся в соответствии с расчетными, а общие технологические потери Cj,b в газе сепарации не превышают 5 г/м3 Предложенные решения использованы при реконструкции и техническом перевооружении ООО «Уренгойгазпром» в 2003-2006 гг (утверждены департаментом инвестиций и капитального строительства ОАО «Газпром»), включены в «Программу реконструкции и технического перевооружения объектов добычи газа на период до 2010 года» (одобрена постановлением № 41 Правления ОАО «Газпром» 11 сентября 2006 г) и в проекты по разработке и обустройству ва-ланжинских залежей на полное развитие Внедрение разработок обеспечивает значительный экономический эффект

- за счет отсрочки ввода валанжинских ДКС на 5-10 лет и исключения из проекта второй очереди ДКС на четырех валанжинских УКПГ,

- увеличения извлечения из пластового газа группы углеводородов Сз+в,

- повышения КПД сеяоманских ДКС и сокращения при этом удельного расхода газа на собственные нужды,

- исключения реконструкций четырех вторых ступеней сеноманских ДКС, связанных с заменой газоперекачивающих агрегатов на меньшую мощность

Адаптированные математические модели процесса НТС с последующей де-этанизацией конденсата, а также технические решения по двухступенчатому дросселированию газа и безнасосному транспорту конденсата могут быть использованы при проектировании вновь вводимых газоконденсатных месторождений

Практическая реализация разработанных технологий обеспечивает эффективную совместную работу валанжинских и сеноманских промыслов Достигнута дополнительная добыча нестабильного конденсата в объеме около 40 тыс т в год В результате отказа от строительства вторых очередей компримирования на четырех валанжинских ДКС и за счет переноса на более поздний период сроков ввода первых очередей этих станций уменьшается металлоемкость валанжинских ДКС, повышается надежность их эксплуатации При этом возможно использование существующих апробированных конструкций компрессоров с давлением нагнетания до 7,5 МПа Суммарная мощность валанжинских ДКС снижается на 150 МВт, что сокращает необходимое количество газоперекачивающих агрегатов на 15 единиц

Экономический эффект в 2006 г от внедрения результатов исследований, представленных в настоящей работе, с учетом вклада автора составляет 12,72 млн руб

Апробация работы

Результаты работы докладывались на отраслевой научно-практической конференции (Ямбург, 2004 г), 14-м Международном конгрессе «CITOGIC 2004 -ASTRAKHAN» (Астрахань, 2004 г ), 16-м Международном конгрессе «CITOGIC 2006 - TOMSK» (Томск, 2006 г), Международной конференции International Gas Research Conference (Vancouver, Canada, 2004 г) и получили положительную оценку на научно-техническом совещании ОАО «Газпром» (Анапа, 2005 г) Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 работы без соавторов, получено 2 патента Объем работы

Диссертация включает введение, четыре главы, выводы и приложения Изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 59 рисунков, 18 таблиц Список литературы включает 96 наименований

Осповпое содержание диссертационной работы

Во введении обоснованы актуальность темы, цель и задачи диссертационных исследований, сформулированы научная новизна, практическая ценность, защищаемые положения, приведены сведения об апробации работы и ее структуре

В первой главе рассмотрены особенности промысловой подготовки газа и конденсата в условиях снижения пластового давления на газоконденсатных промыслах Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения, детально проанализированы основные осложнения при эксплуатации установок комплексной подготовки газа и определены пути их решения

В создание новых технологий, направленных на эффективную подготовку продукции газоконденсатных скважин методом низкотемпературной сепарации, значительный вклад внесли Арутюнов А И, Великовский А С , Юшкин В В , Гриценко А И, Берго Б Г, Халиф A JI, Бекиров Т М, Сиротин А М, Туревский Е.Н, Язик А В , Бурмистров А Г, Истомин В А, Ланчаков Г А, Зиберт Г К , Кубанов А Н, Толстое В А и др Однако постоянное изменение геолого-технических условий эксплуа-

тации газоконденсатных залежей выдвигает новые задачи по обеспечению эффективного функционирования процессов добычи и подготовки газового конденсата

В данной главе выполнен анализ осложнений при подготовке продукции газоконденсатных скважин Температура в низкотемпературном сепараторе, где происходит глубокое извлечение (около 95 %) углеводородов С5+в из пластового газа, является одним из определяющих факторов, характеризующих эффективность процесса НТС Проектной температуре сепарации при минус 30 С соответствует температура точки росы газа по углеводородам ниже минус 20 °С, что обеспечивает в однофазном состоянии транспорт валанжинского газа по магистральным газопроводам Для достижения температуры сепарации минус 30 С перепад давления газа между входом на УКПГ и низкотемпературным сепаратором должен составлять не менее 3-3,5 МПа Однако из-за снижения пластового давления такой перепад давления на УКПГ-1АВ и 2В стало невозможно обеспечить уже к 2003 году, а на УКПГ-5В и 8В аналогичная проблема возникла в 2004 и 2005 гг, соответственно В результате произошло повышение температуры НТС в летний период с одновременным увеличением на 25-42 % уносов жидких углеводородов с газом сепарации Для поддержания проектного температурного режима сепарации в заданные сроки должен осуществляться поэтапный ввод валанжинских ДКС Невыполнение этого условия приводит к снижению уровня добычи газового конденсата, в том числе в результате неустойчивой работы низкоде-битных скважин и сокращения действующего фонда скважин

Вторым определяющим фактором процесса НТС является давление сепарации В работе выполнен анализ влияния давления в низкотемпературном сепараторе для ряда температурных уровней на показатели качества подготовки валанжинского газа и на степень извлечения углеводородов в нестабильный конденсат, а также определены граничные условия параметров работы промыслов для однофазного транспорта углеводородов в газопроводе

Приведен обзор технологий охлаждения газа при промысловой подготовке с оценкой сравнительной эффективности использования различных источников искусственного холода В условиях существующих технологических схем эксплуатации промыслов Уренгойского месторождения применение турбодетандеров через короткий промежуток времени потребует ввода валанжинских компрессорных станций Рассмотрены преимущества и недостатки вариантов подключения ДКС до и после

УКПГ Основным критерием при выборе варианта подключения является выход конечной продукции, поэтому вопрос влияния термобарических параметров процесса низкотемпературной сепарации на состав нестабильного конденсата требует дополнительного изучили

На рис. 1 показана классификация основных осложнений при подготовке продукции газоконденсатных скважин Уренгойского месторождения, сформулированы задачи исследований диссертационной работы и намечены основные пути их решения

Рис 1 Основные осложнения, принципиальные пути решения и задачи исследования в проблеме стабилизации уровня добычи газового конденсата на УНГКМ

Проведенный анализ технологического состояния установок подготовки ва-ланжинского газа УНГКМ свидетельствует о важности и актуальности решешм вопросов совершенствования процессов сепарации, компримирования газа и межпромыслового транспорта нестабильного конденсата В компрессорный период эксплуатации валанжинских УКПГ необходимо учитывать возможность использования высвобождающихся мощностей сеноманских ДКС

Вторая глава посвящена расчетным исследованиям влияния давления низкотемпературной сепарации на получение из пластового газа нестабильного и деэтани-зированного конденсатов, газов сепарации и деэтанизации с определением их составов и свойств Также изучено влияние давления в концевой ступени дегазации Уренгойских УКПГ на извлечение из пластового газа нестабильного и деэтанизированного

9

конденсатов Рассмотрены вопросы оптимизации процессов подготовки газа и конденсата с использованием методов расчетно-технологического моделирования

Натурные исследования термодинамических условий сепарации газа проводятся на установках фазового равновесия, что соответствует сепарации в одну ступень, а также на установках двухступенчатой сепарации для получения изотерм конденсации нестабильного или стабильного конденсата При проведении исследований на этих установках отсутствует процесс частичной дегазации нестабильного конденсата, который происходит на реальных УКПГ в разделителях и буферных емкостях Полученные результаты справедливы только в части определения величины давления максимальной конденсации конденсата и углеводородов, и остается неизвестным, как изменяется этот параметр с увеличением ступеней сепарации.

Поставленная задача решена с применением технологического моделирования в программной системе «ГазКондНефгь» в комплексе с исследованием процесса низкотемпературной сепарации с деэтанизациеи конденсата Расчеты выполнялись по уравнению состояния Пенга-Робинсона Многолетнее применение в газодобывающих предприятиях и отраслевых институтах математических моделей установок подготовки газа, конденсата и нефти в среде программной системы «ГазКондНефть» показало их соответствие реальным технологическим процессам подготовки и переработки углеводородов В связи с этим в программной среде «ГазКондНефть» проведены исследования разделения продукции валанжинских залежей на газ и конденсат на расчетно-технологических моделях установок фазового равновесия и двухступенчатой сепарации, а также на расчетно-технологической модели УКПГ-2В При этом предполагалось, что полученный нестабильный конденсат поступает на установку де-этанизации с параметрами, аналогичными УДК-1 Уренгойского УПКТ

Для расчетного исследования принят состав пластового газа, поступающего на 6-ю опытную технологическую нитку УКПГ-2В Уренгойского месторождения, потенциал углеводородов С5+в которого составляет на текущий момент 78 г/м3 пластового газа Комплексное обследование 6-й технологической нитки УКПГ-2В и установки деэтанизации конденсата УДК-1 позволило провести верификацию и адаптацию математических моделей как для элементарных процессов (дросселирование, сепарация, теплообмен и др), так и для макросистемы УКПГ - УДК в целом

На рис 2 представлены зависимости выхода нестабильного и деэтанизиро-ванного конденсатов от давления в низкотемпературной ступени сепарации при температуре минус 30 "С Как видно из графиков, в интервале давлений от 3 до 7 МПа изменяется выход нестабильного и деэтанизированного конденсатов на установке фазового равновесия соответственно на 2,9 и 0,8 % масс пластового газа, на установке двухступенчатой сепарации - на 1,1 и 0,8 % масс пластового газа, на УКПГ-2В - на 0,9 и 0,8 % масс пластового газа Зависимости выхода углеводородов С;+в в нестабильный конденсат для моделей установки двухступенчатой сепарации и УКПГ-2В идентичны, и их максимальное значение достигается при 3,5-4,5 МПа

Рис 2 Зависимости выхода нестабильного (а) и деэтанизированного (б) конденсатов от давления сепарации □ - Результаты дм модели установки фазового равновесия,

О — Результата дня модечи установки двухступенчатой сепарации, Д — Результаты для модели УКПГ-2В

Модель установки фазового равновесия обеспечивает большее извлечение С5+В, а максимальное количество С5+Е в нестабильном конденсате выделяется в интервале давлений от 3 до 4 МПа Для углеводородов фракции С3+в, из которых в основном состоит деэтанизированиый конденсат, модель установки фазового равновесия обеспечивает наибольший их выход Это происходит в интервале давлений от 4,5 до 5,5 МПа На моделях УКПГ-2В и установке двухступенчатой сепарации имеет место несколько меньший выход С3)В, а их наибольший выход наблюдается в интервале давлений от 4 до 5 МПа

Полученные результаты технологического моделирования свидетельствуют, что, несмотря на некоторые различия в количественных оценках процесса НТС, рассмотренные выше расчетные модели отражают общие тенденции Наибольший выход

14,0

3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Давление, МПа

3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Давление, МПа

а)

б)

углеводородов С3+в находится в интервале давлений в НТС от 4,0 до 5,0 МПа, а С5+в -от 3,5 до 4,5 МПа. Близкие результаты отмечаются в моделях установки двухступенчатой сепарации и УКПГ-2В по углеводородам групп С3-С4, С3+в и С5+в, хотя по группе метан+этан отличие существеннее

Таким образом, расчетно-технологическим моделированием установлено, что в условиях подготовки валанжинского газа УНГКМ для системы «УКПГ-УДК» оптимальным давлением низкотемпературной сепарации является интервал 4-5 МПа, соответствующий максимальному извлечению углеводородов Сз+в

На состав нестабильного конденсата и, следовательно, процесс деэтанизации оказывает также влияние давление концевой ступени дегазации При снижений давления с 4,5 до 2,5 МПа выход нестабильного конденсата сокращается, при этом происходит незначительное увеличение выхода деэтанизированного конденсата (рис 3)

2,5 3 3,5 4 4,5

Давление, МПа

Рис 3 Зависимости выхода нестабильного и деэтанизированного конденсатов от давления на концевой ступени дегазации УКПГ

Причиной этого является сокращение группы углеводородов метан+этан в нестабильном конденсате при уменьшении давления дегазации. Поэтому давление в концевой ступени дегазации необходимо поддерживать на минимально возможном уровне 2-2,5 МПа, при котором еще обеспечивается эжекция газа из разделителя и буферной емкости В результате проведенных расчетных исследований для условий Уренгойских УКПГ были сделаны следующие выводы максимальный выход в нестабильный конденсат групп углеводородов происходит в интервале давлений ме-

тан+этан - 5,5-6,5 МПа, пропан-бутановой фракции - 4,5-5,5 МПа; Сз+в -4,0-5,0МПа и С;+в - 3,5-4,5 МПа Для получения максимального выхода деэтанизи-рованного конденсата в системе УКПГ-УДК давление в НТС необходимо поддерживать на уровне 4-5 МПа, а в низкотемпературном разделителе и буферной емкости -2-2,5 МПа

Это позволяет улучшить разделение групп компонентов пластового газа С1.2 и С3+в между газом сепарации и нестабильным конденсатом за счет обогащения товарного газа метаном и этаном, а нестабильного конденсата - углеводородами Сз+в В результате этого потери углеводородов Сз+В при деэтанизации сократятся из-за уменьшения объема газа деэтанизации Кроме того, установлено, что интервал давления 4,0-5,0 МПа обеспечивает минимальное значение температуры точки росы по углеводородам

В третьей главе выполнен анализ состояния дожимного сеноманского комплекса УНГКМ, разработаны энергосберегающие технологии подготовки валанжин-ского газа в компрессорный период эксплуатации валанжинских УКПГ

В результате проведенного анализа состояния сеноманских ДКС обоснована целесообразность компримирования валанжинского газа на сеноманских ДКС, с учетом их энергетических и расходных характеристик С учетом возможности расположения ДКС на выходе валанжинской УКПГ сформулированы следующие требования, которые необходимо соблюдать при совершенствовании технологических процессов подготовки газа и конденсата

- обеспечение оптимальных термодинамических параметров (разработанных в главе 2) подготовки валанжинского газа на Уренгойском НГКМ с целью максимального получения из пластового газа деэтанизировашюго конденсата,

- эффективное использование холодопроизводящего процесса дросселирования валанжинского газа до величины входного давления сеноманской ДКС,

- реализация возможности межпромыслового транспорта нестабильного конденсата за счет энергии пластового газа,

- минимизация влияния давления в межпромысловом коллекторе и конденсатопро-воде на работу установок НТС,

-сокращение энергозатрат при подготовке углеводородов посредством оптимизации мощностей компримирования сеноманских и валанжинских ДКС

Установленные в главе 2 взаимосвязи термобарических параметров работы сепарационного, теплообменного и компрессорного оборудования положены в основу разработки новой технологической схемы подготовки валанжинского газа с его компримированием на сеноманской ДКС, отвечающей вышеуказанным требованиям (рис. 4).

Метанол в шлейфы

р= 4.4 МПа.

£=2 "С

Газ сепарации на сеноманскую ДКС

Нестабильный конденсат на УПКТ

Рис. 4. Технологическая схема и термобарические параметры работы 6-й технологической нитки УКПГ-2В при проведении промысловых испытаний процесса двухступенчатого

дросселирования

Проведенный анализ вариантов обеспечения требуемой производительности НТС, оптимальных параметров сепарации и рекуперации холода при подаче газа сепарации на сеноманскую ДКС показал, что в рассматриваемом случае рациональным технологическим приемом является двухступенчатое дросселирование газа на установке НТС. Давление газа между теплообменником Т-2 и низкотемпературным сепаратором С-2 на первом этапе понижается на эжекторе до уровня, обеспечивающего оптимальные параметры низкотемпературной сепарации. На втором этапе давление понижается на дополнительном дросселе, устанавливаемом между теплообменника-

ми Т-1 и Т-2 (по обратному потоку газа) Холод, полученный в результате первого снижения давления, рекуперируется в теплообменнике Т-2, расположенном первым по ходу движения газа сепарации, а холод, полученный в результате второго снижения давления, рекуперируется в теплообменнике Т-1.

Важно подчеркнуть, что разработанный способ подготовки валанжинского газа с двухступенчатом дросселированием и последующей подачей газа сепарации на сеноманскую ДКС существенно повышает технологическую гибкость установки НТС (за счет снижения зависимости работы валанжинской УКПГ от давления в межпромысловом коллекторе) Расчетно-технологическое моделирование процесса подготовки валанжинского i аза по новой технологической схеме позволило установить, что перепад давления между входом газа на УКПГ и низкотемпературным сепаратором может быть снижен до 1,5 МПа Таким образом, минимально необходимый перепад давления оказывается в два раза меньше по сравнению с проектным, при этом входное давление на УКПГ может быть снижено вплоть до 5,5 МПа (проектное значение 9,0 МПа)

С практической точки зрения этот результат означает, что разработанная технологическая схема позволяет перенести на более поздний период сроки ввода собственных ДКС валанжинских УКПГ за счет дозагрузки и одновременного повышения КПД компрессорных агрегатов сеноманских ДКС (территориально близко расположенных) Кроме этого, предложенная схема позволяет реализовать технологаю безнасосной межпромысловой транспортировки конденсата В качестве источника давления оказывается возможным использование энергии (давления) газа до дроссельного устройства, а не после дросселя (как в проекте) Поскольку минимальное давление на входе в УКПГ для схемы с двухступенчатым дросселированием составляет до 5,5 МПа, то использование энергии газа с таким давлением позволит обеспечить давление конденсата на выходе с УНТС до 5,3 МПа (с учетом гидравлических потерь) Это превышает давление в конденсатопроводе в районе любого из валанжинских УКПГ

С целью проверки эффективности предложенных технических решений были проведены натурные (промысловые) испытания работы технологической схемы с дросселированием газа в две ступени и безнасосной транспортировкой конденсата Испытания проводились на опытной б-й технологической линии УКПГ-2В в два эта-

па На первом этапе определялся минимальный перепад давления между входом на УКПГ и низкотемпературным сепаратором при обеспечении в последнем температуры минус 30°С На втором этапе определялась температура в низкотемпературном сепараторе при входном давлении на технологическую линию 7,5 МПа На рис 4 приведены результаты работы опытной технологической линии с дросселированием газа в две ступени и подачей газа сепарации на сеноманскую ДКС В табл. 1 приведено сравнение термобарических параметров по предложенному и проектному вариантам, из которой следует, что при одинаковом давлении сепарации температура НТС в предлагаемой схеме с двухступенчатым дросселированием оказывается на 11°С ниже, чем по проектной схеме

Таблица 1

Термобарические параметры газа для проектной и разработанной схемы

Величина Проектная схема Разработанная схема

Давление газа на входе в установку, МПа 7,5 7,5

Давление в низкотемпературном сепараторе, МПа 6,0 6,0

Температура в промежуточном сепараторе, °С 1 -14

Температура в низкотемпературном сепараторе, °С -19 -30

Сравнительные результаты работы опытной технологической лиши с безнасосной транспортировкой конденсата за счет энергии газа высокого давления и проектной схемы приведены в табл 2, из которой следует, что давление конденсата на выходе с УКПГ выше на 3 МПа (по сравнению с проектной схемой)

Таблица 2

Величины давлений для проектной и разработанной схемы_

Величина Проектная схема, МПа Разработанная схема, МПа

Давление пластового газа на входе в установку 7,5 7,5

Давление в низкотемпературном сепараторе 4,5 4,5

Давление конденсата в концевой ступени дегазации 4,3 2,5

Давление конденсата на выходе с установки 4,3 4,3-7,3

В этой главе также представлены результаты промысловых исследований влияния на содержание углеводородов Сз+в и С5+в в газе сепарации в интервале давления в НТС от 3 до 6 МПа На рис 5 приведены результаты хроматографичбского анализа проб газов сепарации, отобранных при проведении испытаний

16

Рис 5 Влияние давления на технологические потери углеводородов С5+в и Сз+в с газом сепарации на б-й технологической ни1ке УКПГ-2В при температуре минус 30 °С 1)С5+В --□--Расчет—А—Промысловые испытания, 2) С3+в —0— Расчет —О— Промысловые испытания

При изменении давления с 6 до 4 МПа наблюдается уменьшение потерь С5+в с газом сепарации на 1,1 г/м3, а при дальнейшем снижении давления с 4 до 3 МПа происходит увеличение потерь С5+в на 0,4 г/м3 Потери Сз+В с понижением давления с б до 5 МПа снижаются примерно на 4 г/м3, а при дальнейшем уменьшении давления с 5 до 3 МПа увеличиваются на 8 г/м3 Следовательно, минимальные потери с газом сепарации пропан-бутанов и углеводородов С5+в обеспечиваются при поддержании давления в НТС на уровне 4-5 МПа

Результаты промысловых испытаний подтвердили эффективность разработанных технических решений Установлено, что в условиях эксплуатации валанжин-ских залежей УНГКМ проектное решение поддерживать давление 6 МПа в НТС с точки зрения извлечения углеводородов С3+в и С5+в оказалось нерациональным

Таким образом, внедрение новых техночогических схем на валанжинских УКПГ принципиально обеспечивает

- увеличение объемов добычи деэтанизированного конденсата,

- перенос на более поздний период сроков ввода валанжинских ДКС и отказ от строительства четырех цехов валанжинских ДКС (вторых очередей) с сокращением потребной мощности,

- рациональную загрузку существующих мощностей сеноманских ДКС

В четвертой главе разработаны технические решения по совершенствованию дожимного валанжинского комплекса на основе реализации энергосберегающих схем совместной эксплуатации сеноманских и валанжинских промыслов УНГКМ, определены этапы и сроки внедрения по каждому УКПГ в компрессорный период эксплуатации, приводятся основные технико-экономические результаты внедрения рекомендованных технических решений

Основой энергосберегающих технических решений по развитию дожимного валанжинского комплекса Уренгойского месторождения являются обоснованные в предыдущих главах следующие положения 1) оптимальные термобарические параметры низкотемпературной сепарации, 2) технологии двухступенчатого дросселирования валанжинского газа и межпромыслового транспорта конденсата за счет энергии газа, 3) возможности эксплуатации валанжинских промыслов с ДКС на выходе с УКПГ и использование высвобождающихся мощностей сеноманских ДКС

Компрессорный период эксплуатации валанжинских промыслов Уренгойского месторождения в зависимости от уровня пластового и, соответственно, входного давления на УКПГ условно разделен на три этапа На всех этапах компрессорного периода эксплуатации используется разработанная автором технология дросселирования газа в две ступени на УНТС

На первом этапе при относительно высоких пластовых давлениях в валанжинских залежах применяется технологическая схема эксплуатации «УКПГ-ДКС» Газ сепарации газоконденсатных промыслов направляется на вторую ступень комприми-рования сеноманских ДКС, где он дожимается до давления транспортировки 55,8 МПа совместно с осушенным сеноманским газом

На втором этапе, по мере снижения пластового давления, газ сепарации валанжинских УКПГ подается на первую ступень сеноманских ДКС, после чего он совместно с сеноманским газом компримируется в две ступени, проходит установку осушки и направляется в межпромысловый коллектор На этом этапе используется технологическая схема эксплуатации «УКПГ-ДКС-ДКС»

На третьем этапе при снижении входного давления на УВСПГ ниже 5,5-5,7МПа вводится только одна очередь (а не две, как по проекту) валанжинской ДКС по схеме «ДКС-УКПГ-ДКС» Газ сепарации направляется на вторую ступень сеноманской ДКС Подача газа на первую ступень сеноманских ДКС в этот период становится нерациональной из-за наступления завершающего периода эксплуатации сеноманских промыслов, в котором низкое давление на входе в первую ступень приводит к существенным потерям холода вследствие недостаточной рекуперации Однако в завершающие годы эксплуатации (2020-2025 годы) не исключается подача газа сепарации и на первую ступень сжатия

Сроки внедрения технологических схем по этапам эксплуатации валанжин-ских УКПГ зависят от возможности понижения давления в низкотемпературных сепараторах до величины 4,0 МПа, соответствующей нижней границе оптимального интервала давления сепарации Для этого предполагается ввод установок по транспортировке конденсата, представленных в главе 3 Оптимальным вариантом транспортировки конденсата является ввод двух ступеней повышения давления нестабильного конденсата с расположением первой ступени на УКПГ, а второй ступени - перед входом на установку деэтанизации конденсата УПКТ

В таблице 3 приведены расчетные сроки внедрения рекомендованных технологических схем компримирования газа и транспортировки конденсата

Таблица 3

Расчетные сроки ввода валанжинских ДКС и установок транспортировки конденсата

УКПГ Сроки ввода

1АВ 2В 5В 8В

Схемы компримирования газа

По проекту разработки 2005 2005 2006 2006

УКПГвал - ДКСсен Ист (этап 1) 2003 2002 2004 2005

УКПГвал - ДКСсен 1ст (этап 2) 2010 2009 2008 2013

ДКС - УКПГвал - ДКСсен (этап 3) 2014 2012 2010 2016

Схемы транспортировки конденсата

По проекту разработки нет нет нет нет

центральная установка (этап 1) 2010 не требуется 2009 2012

промысловая установка (этап 2) 2015 2012 2011 2018

Данные табл 3 свидетельствуют, что предлагаемые технологические схемы позволяют сдвинуть на более поздний срок ввод валанжинских ДКС для УКПГ-1АВ на 9 лет, для УКПГ-5В на 5 лет и для УКПГ-8В на 10 лет Для обеспечения таких сроков эксплуатации схем компримировапия газа необходим ввод централизованной установки по транспортировке конденсата в 2009 году и промысловых установок транспортировки конденсата на УКПГ-1АВ в 2015 году, на УКПГ-2В в 2012 году, на УКПГ-5В в 2011 году и на УКПГ-8В в 2018 году

В табл 4 представлены сводные данные о необходимом количестве ступеней и ГПА на валанжинских УКПГ Уренгойского месторождения Разработанные автором технические решения позволяют отказаться от строительства одной очереди ДКС вместо двух, при этом количество ГПА сокращается с 27 до 12 единиц, а их потребная мощность сокращается на 150 МВт

Таблица 4

Потребная мощность валанжинского дожимного комплекса

УКПГ Число ступеней Количество ГПА / мощность, МВт

проектная разработанные техни- проектная разработанные техниче-

схема ческие решения схема ские решения

1 АВ 2 1 7/10 3/10

2В 2 1 5/10 3/6,3 (введены 4/10)

5В 2 1 6/10 3/10

8В 2 1 9/10 3/10

В настоящее время предложенные в работе энергосберегающие технологии и технологические схемы внедрены на всех валанжинских промыслах Уренгойского месторождения Опыт эксплуатации показал увеличение выхода нестабильного конденсата за счет поддержания термобарических параметров в НТС на оптимальном уровне При этом минимизировано влияние изменения давления в межпромысловом коллекторе на эффективность работы валанжинских УКПГ Более ранний ввод компрессорной станции на УКПГ-2В в сравнении с остальными обусловлен необходимостью эжекгирования смеси газа деэтанизации с установок деэтанизации конденсата УПКТ и попутного нефтяного газа Внедрение данных технологий позволило отка-

заться от строительства вторых очередей компримирования на четырех валанжинских ДКС Кроме того, сокращаются эксплуатационные затраты на подготовку валанжин-ского газа за счет сдвига сроков ввода (см табл 3) первых очередей валанжинских ДКС Используются существующие апробированные в производстве конструкции компрессоров с давлением нагнетания до 7,5 МПа В результате этого уменьшается металлоемкость валанжинских ДКС, повышается надежность их эксплуатации при сокращении капитальных и эксплуатационных затрат Суммарная мощность валанжинских ДКС снижается на 150 МВт Происходит увеличение энергоэффективности сеноманских ДКС за счет работы газоперекачивающих агрегатов с оптимальной загрузкой Температура точки росы смешанного газа оказывается ниже 0 °С, что обеспечивает безгидратный режим работы аппаратов воздушного охлаждения Увеличение загрузки сеноманских ДКС исключает их последующую реконструкцию и затраты, связанные с заменой ГПА на меньшую мощность Вышеприведенные технологические преимущества подтверждаются приведенным в работе расчетом экономической эффективности

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

1 Проведен анализ осложнений в работе систем подготовки газа и конденсата валанжинских залежей УПГКМ и выполнена классификация основных технологических проблем Установлено, что в компрессорный период разработки Уренгойского месторождения для обеспечения эффективной работы валанжинского комплекса необходимо обоснование новых термобарических условий процесса низкотемпературной сепарации Для дальнейшей эффективной промысловой подготовки углеводородного сырья на УНГКМ требуется создание энергоэффективных технологических схем совместной работы сеноманских и валанжинских промыслов

2 В результате выполненных на основе технологического моделирования исследований поведения системы «валанжинские УКПГ - установка деэтанизации конденсата» установлено, что максимальный выход в нестабильный конденсат групп углеводородов происходит в интервале давлений метан-этановой фракции - при 5,5-6,5 МПа, пропан-бутановой фракции - при 4,5-5,5 МПа, фракций С3+в - при 4,0-5,0 МПа и фракций С5+в - при 3,5-4,5 МПа Для получения максимального выхода деэтанизированного конденсата в системе УКПГ-УДК давление в НТС необходи-

мо поддерживать на уровне 4-5 МПа, а в низкотемпературном разделителе и буферной емкости 2-2,5 МПа

3 С учетом оптимальных термобарических параметров процесса низкотемпературной сепарации, возможности эксплуатации валанжинских промыслов с ДКС на выходе с УКПГ и наличия достаточных для компримирования валанжинского газа высвобождающихся мощностей сеноманских ДКС разработаны защищенные патентами Российской Федерации энергосберегающие технологии двухступенчатого дросселирования валанжинского газа и безнасосной транспортировки нестабильного конденсата Расчетами установлено, что технология двухступенчатого дросселирования позволяет снизить на 1,5-2,0 МПа перепад давления газа между входом на УКПГ и низкотемпературным сепаратором при сохранении температуры сепарации на уровне минус 30°С Технология безнасосной подачи конденсата обеспечивает поступление конденсата в конденсатопровод под давлением 3,7-5,3 МПа для различных УКПГ при поддержании давления в разделителе и буферной емкости в диапазоне 2,0-5,0 МПа

4 Результаты промысловых испытаний подтвердили правильность разработанных технических решений Установлено, что в условиях эксплуатации валанжинских залежей УНГКМ проектное решение поддерживать давление 6 МПа в НТС с точки зрения извлечения углеводородов Сз+в и С5+в является нерациональным Внедрение новых технологических схем обеспечивает

- увеличение объемов добычи деэтанизированного конденсата,

- перенос на более поздний период сроков ввода валанжинских ДКС и отказ от строительства четырех цехов валанжинских ДКС (вторых очередей) с сокращением потребной мощности,

- рациональную загрузку существующих мощностей сеноманских ДКС

5 Обоснованы принципиальные технологические схемы и этапы работы валанжинских промыслов в компрессорный период эксплуатации УНГКМ На основе разработанных энергосберегающих технологий, а также прогнозных показателей разработки Уренгойского месторождения определены сроки внедрения каждого этапа с вводом валанжинских ДКС и установок транспортировки конденсата Выполнены расчеты экономического эффекта от внедрения результатов исследований, полученных при подготовке настоящей диссертационной работы

6 Экономический эффект в 2006 г от внедрения результатов исследования, полученных в ходе подготовки настоящей диссертационной работы, с учетом вклада автора составляет 12,72 млн руб

Содержание работы опубликовано в 10 научных трудах, из которых 4 помещены в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ

1 Обеспечение эффективной эксплуатации валанжинского комплекса Уренгойского месторождения на весь период разработки / ГАЛанчаков, АНКульков, В А Ставицкий, Н А Цветков, А А Типугин // Актуальные проблемы и новые технологии освоения месторождений углеводородов Ямала в XXI веке материалы отраслевой научно-практической конференции (Ямбург, 7-10 июня 2004 г) - М ООО «ИРЦ Газпром», 2004 - С 271-278

2 Operating Problems of Cenomanian and Valanginian Gas Conditioning and Treatment on the Urengoy Field at Late and Final Stages of its Development (актуальные проблемы на завершающей стадии разработки сеноманской и валанжинской залежи Уренгойского месторождения) / Suleimanov R S , Lanchakov G А, Kulkov А N, Tsvctkov N А, Stavitsky V А, Isíomm V А. // IGRC, Procedings of the conference (on CD), Vancouver 2004

3 Оптимизация подготовки газа валанжинских залежей Уренгойского НГКМ / Г А Ланчаков, В А Ставицкий, О П Кабанов, Н А Цветков, Р В Абдуллаев, А А Типугин // Газовая промышленность - 2005 - № 3 - С 48-50

4 Совершенствование технологий сбора и подготовки углеводородного сырья на Уренгойском НГКМ /ГА Ланчаков, А Н Кульков, В А Ставицкий, Н А Цветков, А А Типугин // Новые высокие технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи Т. 14 (подготовлен по результатам 14-го международного конгресса «CITOGIC'2004 - ASTRAKHAN») - М Информационно-издательский центр АТН РФ и редакция периодического издания «Новые высокие технологии», 2005 - С 403-409

1 1

5 Эксплуатация валанжинских УКПГ Уренгойского месторождения в компрессорный период разработки / Г А Ланчаков, В А Ставицкий, О П Кабанов, Н А Цветков, А А Типугин//Газовая промышленность -2006 - № 2 - С 31-33

6 Повышение эффективности добычи и подготовки газа валанжинских залежей Уренгойского комплекса / ГА Ланчаков, В А Ставицкий, Н А Цветков, А А Типугин // Актуальные вопросы и научно-технические решения по технике и технологии добычи, извлечения и подготовки углеводородного сырья к транспорту на газоконденсатных месторождениях материалы заседания секции «Добыча и промысловая подготовка газа и газового конденсата» Научно-технического совета ОАО «Газпром» -М ООО «ИРЦ Газпром», 2006 -С 5-14

7 Цветков Н А Повышение эффективности эксплуатации установок подготовки газа вваланжинских залежей Уренгойского НГКМ /НА Цветков // Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений приложение к журналу «Наука и техника в газовой промышленности» - 2006 - № 1 - С 43-47

8 Подготовка продукции валанжинских залежей Уренгойского месторождения / Н А Цветков // Газовая промышленность - 2007 - № 2 - С 74-77

9 Пат 2294429 Российская Федерация Способ подготовки углеводородного газа к транспорту / ГА Ланчаков, С В Сорокин, А Н Кульков, О П Кабанов, В А Ставицкий, Н А Цветков и др, заявл. 01 12.04; опубл 27 02 07, Бюл № 6 -5с

10 Пат 2294430 Российская Федерация Способ подготовки углеводороднот о газа к транспорту / Г А Ланчаков, В А Ставицкий, Н А Цветков и др , заявл 14 06 05, опубл 27 02 07, Бюл № 6 - 5с

Подписано в печать 19 12 07 Бумага офсетная Формат 60x80 1/16 Гарнитура «Тайме» Печать трафаретная Уел печ л 1 Тираж 90 Заказ 289 Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес типографии 450062, Республика Башкортостан, г Уфа, ул Космонавтов, 1

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Цветков, Николай Александрович

Введение.

1. Особенности промысловой подготовки и переработки продукции газоконденсатных залежей Уренгойского НГКМ.

1.1. Технологическое состояние и основные осложнения при эксплуатации установок подготовки газа и конденсата на газоконденсатных промыслах Уренгойского НГКМ.

1.2. Анализ эффективности различных способов охлаждения газа и технологических схем подключения ДКС.

1.3. Влияние термобарических параметров низкотемпературной сепарации на эффективность процесса подготовки пластового газа валанжинских залежей.

1.4. Постановка цели и задач исследования.

2. Термодинамические исследования влияния давления на подготовку газа и конденсата.

2.1. Объекты исследований, аппаратура и методики измерения.

2.2. Исследование процесса сепарации газа и конденсата на технологических моделях лабораторных и промысловых установок в программной системе «ГазКондНефть».

2.3. Исследование влияния термобарических параметров на эффективность процессов низкотемпературной сепарации и деэтанизации конденсата.

2.4. Выводы.

3. Совершенствование технологических схем подготовки валанжинского газа в компрессорный период эксплуатации.

3.1. Анализ проектных решений по эксплуатации валанжинских УКПГ в компрессорный период и разработка технологических схем подключения ДКС к УКПГ.

3.2. Разработка технологической схемы подготовки валанжинского газа на УНТС с двухступенчатым дросселированием.

3.3. Разработка схемы безнасосной транспортировки конденсата с УКПГ при помощи газа высокого давления.

3.4. Промысловые испытания по определению термобарических параметров технологических схем с дросселированием газа в две ступени и безнасосной транспортировки конденсата.

3.5. Промысловые исследования зависимости состава газа сепарации от давления в НТС.

3.6. Выводы.

4. Совершенствование дожимного валанжинского комплекса на основе реализации энергосберегающих схем совместной эксплуатации сеноманских и валанжинских промыслов УНГКМ.

4.1. Принципиальные технологические схемы и этапы работы валанжинских УКПГ в компрессорный период эксплуатации.

4.2. Определение сроков ввода и мощностей валанжинских ДКС.

4.3. Промышленная реализация разработанных технических решений на Уренгойском НГКМ.

4.4. Оценка экономической эффективности отсрочки ввода ДКС валанжинских УКПГ.

4.5. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка энергосберегающих технологий подготовки газа валанжинских залежей Уренгойского месторождения в компрессорный период эксплуатации"

Актуальность проблемы

Добыча природного газа и газового конденсата в России в обозримой перспективе будет связана с эксплуатацией существующих и новых газовых и газоконденсатных месторождений Крайнего Севера. В настоящее время большинство эксплуатируемых здесь крупных месторождений находится на стадии падающей добычи. Однако и после начала разработки новых месторождений полуострова Ямал и арктического шельфа одним из основных поставщиков углеводородного сырья в стране останется район Большого Уренгоя.

Уренгойское нефтегазоконденсатное месторождение (УНГКМ) имеет сложное геологическое строение и включает газовые, газоконденсатные и нефтяные залежи в широком стратиграфическом диапазоне от сеномана до юры. Основные разрабатываемые запасы жидких углеводородов сосредоточены в ва-ланжинских залежах, выработанность которых на сегодняшний день находится на уровне 30 %, при этом пластовое давление составляет около 50 % от начального.

Подготовка газа и конденсата осуществляется по технологии низкотемпературной сепарации (НТС) на валанжинских установках комплексной подготовки газа (УКПГ), совмещенных по технологическим площадкам с сеноман-скими установками подготовки газа. Необходимая температура сепарации газообразной и жидкой фаз достигается посредством дросселирования газа, источником энергии которого на начальном этапе эксплуатации месторождения является пластовое давление. По мере его истощения для поддержания оптимальных термобарических параметров сепарации и обеспечения межпромыслового транспорта газа и конденсата на валанжинских УКПГ предусмотрено строительство двух очередей дожимных компрессорных станций (ДКС), сроки ввода и объемы капитальных вложений которых необходимо определять с учетом того, что сеноманские УКПГ уже оснащены двумя ступенями компрессорных станций. В период падающей добычи газа загрузка сеноманских ДКС становится ниже номинальной, что ведет к снижению коэффициента полезного действия 4 существующих газоперекачивающих агрегатов и сопровождается нерациональным использованием их энергетического потенциала.

В связи с этим актуальной проблемой является обеспечение дальнейшего эффективного функционирования промысловых объектов добычи и подготовки углеводородов Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения в компрессорный период эксплуатации за счет разработки и внедрения энергосберегающих технологий низкотемпературной сепарации. В создание технологий, направленных на эффективную подготовку продукции газоконденсатных скважин методом низкотемпературной сепарации, значительный вклад внесли Арутюнов А.И., Великовский А.С., Юшкин В.В., Гриценко А.И., Берго Б.Г., Халиф А.Л., Бекиров Т.М., Сиротин А.М., Туревский Е.Н., Язик А.В., Бурмистров А.Г., Истомин В.А., Ланчаков Г.А., Зиберт Г.К., Кубанов А.Н., Толстов В.А. и другие. Однако постоянное изменение геолого-технических условий эксплуатации газоконденсатных залежей выдвигает новые задачи по обеспечению эффективного функционирования процессов добычи и подготовки газового конденсата.

Цель работы

Целью диссертационной работы является создание энергосберегающих технологий промысловой подготовки конденсатсодержащих газов в компрессорный период эксплуатации, обеспечивающих максимальное извлечение различных групп углеводородов с учетом текущих и перспективных потребностей рынка при эффективном использовании существующих технологических и энергетических мощностей (на примере Уренгойского месторождения).

Задачи исследования

1. Анализ и классификация технологических проблем и осложнений при эксплуатации системы сбора и подготовки углеводородов валанжинских залежей Уренгойского НГКМ.

2. Технологическое моделирование процессов фазовых превращений газоконденсатных смесей с применением различных моделей для определения сравнительных термобарических параметров низкотемпературной сепарации.

3. Разработка и реализация энергосберегающих технологий и технологических схем процесса низкотемпературной сепарации, обеспечивающих оптимальный состав нестабильного конденсата при эффективном использовании существующих мощностей сеноманского и валанжинского комплексов.

4. Планирование, организация и проведение комплексных промысловых газоконденсатных исследований в процессах низкотемпературной сепарации по проектной и разработанным технологическим схемам подготовки продукции валанжинских скважин УНГКМ.

5. Технико-экономическая оценка эффективности предлагаемых решений.

Методы исследований

Методы прикладной термодинамики для расчета фазовых равновесий газоконденсатных смесей и моделирования технологических процессов. Промысловые и лабораторные газоконденсатные исследования с последующей обработкой их результатов методами математической статистики.

Научная новизна

Установлены зависимости степени извлечения отдельных групп углеводородов от термобарических параметров низкотемпературной сепарации и концевой ступени дегазации установки НТС.

Установлены соотношения между перепадами давлений на каждой из двух ступеней дросселирования в зависимости от требований к составу и объему подготавливаемой продукции с учетом эффективной загрузки теплообмен-ного оборудования.

Защищаемые положения

1. Результаты расчетов термобарических параметров энергосберегающих режимов работы системы «валанжинские УКПГ - установки деэтанизиции конденсата» Уренгойского месторождения на последующий период эксплуатации, положенные в основу:

• технологии двухступенчатого дросселирования газа в процессе низкотемпературной сепарации для продления работы валанжинской УКПГ без подключения собственной ДКС при понижении входного давления на установку до 5,5 МПа;

• технологии межпромыслового транспорта конденсата за счет энергии газа по конденсатопроводам «УКПГ - установка деэтанизации конденсата».

2. Результаты промысловых испытаний процесса низкотемпературной сепарации на УКПГ-2В и промысловые данные по эксплуатации четырёх модернизированных валанжинских УКПГ.

3. Разработанные энергосберегающие технологии подготовки углеводородной продукции валанжинских залежей с использованием сеноманских ДКС, обеспечивающие за счет изменения термобарических параметров процесса НТС получение конечной продукции заданного состава.

Практическая значимость работы

Предложенные технологические схемы двухступенчатого дросселирования газа, межпромыслового транспорта конденсата и подключения сеноманских дожимных компрессорных станций к валанжинским УКПГ-1АВ, 2В, 5В, 8В Уренгойского месторождения внедрены в промысловую практику. В ходе промысловых испытаний на действующих УКПГ разработанных технических решений установлено, что фактические параметры температуры и давления в низкотемпературном сепараторе находятся в соответствии с расчетными, а обл щие технологические потери Cs+в в газе сепарации не превышают 5 г/м . Предложенные решения использованы при реконструкции и техническом перевооружении ООО «Уренгойгазпром» в 2003-2006 гг. (утверждены департаментом инвестиций и капитального строительства ОАО «Газпром»), включены в «Про7 грамму реконструкции и технического перевооружения объектов добычи газа на период до 2010 года» (одобрена постановлением № 41 Правления ОАО «Газпром» 11 сентября 2006 г.) и в проекты по разработке и обустройству валанжинских залежей на полное развитие. Внедрение разработок обеспечивает значительный экономический эффект за счет:

- отсрочки ввода валанжинских ДКС на 5-10 лет и исключения из проекта второй очереди ДКС на четырех валанжинских УКПГ;

- увеличения извлечения из пластового газа группы углеводородов

Сз+в;

- повышения КПД сеноманских ДКС и сокращения при этом удельного расхода газа на собственные нужды;

- исключения реконструкций четырех вторых ступеней сеноманских ДКС, связанных с заменой газоперекачивающих агрегатов на меньшую мощность.

Адаптированные математические модели процесса НТС с последующей деэтанизацией конденсата, а также технические решения по двухступенчатому дросселированию газа и безнасосному транспорту конденсата могут быть использованы при проектировании вновь вводимых газоконденсатных месторождений.

Практическая реализация разработанных технологий обеспечивает эффективную совместную работу валанжинских и сеноманских промыслов. Достигнута дополнительная добыча нестабильного конденсата в объеме около 40 тыс. тонн в год. В результате отказа от строительства вторых очередей ком-примирования на четырех валанжинских ДКС и за счет переноса на более поздний период сроков ввода первых очередей этих станций уменьшается металлоемкость валанжинских ДКС, повышается надежность их эксплуатации. При этом возможно использование существующих апробированных конструкций компрессоров с давлением нагнетания до 7,5 МПа. Суммарная мощность валанжинских ДКС снижается на 150 МВт, что сокращает необходимое количество газоперекачивающих агрегатов на 15 единиц.

Экономический эффект в 2006 г. от внедрения результатов исследований, выполненных в настоящей работе, с учетом вклада автора составляет 12,72 млн. руб.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на отраслевой научно-практической конференции (п. Ямбург, 7-10 июня 2004 г.), четырнадцатом международном конгрессе «CITOGIC 2004 - ASTRAKHAN» (сентябрь 2004 г.), шестнадцатом международном конгрессе «CITOGIC 2006 - TOMSK» (сентябрь 2006 г.), международной конференции International Gas Research Conference, Vancouver, Canada (November, 2004) и получили положительную оценку на научно-техническом совещании ОАО «Газпром» (22-25 октября 2005 года, г. Анапа).

Публикации

Содержание работы опубликовано в 10 научных трудах (4 статьи опубликованы в перечне рецензируемых научных журналов и изданий в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ), в том числе 2 патента РФ, 2 работы опубликованы без соавторов.

Объём работы

Диссертация включает введение, четыре главы, выводы и приложения, изложена на 142 стр., содержит 61 рис., 18 табл. Список литературы включает 96 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", Цветков, Николай Александрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

1. Проведен анализ осложнений в работе систем подготовки газа и конденсата валанжинских залежей УНГКМ, и выполнена классификация основных технологических проблем. Установлено, что в компрессорный период разработки Уренгойского месторождения для обеспечения эффективной работы валанжинского комплекса необходимо обоснование новых термобарических условий процесса низкотемпературной сепарации. Для дальнейшей эффективной промысловой подготовки углеводородного сырья на УНГКМ требуется создание энергоэффективных технологических схем совместной работы сеноманских и валанжинских промыслов.

2. В результате выполненных на основе технологического моделирования исследований поведения системы «валанжинские УКПГ - установка деэтанизации конденсата» установлено, что максимальный выход в нестабильный конденсат групп углеводородов происходит в интервале давлений: метан-этановой фракции - при 5,5-6,5 МПа, пропан-бутановой фракции - при 4,5-5,5 МПа, фракций С3+в - при 4,0-5,0 МПа и фракций С5+в - при 3,5-4,5 МПа. Для получения максимального выхода деэтанизированного конденсата в системе УКПГ-УДК давление в НТС необходимо поддерживать на уровне 4-5 МПа, а в низкотемпературном разделителе и буферной емкости 2-2,5 МПа.

3. С учетом обоснования оптимальных термобарических параметров процесса низкотемпературной сепарации, возможности эксплуатации валанжинских промыслов с ДКС на выходе с УКПГ и наличия достаточных для компримирования валанжинского газа высвобождающихся мощностей сеноманских ДКС разработаны защищенные патентами Российской Федерации энергосберегающие технологии двухступенчатого дросселирования валанжинского газа и безнасосной транспортировки нестабильного конденсата. Расчетами установлено, что технология двухступенчатого дросселирования позволяет снизить на 1,5-2,0 МПа перепад давления газа между входом на УКПГ и низкотемпературным сепаратором с обеспечением в нем температуры минус 30°С. Технология безнасосной подачи конденсата обеспечивает поступление конденсата

128 в конденсатопровод под давлением 3,7-5,3 МПа для различных УКПГ при поддержании давления в разделителе и буферной емкости в диапазоне 2,0-5,0 МПа.

4. Результаты промысловых испытаний подтвердили правильность разработанных технических решений. Установлено, что в условиях эксплуатации валанжинских залежей УНГКМ проектное решение поддерживать давление 6 МПа в НТС с точки зрения извлечения углеводородов Сз+в и Cs+в оказалось нерациональным. Внедрение новых технологических схем обеспечивает:

- увеличение объемов добычи деэтанизированного конденсата; перенос на более поздний период сроков ввода валанжинских ДКС и отказ от строительства четырех цехов валанжинских ДКС (вторых очередей) с сокращением потребной мощности; рациональную загрузку существующих мощностей сеноманских ДКС.

5. Обоснованы принципиальные технологические схемы и этапы работы валанжинских промыслов в компрессорный период эксплуатации УНГКМ. На основе разработанных энергосберегающих технологий с использованием вышеуказанной номограммы, а также прогнозных показателей разработки Уренгойского месторождения определены сроки внедрения каждого этапа с вводом валанжинских ДКС и установок транспортировки конденсата. Выполнены расчеты экономического эффекта от внедрения результатов исследований, полученных при подготовке настоящей диссертационной работы.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Цветков, Николай Александрович, Уфа

1. Ремизов В.В. Научно-технические проблемы освоения месторождений Уренгойского газонефтеконденсатного комплекса. Проблемы освоения месторождений Уренгойского комплекса. М.: ОАО «Издательство «Недра», 1998,-с.4-9.

2. Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. - 596 с.

3. Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов Р.С. «Сбор и промысловая подготовка газа на Северных месторождениях России». М.: ОАО «Издательство «Недра», 1999. - 473 с.

4. Китаев С.В., Шаммазов И.А. Оценка потенциала экономии углеводородного сырья на ДКС. Газовая промышленность № 11, 2005. с. 84-85.

5. Никоненко И.С., Сулейманов Р.С., Кульков А.Н., Ставицкий В.А. Опыт промысловой подготовки газа сеноманской и валанжинской залежей130

6. Уренгойского газоконденсатного месторождения. Обз. информ. ВНИИЭгаз-прома, сер. Передовой производственный опыт в газовой промышленности. -М.: ВНИИЭгазпром, 1987. Вып. 6. - С. 11-15.

7. Васильев В.Г., Ермаков В.И., Жабреев И.П. Под ред. Жабрева И.П. Газовые и газоконденсатные месторождения,- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1983.-375 с.

8. Гриценко А.И., Островская Т.Д., Юшкин В.В. Углеводородные конденсаты месторождений природного газа. -М.: Недра, 1983. 263 с.

9. Гриценко А.И., Гриценко И.А., Юшкин В.В., Островская Т.Д. Научные основы прогноза фазового поведения пластовых газоконденсатных систем. М.: Недра, 1995. - С. 127-129.

10. Кабанов Н.И., Кубанов А.Н., Туревский Е.Н., Фишман JI.JI., Елист-ратов В.И., Дыкман А.Н. Промысловые технологии извлечения конденсата: практика и перспективы / Газовая промышленность № 4, 1997. с. 45-47.

11. Туревский Е.Н., Елистратов В.И., Кубанов А.Н. и. др. Новые технические решения при обустройстве Ямбургского ГКМ. М.: ВНИИЭгазпром, 1988. - С. 2-4.

12. Кубанов А.Н. Интенсификация промысловой низкотемпературной обработки природных газов на северных месторождениях. Автореф. дисс. на соискание ученой степени к.т.н. М., 1998.

13. Берго Б.Г., Пучкова Н.М., Фролов А.В. Совершенствование установок стабилизации конденсата/Газовая промышленность. Обз. информ. ВНИИЭгазпрома, сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. 1985. Вып. 11.-С. 25-27.

14. Бекиров Т.М. Промысловая и заводская обработка природных и нефтяных газов. М.: «Недра». 1980. С. 293.

15. Арутюнов А.И. Низкотемпературная сепарация природного газа. М.: Гостоптехиздат, 1961. С. 50.

16. Бекиров Т.М., Шаталов А.Т. Сбор и подготовка к транспорту природных газов. М.: «Недра», 1986. - 261 с.

17. Берго Б.Г., Туревский Е.Н., Черников Е.И., Бекиров Т.М. Промысловое и заводское извлечение конденсата: уроки практики // Газовая промышленность № 2, 1984. С. 11-13.

18. Туревский Е.Н., Бекиров Т.М., Берго Б.Г., Черников Е.Н. Технический прогресс промысловой обработки газа и конденсата // Газовая промышленность №4, 1984. С. 20-21.

19. Кубанов А.Н., Туревский Е.Н., Елистратов А.В., Цацулина Т.С. Границы применимости технологии НТС // НТС., Сер. Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа. / ИРЦ Газпром. 1997. - № 11. - С. 19-26.

20. Гельперин И.И., Зеликсон Г.М., Рапопорт J1.J1. Под. ред. проф. Гельперина Н.И. Справочник по разделению газовых смесей методом глубокого охлаждения. 2-е изд. перераб. - М., 1963. - С. 512.

21. Берго Б.Г. Разработка и исследование новых систем разделения газовых смесей. Дисс. на соискание ученой степени д.т.н. М. 1973.

22. А.И. Гриценко. Научные основы промысловой обработки углеводородного сырья. М.: Недра, 1977. - 239 с.

23. Худяков О.Ф. Способ выделения конденсата из углеводородных газов / А.с. № 178810 (СССР). БИ, № 4, 1966.

24. Будымка В.Ф., Гриценко А.И., Коваленко М.П., Ткаченко М.Ф., Огуль Л.Д., Власюк О.И. Увеличение степени извлечения Сз+в в установках НТС // Газовая промышленность, 1983. № 11. С. 26.

25. Худяков О.Ф. Бекиров Т.М. Выбор режима установок низкотемпературной сепарации // Газовая промышленность. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. 1982, вып. 11. с. 1-4.

26. Ланчаков Г.А., Ставицкий В.А., Кабанов О.П., Цветков Н.А., Абдул-лаев Р.В., Тнпугин А.А. Оптимизация подготовки газа валанжинских залежей Уренгойского НГКМ // Газовая промышленность. 2005. - № 3,- с. 48-50.

27. Ланчаков Г.А., Ставицкий В.А., Кабанов О.П., Цветков Н.А., Типугин А.А. Эксплуатация валанжинских УКПГ Уренгойского месторождения в компрессорный период разработки // Газовая промышленность. 2006. - № 2- с. 31-33.

28. Берго Б.Г., Гаджиев Н.Г. и др. Требования к качеству газа на газоконденсатных месторождениях. Газовая промышленность. Обз. информ. ВНИИ-Эгазпрома, сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. 1985. -Вып. 11.-С. 27-30.

29. Бекиров Т.М., Мурин В.И. Влияние режима эксплуатации НТС на качественные показатели товарного газа // Газовая промышленность. 1998. - № 6. - С. 41-42.

30. Язик А.В. Оптимальная система подготовки газа Уренгойского месторождения // Газовая промышленность, 1984. № 1.- С. 8.

31. Гриценко А.И., Коротаев Ю.П. Вопросы подготовки газа на промыслах. Тематические научно-технические обзоры. Серия газовое дело. М.: 1969. - С. 96.

32. Берго Б.Г., Зайцев Н.Я., Васильев Р.А., Мелков А.С. Холодильная техника для низкотемпературной обработки и переработки природного газа /Научно-технический обзор. Сер. Переработка газа и газового конденсата.

33. Ширковский А.И., Язик А.А. Подготовка газа на новых месторождениях Крайнего Севера // Газовая промышленность. 1997. - № 10.- С. 52-54.

34. Язик Ф.В. Турбодетандеры в системах промысловой подготовки природного газа. М.: Недра, 1977. С. 173.

35. Коротаев Ю.П. Эксплуатация газовых месторождений. М.: Недра, 1975. С. 415.

36. Язик А.В. Системы и средства охлаждения природного газа. М.: Недра, 1986. - 200 с.

37. Завертайло М.М., Базлов М.Н., Сулименков Г.П. Применение воды для охлаждения природного газа на установках низкотемпературной сепарации. НТС, сер. Газовое дело, ЦНИИТЭнефтегаз, 1964. - № 1.

38. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М.-Л., изд. «Энергия», 1966. С. 288.

39. Саркисянц Г.А., Беньяминович О.А. Кельцев В.В. и др. Переработка и использование газа. М.: Гостоптехиздат, 1962. 220 с.

40. Афанасьев А.И., Афанасьев Ю.М., Бекиров Т.М. Технология переработки природного газа и конденсата: Справочник в 2 ч. М.: ООО «НедразБизнесцентр», 2002. - Ч. 1. - 517 с.

41. Гриценко А.И., Александров И.А., Галанин И.А. Физические методы переработки и использования газа. Учебное пособие. М.: Недра, 1981,- 224 с.

42. Страхович К.И., Кондряков И.К., Епифанов В.И. и др. Расширительные машины. М.: «Машиностроение», 1966. 296 с.

43. Чистяков Ф.М. Холодильные турбоагрегаты. Издание 2-е, переработанное и дополненное. М.: «Машиностроение», 1967. 288 с

44. Тер-Саркисов P.M., Спиридович Е.А., Подюк В.Г. Добыча жидких углеводородов на поздней стадии эксплуатации газоконденсатных месторождений. Ухта: УИИ, 1997. - 360 с.

45. Берго Г.В., Твердохлебов В.И. и др. Совершенствование конструкции и повышение надежности турбодетандерных агрегатов. Газовая промышленность. Обз. информ. ВНИИЭгазпрома, сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. 1985. Вып. 11.-С.31-39.

46. Берго Г.В. Анализ факторов, влияющих на качество подготовки газа. Газовая промышленность. Обз. информ. ВНИИЭгазпрома, сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. 1985. Вып. 11. С. 5-8.

47. Подюк В.Г., Бекиров Т.М., Тер-Саркисов P.M., Самарин А.А. Повышение эффективности работы технологических установок // Газовая промышленность. 1992. - № 6. - С. 30-31.

48. Бекиров Т.М., Шаталов А.Т. Влияние размещения ДКС на показатели УКПГ // Газовая промышленность. 1985. № 4. - С. 16-18.

49. Винокур А.Е., Пятниченко А.И., Туревский Е.Н. Влияние давления на глубину извлечения углеводородов из природных газов. Нефтяная и газовая промышленность № 1, 1987. с. 30-32.

50. Гуревич Г.Р., Карлинский Е.Д. Сепарация природного газа на газоконденсатных месторождениях. М.: Недра, 1982. 197 с.

51. Исследование концевой дегазации в схеме НТС // Сб. ИРЦ Газпром, сер.: Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа. 1997,- № 9-10. - С. 17.

52. Бекиров Т. М., Мурин В. И., Кац Е. Я. Выбор точки росы газа для северных газопроводов // Газовая промышленность. 1986. - № 6,- С. 34-35.

53. Бекиров Т. М., Мурин В. И. Оценка допустимого содержания жидкой фазы в магистральных газопроводах // Газовая промышленность-1995. № 10.-С. 25-27.

54. Бекиров Т. М., Мурин В. И., Сулейманов В.А., Сидорина В.П. О взаимоувязке показателей УКПГ и МГ // Газовая промышленность. 1989. - № 10. -С. 53-55.

55. Калашников О.В., Иванов Ю.В., Будняк С.В. Вопросы адекватности теплофизической базы программных систем HYSYS, PRO-2 и ГАЗКОНДНЕФТЬ // Экотехнологии и ресурсосбережение.-1999.-N 6,- С. 13-18; 2000.-N1.-C. 31-35.

56. Калашников О.В., Иванов Ю.В., Будняк С.В. Инженерные расчетные модели технологических сред нефтяных и газовых промыслов // Экотехнологиии ресурсосбережение. 1995. - № 3 - С.25-29; № 4 - С.29-31; № 6 - С.44-48. -1996. - № 1 -С. 46-49; № 2 - С.50-51.

57. Калашников О.В. Описание фазового распределения сероорганических соединений в средах углеводородов// Хим. технология. -1986.-N 3,- С.61-67.

58. Peng D.-Y.,Robinson D.B. A new two-constant equation of state //Ind.Eng.Chem.Fundam.-1976.-Vol. 15, N 1,- P.59-64.

59. Цветков H.A. Подготовка продукции валанжинских залежей Уренгойского месторождения. // Газовая промышленность. 2007 - № 2. - С. 74-77.

60. Андреев О.Ф. Влияние давления в промысловом газосборном коллекторе на производительность скважин и месторождения в целом. Научно-технический сборник по геологии, разработке и транспорту природного газа. Вып. 1, Л.: 1963, с. 164-172.

61. Гриценко А.И., Мурин В.И. и др. Анализ процесса НТС на Оренбургском месторождении / Газовая промышленность, 1978, №11, с.34-37.

62. Гриценко А.И., Шаталов А.Т. и др. Оценка эффективности работы установок НТС / Газовая промышленность, 1978, № И, с.34-37.

63. Берго Г.В.,. Твердохлебов В.И и др. Совершенствование конструкции и повышение надежности турбодетандерных агрегатов. Газовая промышленность. Обз. информ. ВНИИЭгазпрома, сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. 1985, вып. 11. с. 31-39.

64. Патент РФ 2294429. Способ подготовки углеводородного газа к транспорту. / Ланчаков Г.А., Сорокин С.В., Кульков А.Н., Кабанов О.П., Ста-вицкий В.А., Цветков Н.А. и др. Опубл. 27.02.07. Бюл. № 6.

65. Патент РФ 2294430. Способ подготовки углеводородного газа к транспорту. / Ланчаков Г.А., Ставицкий В.А., Цветков Н.А. и др. Опубл. 27.02.07. Бюл. №6.91. Проект на ДКС-2В.