Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка технологии очистки газа от сероводорода для промысловой подготовки на малосернистых газоконденсатных месторождениях

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии очистки газа от сероводорода для промысловой подготовки на малосернистых газоконденсатных месторождениях"

005531360

На правах рукописи

ШЕСТЕРИКОВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА ДЛЯ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ НА МАЛОСЕРНИСТЫХ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ (на примере Добринского месторождения)

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 нюл ш

Ставрополь - 2013 г.

005531360

Работа выполнена в ОАО «Северо-Кавказский научно-исследовательский проектный институт природных газов» (ОАО «СевКавНИПИгаз»)

Научный руководитель кандидат технических наук

Галанин Игорь Александрович

Официальные оппоненты Карнаухов Михаил Львович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», профессор кафедры РЭНГМ

Петренко Василий Иванович,

доктор геол.-минерал. наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», профессор кафедры нефтегазового дела

Ведущая организация ООО «ВолгаТЭКинжиниринг»,

г. Волгоград

Защита диссертации состоится «4» июля 2013 г. в 14-30 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.245.02 при ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, ауд. 416.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Дзержинского, 120.

Автореферат разослан «30» с 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д-р геол.-минерал. наук, профессор

• В.А. Гридин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Газовая промышленность в России относится к одной из стратегически важных отраслей экономики. Россия занимает ключевое место в мировой системе газоснабжения, обеспечивая 24 % мировой добычи природного газа.

XXI век - век научно-технического прогресса, сопряжен с проблемой нехватки энергоресурсов. Запасы углеводородов в мире истощаются с каждым годом. Борьба за ресурсы нарастает, проблема открытия новых месторождений газа стоит очень остро.

В этой связи возникает необходимость повышения коэффициента угле-водородоотдачи, а также освоение малых по запасам и содержащих сероводород месторождений углеводородов. Запасы сероводородсодержащего газа в нашей стране достигают половину его мировых запасов. В РФ открыто более 160 газовых и газоконденсатных месторождений с наличием сероводорода, основная часть которых относится к разряду малосернистых. Проблемы разработки таких месторождений невозможно решить без создания эффективных технологий промысловой очистки газа от сероводорода.

Из-за отсутствия надежной и экономичной технологии промысловой очистки газа от сероводорода темпы вовлечения в разработку малосернистых месторождений, небольших по запасам, когда строительство газоперерабатывающих заводов не оправдано, остаются низкими. Подготовленные к разработке месторождения находятся в консервации десятки лет, поэтому создание технологии очистки газа от сероводорода для промысловой подготовки отвечает приоритетным направлениям отраслевой Программы ОАО «Газпром» по энергосбережению и является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является разработка технологии промысловой очистки газа от сероводорода для повышения эффективности эксплуатации малосернистых газоконденсатных месторождений.

Основные задачи исследования

Для достижения посгашгенной цели решались следующие задачи:

- изучение состояния эксплуатации месторождений с наличием сероводорода на современном этапе;

- исследование модели абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом и факторов, влияющих на межфазовое равновесие;

- изучение фазовых переходов углеводородов при абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом и их влияние на технико-экономические показатели процесса низкотемпературной сепарации (НТС) газа с целью определения основных технологических характеристик абсорбента;

- изучение факторов, влияющих на массопередачу и гидродинамику при абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом в противоточном насадочном абсорбере;

- разработка технологии промысловой очистки газа от сероводорода для малосернистых газоконденсатных месторождений;

- практическая реализация разработанной технологии и оценка ее влияния на технико-экономические показатели НТС.

Научная новизна работы

1 Разработаны и теоретически обоснованы физико-химические основы процесса очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом при его промысловой подготовке на малосернистых газоконденсатных месторождениях.

2 Впервые определены граничные условия применения углеводородного конденсата в качестве абсорбента сероводорода.

3 Выявлены закономерности влияния технологических параметров на фазовые равновесия в системе «природный газ - сероводород - газовый конденсат». Установлено, что на газоконденсатных месторождениях промывка газа стабильным конденсатом перед низкотемпературной сепарацией позволяет уменьшить затраты энергии на конденсацию углеводородов на установке НТС.

4 Установлена зависимость влияния очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом на степень извлечения пропан-бутанов при промысловой подготовке газа методом низкотемпературной сепарации.

Защищаемые положения:

1 Принципиальная технологическая схема очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом при промысловой подготовке на малосернисгых газоконденсатных месторождениях.

2 Результаты исследований абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом в противоточном насадочном абсорбере.

3 Обоснование эффективности эксплуатации малосернистых газоконденсатных месторождений с использованием разработанных технологических приемов по рациональному использованию пластовой энергии при подготовке газа на установках НТС.

4 Выяпленные закономерности и технологические приемы по повышению степени извлечения пропан-бутанов при подготовке газа методом низкотемпературной сепарации на малосернистых газоконденсатных месторождениях.

Практическая значимость к реализация работы

Разработанная технология промысловой очистки газа от сероводорода внедрена на Добринском газоконденсатном месторождении. Блок сероочистки в составе установки комплексной подготовки газа эксплуатируется с апреля 2010 года.

Реализация разработанной технологии очистки газа для малосернистых газоконденсатных месторождений позволила обеспечить регламентируемое качество очищенного газа по сероводороду (20 мг/м3), сократить плату за выбросы факельных газов и реализовать добываемый газ в качестве товарной продукции. В результате достигнуто повышение технико-экономических показателей работы УКПГ за счет увеличения производства товарной продукции и сокращения платы за выбросы вредных веществ в атмосферу.

Результаты, полученные автором, используются в институте нефти и газа Северо-Кавказского федерального университета при чтении лекций по дисциплине «Технология переработки природных газов»

Соответствие диссертации паспорту специальности

Диссертационная работа соответствует специальности 25.00.17 - «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», пункту, указанному в формуле специальности - область науки и техники, занимающаяся изучением при-родно-техногенных систем при извлечении из недр углеводородов на базе рационального недропользования, включающего ресурсосберегающие, экологически безопасные и рентабельные системы подготовки скважинной продукции.

В разделе «Области исследований» содержание диссертации соответствует пункту 4 - «Технологии и технические средства добычи и подготовки скважинной продукции, обеспечивающих промысловую подготовку газа к транспорту».

Отрасль наук - технические науки.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на международных, всероссийских и региональных конференциях и совещаниях:

- научно-практические конференции ОАО «СевКавНИПИгаз» «Проблемы эксплуатации и капитальный ремонт скважин на месторождениях и ПХГ» (г. Кисловодск, 2003 г. и 2004 г.), «Проблемы добычи газа, газового конденсата, нефти» (г. Кисловодск, 2005 г. и 2006 г.), «Газовой отрасли - энергию молодых ученых» (г. Ставрополь, 2006г.), LX международной научно-практической конференции «Инновационные технологии, направленные на повышение и восстановление производительности скважин месторождений углеводородов и ПХГ» (г. Кисловодск 2012 г.);

- секции научно-технического совета ОАО «Газпром» «Добыча и промысловая подготовка газа и газового конденсата» (г. Тюмень, 2008 г. и г. Анапа, 2009 г.), «Актуальные вопросы и научно-технические решения по технике и технологии добычи и подготовки газа на месторождениях, вступивших в заключительную стадию разработки» (пос. Кабардинка, 2010 г.), «Охрана окружающей среды. Энергосбережение» (г. Москва, 2010 г.).

Публикации

Результаты проведенных исследований автора отражены в 9 печатных работах, из них 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ, в т.ч. патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 181 странице машинного текста, включает 68 рисунков и 47 таблиц. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка использованных источников из 116 наименований.

Автор благодарит за содействие и поддержку генерального директора ОАО «СевКавНИПИгаз» доктора технических наук, профессора Гасумова P.A..

В процессе выполнения исследований автор работы пользовалася советами и консультациями сотрудников ОАО СевКавНИПИгаз» докторов технических наук P.E. Шестериковой, Н.Г. Федоровой, кандидатов технических наук И.А. Галанина, JI.A. Ильченко, И.Ю. Шихалиева, ощущала помощь коллег по работе Е.К. Расуловой, Л.И. Свинцицкой и работников ООО «Газнефтедобыча» А.Г. Сыпина, В.В. Дунюшкина, Л.И. Яроцкой. Всем им автор выражает свою признательность и глубокую благодарность.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, определены задачи исследования.

В первой главе рассмотрено современное состояние разработки малосернистых газокондснсатных месторождений.

Разработка залежей, в газе которых содержится сероводород, имеет свои особенности, обусловленные, с одной стороны, токсичностью сероводорода, а также тем, что сероводород представляет специфический вид полезного ископаемого, который используется как сырье химической отрасли промышленности. Выявлены технологические и экологические особенности промысловой подготовки газа на малосернистых месторождениях.

Рассмотрены современные методы промысловой подготовки газа и современное состояние методов очистки газа от сероводорода. Показано, что для промысловой подготовки малосернистого газа исключается применение ами-

новой технологии, щелочных, окислительных и адсорбционных методов извлечения сероводорода из газа.

Анализ опубликованной литературы показал, что на данном этапе развития газовой отрасли отсутствуют надежные и экономичные технологии для промысловой очистки газа от сероводорода. Это не позволяет вовлекать в народно-хозяйственный оборот энергоресурсы уже разведанных и реальных к разработке месторождений, в газе которых содержание сероводорода не превышает десятых долей проце!гта. Месторождения таких газов, как правило, не разрабатываются и находятся в консервации.

На основе анализа известных способов сероочистки сформулированы требования к технологии промысловой подготовки малосернистых газов.

На основе энергетического критерия обоснован выбор метода физической абсорбции для очистки газа от сероводорода на Добринском ГКМ, а в качестве абсорбента - газового конденсата.

Анализ литературных источников позволил определить перспективные направления исследования и реализовать их в диссертационной работе.

Во второй главе рассмотрены объекты и методы исследований. Объектами исследований являются: установка промысловой подготовки газа на Добринском ГКМ и стабильный газовый конденсат Добринского ГКМ.

Для изучения процесса очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом применялись следующие методы: теоретический (расчетный) и экспериментальный (в промысловых условиях) с использованием реального природного газа и опытного абсорбера.

Эксперименты осуществляли следующим образом: абсорбер заполнялся стабильным углеводородным конденсатом, отрабатывалась циркуляция конденсата, после чего в абсорбер подавался сероводородсодержащий газ. Уровень конденсата в абсорбере поддерживался с помощью поплавкового уровнемера. Для циркуляции конденсата использовался трехплунжерный насос. Объем циркулирующего конденсата определялся по производительности насоса.

Опыты проводились при разном давлении и разном расходе газа.

Изучалось:

- влияние скорости газа в абсорбере на степень очистки газа от сероводорода;

- влияние плотности орошения на степень очистки газа от сероводорода;

- влияние времени контакта газа с абсорбентом и абсорбента с газом на концентрацию сероводорода в очищенном газе.

В третьей главе приводится анализ существующей технологической схемы установки промысловой подготовки газа на Добринском ГКМ. На основе выполненного при участии автора анализа выявлены недостатки технологической схемы УКПГ, главным из которых является отсутствие блока сероочистки газа. Это обстоятельство не позволяло реализовать добываемый газ, т.к. его качество не отвечало требованиям ГОСТ 5542-87 по содержанию сероводорода. В качестве товарного продут на установке производился стабильный газовый конденсат.

При отсутствии блока сероочистки в технологической схеме подготовки газа на Добринском месторождении весь добываемый газ сжигался на факельной установке. Это ухудшало экономические показатели эксплуатации месторождения и экологическую обстановку в районе промысла.

При участии автора был выполнен энергетический анализ технологический схемы УКПГ на Добринском месторождении, результаты которого показали её инженерное несовершенство.

Поставленная в ходе диссертационного исследования задача решалась путем разработки технологии извлечения сероводорода из газа, наиболее полно отвечающей требованиям промысловой сероочистки. Применительно к условиям Добринского месторождения наиболее эффективной является технология с использованием физической абсорбции, а в качестве абсорбента стабильного газового конденсата.

Выбор данного метода определяется следующими благоприятными обстоятельствами:

- месторождение обустроено и разрабатывается двумя скважинами, что позволяет получать углеводородный конденсат, используя его для абсорбции сероводорода;

- в составе промысловой УКПГ имеется установка стабилизации конденсата, что позволяет использовать оборудование этой установки для регенерации насыщенного сероводородом конденсата.

Автором изучены условия очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом.

Теоретическими исследованиями, выполненными на базе законов Генри и Дальтона, показано, что условия очистки газа от сероводорода при прямоточной модели физической абсорбции не позволяют на практике достичь регламентируемой степени очистки. Обеспечить получение очищенного газа с содержанием сероводорода не более 20 мг/м"1 в условиях прямотока при использовании в качестве абсорбента углеводородного конденсата можно при давлениях порядка десятков тысяч атмосфер, о чем свидетельствуют данные рисунка I.

Степень насыщения абсорбента сероводородом, моль/моль

Рисунок 1 - Условия достижения остаточной концентрации сероводорода в очищенном газе 20 мг/м3 при прямотоке

Результаты исследований показывают, что применение прямоточных массообменных аппаратов для физической абсорбции газовым конденсатом исключается.

Теоретическими исследованиями обоснована модель противоточной физической абсорбции сероводорода, когда отработанный (насыщенный сероводородом) абсорбент находится в состоянии термодинамического равновесия с поступающим газом.

На базе законов Рауля и Дальтона автором получено уравнение (1), позволяющее изучить влияние температуры, давления и состава газа на поглотительную емкость (степень насыщения) газового конденсата по сероводороду в условиях противоточной абсорбции

р.-с„

0,8906 -е

0.0326Т

(I)

где [Я??] - равновесная концентрация сероводорода в отработанном конденсате (поглотительная емкость конденсата), моль/моль; Ра - давление абсорбции, МПа; СН25 - мольная доля сероводорода в газе, моль/моль.

На рисунке 2 приводятся данные влияния давления и температуры абсорбции на поглотительную емкость газового конденсата.

Повышение температуры абсорбции приводит к уменьшению поглотительной емкости конденсата, т.е. процесс очистки газа от сероводорода целесообразно проводить при низких температурах.

Полученное уравнение (1) позволяет определить границы применимости газового конденсата в качестве абсорбента сероводорода.

4 о.с

Й 0,5

Снм^>>35 г/м*

10 "Су*

15'С>

....

Давление, кгс/см

Рисунок 2 - Влияние давления и температуры абсорбции на поглотительную емкость конденсата

На рисунке 3 приведены результаты теоретических исследований влияния концентрации сероводорода в обрабатываемом газе на поглотительную емкость (равновесная концентрация сероводорода) конденсата.

Т-|5"С

0,35 г/м\^< 1

:

0.15 г/м1 1

1

60 80 Давление, кгс/см*

Рисунок 3 - Влияние давления и концентрации сероводорода в газе на поглотительную емкость конденсата

Из данных рисунка 3 следует, что применение углеводородного конденсата в качестве абсорбента сероводорода рационально для малосернистых газов при высоком давлении, т.к. с повышением концентрации сероводорода в обрабатываемом газе абсорбент должен обладать большей поглотительной емкостью по сероводороду, чтобы обеспечить полное его извлечение из газа.

Поглотительная емкость абсорбента оказывает влияние на его расход, а в конечном итоге на энергозатраты, что является существенным фактором в условиях промысловой очистки.

Расход абсорбента, с точки зрения проектирования и эксплуатации установок сероочистки, является одной из главных характеристик абсорбента. В работе для получения функциональной зависимости влияния свойств углеводородного конденсата на объем циркулирующего абсорбента были проведены теоретические исследования на базе законов Рауля, Дальтона и Авогадро и получено параметрическое уравнение, отражающее взаимосвязь между различными характеристиками конденсата и его объемным расходом Уа, необходимым для полного извлечения сероводорода из газа. Полученное уравнение (2) имеет вид:

Ра-С^-М,

где Уа - объем конденсата, м3/ч; (¿г - объем обрабатываемого газа, тыс.м3/ч; СЦ2Х - концентрация сероводорода в газе, г/м3; Мтх - молекулярная масса сероводорода, кг/кмоль; рк - плотность конденсата, кг/м3; Ра - давление абсорбции, МПа; С/12$ - мольная доля сероводорода в газе, моль/моль; Мк - молекулярная масса конденсата, кг/кмоль.

На рисунке 4 приводятся результаты исследований влияния температуры и давления на необходимый для полного извлечения сероводорода из газа расход абсорбента.

Рисунок 4 - Влияние давления и температуры на расход абсорбента

Из данных рисунка 4 следует, что повышение давления и понижение температуры абсорбции позволяет уменьшить расход конденсата, т.к. при этих условиях увеличивается поглотительная емкость (рисунок 1).

Влияние концентрации сероводорода в обрабатываемом газе на расход конденсата, необходимый для полного извлечения сероводорода из газа, пока-

Концентрация сероводорода, г/м3

Рисунок 5 - Влияние концентрации сероводорода в газе и давления на необходимый расход абсорбента

Из данных рисунка 5 следует, что применение углеводородного конденсата для очистки газа от сероводорода рационально использовать при низких концентрациях сероводорода. Например, удельный расход абсорбента при содержании сероводорода в газе 0,15 г/м3 при давлении 10 МПа составляет 0,6 м3/1000 м3 газа, а при содержании сероводорода в газе 0,25 г/м5 и том же давлении удельный объем конденсата возрастает в 1,8 раза и достигает 1,1 м3/1000 м3 газа.

Результаты исследований влияния компонентного состава газового конденсата на его расход, необходимый для полного извлечения сероводорода из газа, приведены на рисунке 6.

Степень насыщения абсорбента сероводородом, моль/моль

Рисунок 6- Влияние молекулярной массы конденсата на его необходимый расход

Показателем оценки компонентного состава углеводородного конденсата может служить молекулярная масса конденсата, т.к. это величина аддитивная и зависит от компонентного состава.

Данные рисунка 6 свидетельствуют, что при одинаковой степени насыщения конденсата сероводородом расход конденсата, в составе которого преобладают углеводороды с меньшей молекулярной массой, ниже, чем расход конденсата, в составе которого преобладают углеводороды с большей молекулярной массой.

Таким образом, результаты выполненных теоретических исследований с участием автора позволили определить условия и границы применимости газового конденсата в качестве абсорбента для очистки газа от сероводорода. Абсорбция сероводорода газовым конденсатом применима для газов с низким содержанием сероводорода при высоком давлении и пониженной температуре.

Одним из важных критериев промышленной применимости любого абсорбента являются его коррозионные свойства.

1 1

При выполнении работы автором была изучена коррозионная активность углеводородного конденсата, насыщенного сероводородом, в присутствии влаги при температуре 20 °С, по отношению к углеродистой стали. Результаты экспериментальных исследований приводятся на рисунке 7.

0,700

а 0,600

о

| 0,500 5 0,400

О '

о.

§ 0,300

л н

| 0,200

о *

и 0,100

0,000

о 20 40 60 80 100 120

Время, ч

Рисунок 7 - Изменение скорости коррозии углеродистой стали

Характер изменения кривой свидетельствует о том, что углеводородный конденсат, насыщенный сероводородом, обладает низкой коррозионной активностью, скорость коррозии не превышает 0,0023 мм/год. Это объясняется образованием на поверхности металла плотной пленки сульфида железа, которая защищает металл от дальнейшего разрушения.

Полученные результаты коррозионных испытаний позволяют заключить, что для очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом на Добринском месторождении можно использовать массообменные аппараты из углеродистой стали.

Выполненные при участии автора исследования позволили разработать технологию очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом на Добринском ГКМ, которая использовалась при разработке технологического регламента на проектирование опытной установки.

На рисунке 8 приводится принципиальная технологическая схема опытной установки очистки газа от сероводорода газовым конденсатом.

Процесс извлечения сероводорода из газа осуществляется следующим образом. Сероводородсодержащий газ из скважины поступает в сепаратор С-1, в котором от газа отделяется капельная жидкость. Отсепарированный газ с верха С-1 направляется в нижнюю часть абсорбера А-1, в верхнюю часть которого подается газовый конденсат. В результате массообменных процессов абсорбере происходит извлечение сероводорода из газа.

♦ ♦ V/ = 0,60*

gj - дроссель ^ - пробоопборннк

- растодомер ^^ - обратный клапан

С-1 -сепаратор

E-l — емкость шварного конденсата А-1 -абсорбер

Н-1 - насос дла подачи абсорбента Си-смеситель

I - га южндкостнал снссь со скважнм:

II - пп после первичной сепарации:

III ■ очноюкньш га] на НТС:

IV-абсорбент га емкости товарного конденсата:

V - нестабильный конденсат.

VI - насыщенный абсорбент.

VII ■ метанолыш вода на утилизацию

Рисунок 8 — Принципиальная технологическая схема опытной установки очистки газа от сероводорода

Очищенный газ выводится с верха А-1 и направляется на установку НТС. Насыщенный сероводородом конденсат выводится с низа А-1, соединяется с потоком из С-1 и через смеситель направляется на установку дегазации (регенерации) конденсата. Регенерация конденсата осуществляется в смесителе за счет подачи нейтрализатора сероводорода, а остаточное количество сероводорода выделяется из конденсата на узле стабилизации за счет снижения давления и повышения температуры. Газы дегазации, содержащие остаточное количество сероводорода, сжигаются на факельной установке.

Необходимое количество стабильного конденсата возвращается в А-1 в качестве регенерированного абсорбента, а его балансовое количество выводится в емкость товарного конденсата.

При очистке газа от сероводорода газовым конденсатом в абсорбере формируется система «углеводородный газ - сероводород - газовый конденсат» и в результате фазовых превращений происходит извлечение из газа не только сероводорода, но и углеводородов.

Автором выполнены исследования фазового состояния системы «природный газ — углеводородный конденсат». Исследования проводились с использованием современных программных материалов, в т.ч. программы «НУ8У8».

В качестве исходных данных для исследований были приняты данные химических анализов газа и конденсата Добринского ГКМ. Молекулярная масса абсорбента М=81 кг/кмол, плотность р=720 кг/м3. Расход газа, поступающего на абсорбцию, принят равным 1000 кг/ч. Состав газа и конденсата представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Состав газа и конденсата

Компонент

Метан

Этан

Пропан

Бутаны

Пентаны

Гексаны+высш.

Сероводород

Диоксид углерода Азот

Содержание в газе, % мольн.

80,75

7,49

3,54

1,37

0,39

0,32

0,025

0.59 5,52

Содержание в конденсате, % мольн.

7,5

8,26

4,26

6,14

6,4

67,47

0,08 0,01

На рисунке 9 представлены изотермы абсорбции сероводорода газовым конденсатом при разном давлении.

На основании полученных изотерм можно определить условия очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом.

Рисунок 9 - Изменение степени извлечения сероводорода из газа от плотности орошения и давления

Из данных рисунка 9 следует, что при постоянном давлении степень очистки газа от сероводорода увеличивается при увеличении плотности орошения. При постоянной плотности орошения степень очистки газа от сероводорода увеличивается при увеличении давления.

Однако увеличение давления и плотности орошения приводит к тому, что возрастают потери легких углеводородов с отработанным абсорбентом.

Автором проведены расчетные исследования, позволяющие оценить изменение компонентного состава газа перед его очисткой, после очистки и после НТС. Результаты выполненных исследований приводятся в таблице 2.

Таблица 2 - Изменения количественных значений компонентов газа

Компонент Количество компонента в газе при 10 °С, кг/1000 м1

на входе в А на выходе А после НТС

Метан 58,4 60,98 60,9

Этан 9,59 8,06 7,97

Пропан 6,28 3,61 3,45

Бутаны 3,15 2,35 2,02

Пентаны 1,15 1,40 0,88

Гексан 0,41 0,57 0,16

Гептан 0,97 1,37 0,14

Диоксид углерода 1,13 1,1 1,09

Азот 7,1 7,8 7,8

Из данных таблицы 2 следует, что пропан-бутановые углеводороды извлекаются в основном на стадии очистки газа от сероводорода, что позволяет сократить расход холода на НТС и энергозатраты на узле стабилизации углеводородного конденсата.

Упущенную выгоду добывающие компании несут из-за существенных потерь пропан-бутановых углеводородов, которые являются ценным сырьем для нефтехимии и для производства моторного топлива (сжиженные).

Результаты исследования факторов, влияющих на степень извлечения пропан-бутанов, приводится на рисунке 10. 45 40

г? 35

Ж

1 30

о

| 25

ей

2 20

и ю 5 0

2 4 6 8 10 12

Давление, МПа

Расход конденсата на 1000 м! газа -•- 0,123 м' -— 0,246 м5 -*- 0,369м3

Рисунок 10- Влияние давления и плотности орошения на степень извлечения пропан-бутанов

Из данных рисунка 10 следует, что с увеличением давления и расхода абсорбента потери пропан-бутанов уменьшаются.

Результаты выполненных расчетных исследований позволяют заключить, что на газоконденсатных месторождениях при использовании для промысловой подготовки газа технологии НТС целесообразно перед НТС предусматривать промывку газа углеводородным конденсатом с целью рационального использования пластовой энергии и повышения технико-экономических показателей всей УКПГ в целом.

Четвертая глава посвяшена изучению условий массопереноса при абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом в противоточном наса-дочном аппарате.

Глубина извлечения сероводорода из газа зависит от эффективности массообменных процессов, характеризующихся коэффициентом массопереда-чи. Автором изучены факторы, влияющие на эффективность массообмена: давление, плотность орошения абсорбента, концентрация сероводорода в обрабатываемом газе, расход газа, размеры насадки.

На рисунке 11 показано влияние давления на величину коэффициента массопередачи в насадочном абсорбере при разных размерах насадки (кольца Рашига).

-«-50> 50

-»-35x35 - 25x25

О 2 4 6 8 10

Давление, МПа

Рисунок 11 - Влияние давления и размеров насадки на коэффициент массопередачи

Из данных рисунка 11 следует, что при повышении давления величина коэффициента массопередачи в насадочном абсорбере уменьшается, а размеры насадки и ее характеристики не оказывает влияния на величину коэффициента массопередачи.

На конструктивные параметры насадочных абсорберов оказывают влияние такие характеристики, как высота единицы переноса, высота слоя насадки, скорость инверсии.

На рисунке 12 показано влияние плотности орошения на высоту единицы переноса.

1.4

I 1.2

0

1 1

с

| О,! х

3

4

£ 0.6

® 0.4

сорбента л/м"' г аза

... 1 .........1-

Давление. МПа

Рисунок 12 - Влияние давления и плотности орошения на высоту единицы переноса

Из данных рисунка 12 следует, что размеры абсорбера увеличиваются при снижении давления и увеличении расхода абсорбента.

На рисунке 13 приводится зависимость изменения высоты слоя насадки в абсорбере от концентрации сероводорода в обрабатываемом газе при различных характеристиках насадки.

-»- 50*50 35\35 25x25 -1-1-;

Концентрация сероводорода, г'м'

Рисунок 13 - Влияние концентрации сероводорода в газе на высоту слоя насадки

Повышение концентрации сероводорода в обрабатываемом газе сопровождается увеличением высоты слоя насадки. Увеличение размеров насадоч-ных тел также приводит к повышению высоты слоя насадки в абсорбере.

Изучено влияние давления и плотности орошения на диаметр абсорбера. Результаты исследований, приведенные на рисунке 14, показывают, что диаметр абсорбера увеличивается при повышении плотности орошения и снижении давления.

Рисунок 14 - Влияние давления и плотности орошения на диаметр абсорбера

Производительность насадочных массообменных аппаратов зависит от скорости инверсии. На рисунке 15 приведены результаты исследований влияния плотности орошения и давления на скорость инверсии в абсорбере.

о ------1

О 2 4 6 8 10 12

Дв&ление, МПа

Рисунок 13 - Влияние давления и плотности орошения на скорость инверсии

Граничное значение скорости газа в насадочном абсорбере определяется скоростью инверсии, которая уменьшается при увеличении давления и плотности орошения, при этом диаметр абсорбера возрастает.

Полученные результаты теоретических исследований позволили выполнить конструктивные расчеты противоточного насадочного абсорбера и изготовить опытный образец. Размеры опытного абсорбера: диаметр 0,5 м, объем V, = 1,2 м3 с насадкой в виде керамических колец Рашига размером 25x25x3 мм.

В пятой главе представлены результаты опытно-промысловых испытаний разработанного способа и анализ влияния технологических параметров на массообменные процессы и гидродинамику при очистке газа от сероводорода в насадочном противоточном абсорбере.

Результаты промысловых исследований приводятся в таблице 3.

По полученным результатам автором выполнены расчеты скорости инверсии, плотности орошения и диаметра абсорбера. Анализ полученных результатов показывают хорошую сходимость с результатами теоретических исследований.

Данные выполненного анализа, приведенные в таблице 3, позволили установить зависимость влияния плотности орошения на содержание сероводорода в очищенном газе, которая представлена на рисунке 15.

Таблица 3 - Анализ результатов промысловых исследований сероочистки газа_1_______

Расходы газа и конденсата Концентрация сероводорода в очищенном газе, г/м3 Давление, МПа Расчетные параметры

Ям /ч Ям /ч скорость инверсии, м/с диаметр абсорбера, м Плотность орошения, м3/тыс.м3

1 2 3 4 5 6 7

5000 3,1 0,147 9,5 0,09 0,49 0,62

5000 4,2 9,5 0,08 0,46 0,84

4500 3,1 0,177 9,5 0,08 0,45 0,69

4500 3,1 0,118 10,5 0,08 0,45 0,69

4500 4,2 0,118 9,0 0,08 0,45 0,93

4300 3,1 0,138 10,5 0,08 0,72

5800 3,1 0,118 9,7 0,09 0,49 0,53

4700 3,1 0,177 10,5 0,08 0,45 0,65

4700 4,7 0,206 10,5 0,07 1,0

3000 3,1 0,177 10,5 1,03

2000 3,1 0,118 10,5 0,06 0,35 1,55

3800 3,6 0,059 9,6 0,99

3300 3,6 0,118 10,0 0,07 0,42 1,03

3300 3,6 0,044 10,4 1,09

3400 3,6 0,132 10,0 1,09

3500 3,6 0,059 10,4 1,03

3300 3,6 0,059 9,7 0,07 0,42 1,06

3250 4,1 0,059 9,8 1,26

3200 4,1 0,059 9,7 1,28

2700 4,1 0,012 9,7 0,07 1,52

3350 2,6 0,118 9,9 0,08 0,40 0,19

Результаты промысловых исследований, представленные на рисунке 15, подтверждают выводы теоретических исследований о том, что с увеличением плотности орошения повышается степень очистки газа от сероводорода. Остаточная концентрация сероводорода в очищенном газе 20 мг/м достигается при плотности орошения 1,5 м3/тыс.м3 газа. Происходит это вследствие того, что с повышением плотности орошения увеличиваются количество удерживаемой жидкости и доля смоченной поверхности насадки, что способствует улучшению массообмена в абсорбере.

Кокиси ггк С, 'раин* • мь а-ОЛг-'м1

о 0.2 0.4 0.6 0.8 I 1,2 1.4 1.6 1-Я

Плопчхт». орошеии*. м .'тыс м

Рисунок 15-Зависимость концентрации сероводорода в очищенном газе от плотности орошения

Одним из важных параметров сероочистки в насадочных абсорберах является время контакта фаз, который оказывает влияние на технологические параметры очистки газа от сероводорода. Этот показатель невозможно получить на модельной установке. Сложность заключается в том, что, с одной стороны, смоделировать процесс под высоким давлением в лабораторных условиях достаточно сложно, а с другой стороны он зависит от физико-химических свойств абсорбента и конкретной конструкции абсорбера.

Опытно-промысловые испытания позволили определить время контакта газа с абсорбентом и абсорбента с газом для условий Добринского месторождения. Результаты промысловых исследований влияния времени контакта фаз на остаточную концентрацию сероводорода в очищенном газе приведены на рисунке 16.

0.2 0.18 0,16 ^ 0,14

| 0.12 | »■'

| 0.08 | 0.0А 0,04 0.02

/

7

/ >

✓

Врм гонтшд го» с абсорбентом, I

Рисунок 16 - Влияние времени контакта газа с абсорбентом на концентрацию сероводорода в очищенном газе

Из данных рисунка 16 следует, что увеличение времени контакта газа с абсорбентом более 11 секунд сопровождается ухудшением очистки газа от

сероводорода, концентрация сероводорода в очищенном газе увеличивается. Объясняется это снижением поглотительной емкости абсорбента по сероводороду за счет абсорбции углеводородов.

Результаты изучения времени контакта абсорбента с газом приведены

Рисунок 17 - Влияние времени контакта абсорбента с газом на концентрацию сероводорода в очищенном газе

Полученные результаты промысловых исследований свидетельствуют, что разработанная технология сероочистки газа на основе углеводородного конденсата обеспечивает необходимое качество очищенного газа при плотности орошения не менее 1,5 м3/тыс.м3, времени контакта газа с абсорбентом не более 11 секунд и времени контакта абсорбента с газом не более 3 минут.

В шестой главе приведены результаты промышленной эксплуатации установки сероочистки в составе Добринской УКПГ.

Приводится анализ влияния установки сероочистки на технологические показатели установки НТС. С участием автора выполнен анализ влияния установки сероочистки на экономические показатели всей УКПГ.

Результаты выполненных анализов приводятся в таблице 4.

Таблица 4 - Содержание пропан-бугановых углеводородов в газе после НТС

Компонент г-- г J -------*-:-1--- Концентрация в газе после НТС, г/м

без узла сероочистки с узлом сероочистки

1 2 3

Метан 561,8 576,6

Этан 82,5 63,4

Пропан 45,5 16,9

Бутан 7,1 3,7

Бутан 9,7 7,4

Пентан+высш. 4,3 9,3

Сероводород 0,35 0

Из данных таблицы 4 следует, что потери пропан-бутанов с товарным газом после узла сероочистки сокращаются в 2,2 раза.

Дана оценка экономической эффективности разработанной технологии. Расчет фактического экономического эффекта по результатам первого года эксплуатации установки сероочистки показал, что разработанная технология очистки газа от сероводорода эффективна для газоконденсатных месторождений и фактический экономический эффект за 8 месяцев 2010 года составил 30,21 млн руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана и внедрена технология очистки природного газа от сероводорода для промысловой подготовки на малосернистых газоконденсатных месторождениях.

2. Обоснованы граничные условия применения противоточной модели абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом:

- установлено, что разработанная технология эффективна для обработки газов с концентрацией сероводорода не более 0,5 г/м ;

3. Изучены основные абсорбционные и технологические характеристики газового конденсата:

- определена необходимая плотность орошения, которая составляет 1,5 м3/тыс. м ;

- экспериментально установлено, что время контакта газа с конденсатом составляет не более 11 секунд, а время контакта абсорбента с газом — не более 3 мии.;

- по величине скорости коррозии определена коррозионная активность абсорбента по отношению к углеродистой стали, из которой выполнено оборудование установки; установлено, что скорость коррозии углеродистой стали не превышает 0,0023 мм/год.

4. Обосновано применение для абсорбции сероводорода газовым конденсатом насадочного противоточного абсорбера и изучены факторы, влияющие на массопередачу:

- изучено влияние давления, температуры, концентрации сероводорода в обрабатываемом газе, расхода газа, высоты слоя насадки, размеров насадки на массопередачу;

- разработана методика расчета массопередачи при физической абсорбции в насадочном абсорбере;

- получены математические зависимости поглотительной емкости, расхода углеводородного конденсата, необходимого для полного извлечения сероводорода из газа, а также времени контакта фаз от технологических параметров.

5 Установлено, что абсорбция сероводорода углеводородным конденсатом перед установкой НТС позволяет снизить нагрузку (энергозатраты) на НТС за счет фазовых переходов углеводородов в системе очистки и сократить потери пропан-бутановых углеводородов с товарным газом:

- энергозатраты на НТС на Добринской УКПГ снизились в 5 раз;

- потери пропан-бутановых углеводородов с товарным газом сократились в 2,2 раза.

6 Установлено, что на газоконденсатных месторождениях при использовании для промысловой подготовки газа технологии НТС целесообразно перед НТС предусматривать промывку газа углеводородным конденсатом с целью рационального использования пластовой энергии и повышения технико-экономических показателей всей УКПГ в целом.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Шестерикова Е.А. Изучение абсорбции компонентов природного газа стабильным газовым конденсатом // Газовая промышленность. 2012, № 6, С. 25 -27. (Соавторы Галанин И.А., Шестерикова P.E., автора 0,095 п.л.).

2. Шестерикова Е.А. Использование реагентов на основе аминоформальдегидных композиций для подготовки газа на газоконденсатных месторождениях //Технологии нефти и газа. 2011, №5. С. 3 - 5 (Соавторы Сыпин А.Г., Дунюшкин В.В., Яроцкая Л.Г., Шестерикова P.E., Галанин И.А., автора 0,111 п.л.).

3. Шестерикова Е.А. Применение щелочных абсорбентов для промысловой подготовки малосернистых газов // Газовая промышленность. 2013, № 1, С. 56-57. (автора 0,254 п.л.).

4. Гасумов P.A., Шестерикова P.E., Галанин И.А., Шестерикова Е.А. Чуманов В.М. Установка для очистки малосернистого газа от сероводорода. Патент № 125878.

В других научных изданиях:

5. Шестерикова Е.А. Влияние производственного комплекса ОАО «Газпром» на окружающую среду / Проблемы эксплуатации и капитального ремонта скважин на месторождениях и ПХГ. Сб. науч. трудов СевКавНИПИгаз. - Ставрополь: СевКавНИПИгаз, 2005. - Вып. 43. - С. 56 - 63 (соавторы Шестерикова Р. Е., Галанин И. А., автора 0,084 п.л.).

6. Шестерикова Е.А. Энергетические критерии при выборе метода очистки газа от сероводорода / Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений: специализированный сборник, приложение к журналу «Наука и техника в газовой промышленности», № 1, 2006. - М.: ООО «ИРЦ Газпром». - С. 36 - 39 (соавторы Шестерикова Р. Е. Галанин И. А., автора 0,095 п.л.).

7. Шестерикова Е.А. Производство серной кислоты на установках подготовки газа / Геология, бурение и разработка газовых и газоконденсатных месторождений: специализированный сборник, приложение к журналу «Наука и техника в газовой промышленности», № 2, 2006. -М.: ООО «ИРЦ Газпром». — С. 53 — 55 (соавторы Шестерикова Р. Е., Галанин И. А., автора 0,097 п.л.).

8. Шестерикова Е.А. Использование насадочных эмульгационных аппаратов на установках сероочистки (обзор) / Обз. инф. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений: Научн.-техн. сб. — М.: ООО «ИРЦ Газпром». 2007. - 44 с. (Соавторы Гасумов P.A., Галанин И.А., Шестерикова P.E., Щербакова А.И., автора 0,85 п.л.)

9. Шестерикова Е.А. Влияние абсорбции сероводорода на установке НТС на показатели ее работы // Инновационные технологии, направленные на повышение и восстановление производительности скважин месторождений углеводородов и ПХГ: тезисы докладов IX Международной научно-практической нефтегазовой конференции (г. Кисловодск, 24—27 сентября 2012 г.). ОАО «СевКавНИПИгаз»: - Ставрополь : ОАО «СевКавНИПИгаз», 2012, 112 с. (автора 0,146 п.л.).

Подписано в печать 29.05.2013

Формат 60x84/16. Гарнитура Times New Roman Бумага офсетная. Печать трафаретная Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 13038.

ООО «Ставропольское издательство «Параграф» 355017, г. Ставрополь, ул. Мира, д. 278 «Г» тел.: 8(8652) 24-55-54; 8-928-339-48-78

Отпечатано в ООО «Ставропольское издательство «Параграф»

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шестерикова, Елена Александровна, Ставрополь

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ» (ОАО «СевКавНИПИгаз»)

На правах рукописи

Шестерикова Елена Александровна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА ДЛЯ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ НА МАЛОСЕРНИСТЫХ ГАЗО-КОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

(на примере Добринского месторождения)

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат техн.наук И. А. Галанин

Ставрополь -2013г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.............................................................................................. 5

1 Особенности разработки малосернистых газоконденсатных месторождений углеводородных газов............................................................................ 9

1.1 Проблемы добычи газа, обусловленные наличием сероводорода.............. 9

1.2 Анализ существующих методов очистки газа от сероводорода................ 16

1.2. 1 Щелочные методы абсорбционной очистки газа от сероводорода..... 17

1.2.2 Способы очистки газа от сероводорода с образованием малорастворимых в воде сульфидов................................................................ 19

1.2.3 Окислительные методы абсорбционной очистки газа..................... 22

1.2.4 Адсорбционные методы очистки газов от сероводорода................. 24

1.2.5 Физические методы очистки газа от сероводорода........................26

1.2.6 Особенности очистки малосернистых газов при высоких концентрациях диоксида углерода....................................................................... 27

1.3 Технологии, используемые для промысловой очистки газа от сероводорода.............................................................................................. 30

1.3.1 Критерии обоснования выбора технологии................................. 31

1.3.1.1 Технологические критерии оценки технологических схем....... 31

1.3.1.2 Энергетические критерии анализа технологических схем.......... 33

2 Объекты и методы исследования......................................................... 38

2.1 Объекты исследования................................................................ 38

2.1.1 Описание комплексной установки подготовки газа на Добринском газоконденсатном месторождении................................................... 38

2.2 Методы проведения исследований................................................... 45

2.2.1 Методика отбора проб газа........................................................ 46

2.2.2 Методы изучения процесса очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом.................................................................... 46

2.2.2.1 Методика определения сероводорода в природном газе......... 47

2.3 Экспериментальная установка для изучения коррозионной активности конденсата......................................................................................... 49

3 Разработка и исследование технологии промысловой подготовки газа для малосернистых газоконденсатных месторождений.................................... 52

3.1 Обоснование выбора принципиальной технологической схемы промысловой очистки газа от сероводорода...........................................53

3.1.1 Теоретические исследования абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом ....................................................................... 53

3.1.2 Исследование фазового состояния системы «природный газ -конденсат»................................................................................. 76

3.1.3 Исследование коррозионной активности абсорбента.....................92

4 Исследование процесса массообмена при абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом............................................................................. 94

4.1 Обоснование выбора типа абсорбера по технологическим критериям....... 94

4.2 Исследование массопередачи в насадочном абсорбере............................. 95

4.3 Влияние технологических факторов на коэффициент массопередачи в насадочных абсорберах..................................................................... 100

4.3.1 Влияние давления на массопередачу в насадочных абсорберах.......... 105

4.3.2 Влияние концентрации сероводорода в обрабатываемом газе на массопередачу в насадочных абсорберах................................................. 112

4.3.3 Факторы, влияющие на гидродинамику и размеры насадочных абсорберов.................................................................................. 114

5 Исследование условий промысловой очистки газа от сероводорода на пилотной установке................................................................................................... 122

5.1 Изучение влияния технологических факторов на очистку газа от сероводорода на пилотной установке...................................................................... 124

6 Результаты промышленного внедрения и оценка эффективности разработанной технологии..................................................................................................... 139

6.1 Принципиальная схема интегрирования блока сероочистки в существующую схему УКПГ................................................................................................... 139

6.2 Анализ влияния блока сероочистки на режим работы НТС.......................... 144

6.2.1 Анализ влияния узла сепарации газа перед абсорбером на работу УКПГ.................................................................................................................... 146

6.2.2 Анализ влияния узла сероочистки на состав газа, поступающего на НТС....................................................................................................................... 153

6.2.2.1 Анализ работы установки НТС...................................................... 157

6.2.3 Влияние узла сероочистки на экономические показатели УКПГ......... 159

6.2.3.1 Расчет показателей экономической эффективности от реализации технологии очистки газа от сероводорода..................................... 159

Общие выводы....................................................................................... 162

Список использованных источников.............................................................. 164

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт рабочей комиссии о приемке в эксплуатацию узла

очистки от сероводорода ........................................... 176

ПРИЛОЖЕНИЕ В Фотография узла сероочистки на Добринской УКПГ....... 180

Введение

Актуальность темы исследования

Газовая промышленность в России относится к одной из стратегически важных отраслей экономики. Россия занимает ключевое место в мировой системе газоснабжения, обеспечивая 24 % мировой добычи природного газа.

XXI век - век научно-технического прогресса, сопряжен с проблемой нехватки энергоресурсов. Запасы углеводородов в мире истощаются с каждым годом. Борьба за ресурсы нарастает, проблема открытия новых месторождений газа стоит очень остро.

В этой связи возникает необходимость повышения коэффициента углево-дородоотдачи, а также освоение малых по запасам и содержащих сероводород месторождений углеводородов. Запасы сероводородсодержащего газа в нашей стране достигают половину его мировых запасов. В РФ открыто более 160 газовых и газоконденсатных месторождений с наличием сероводорода, основная часть которых относится к разряду малосернистых. Проблемы разработки таких месторождений невозможно решить без создания эффективных технологий промысловой очистки газа от сероводорода.

Из-за отсутствия надежной и экономичной технологии промысловой очистки газа от сероводорода темпы вовлечения в разработку малосернистых месторождений, небольших по запасам, когда строительство газоперерабатывающих заводов не оправдано, остаются низкими. Реальные к разработке месторождения находятся в консервации десятки лет.

Поэтому создание технологии очистки газа от сероводорода для промысловой подготовки отвечает приоритетным направлениям отраслевой Программы Газпрома по энергосбережению и является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности разработки и эксплуатации малосернистых газоконденсатных месторождений путем разработки технологии для промысловой очистки газа от сероводорода.

Основные задачи исследования

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение состояния разработки месторождений с наличием сероводорода;

- исследование модели абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом и факторов, влияющих на межфазовое равновесие;

- изучение фазовых переходов углеводородов при абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом и их влияние на технико-экономические показатели процесса низкотемпературной сепарации (НТС) газа с целью определения основных технологических характеристик абсорбента;

- изучение факторов, влияющих на массопередачу и гидродинамику при абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом в противоточном насадоч-ном абсорбере;

- разработка технологии промысловой очистки газа от сероводорода для малосернистых газоконденсатных месторождений;

- практическая реализация разработанной технологии и оценка ее влияния на технико-экономические показатели НТС.

Научная новизна работы

1 Разработана технология очистки газа от сероводорода для промысловой подготовки на малосернистых газоконденсатных месторождениях.

2 Определены граничные условия применения противоточной модели абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом.

3 Выявлены закономерности влияния технологических параметров на фазовые равновесия в системе «природный газ - сероводород - газовый конденсат». Установлено, что на ГКМ промывка газа стабильным конденсатом перед установкой НТС позволяет повысить эффективность УКПГ.

4 Установлена зависимость влияния очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом на степень извлечения пропан-бутанов при промысловой подготовке газа методом низкотемпературной сепарации.

Защищаемые положения:

1 Технология очистки газа от сероводорода для промысловой подготовки на малосернистых газоконденсатных месторождениях.

2 Обоснование граничных условий применения противоточной модели абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом.

3 Результаты исследований влияния технологических факторов на массопе-редачу и гидродинамику в насадочном противоточном абсорбере при абсорбции сероводорода углеводородным конденсатом.

4 Результаты исследований и выявленные закономерности влияния очистки газа от сероводорода углеводородным конденсатом на степень извлечения про-пан-бутанов при промысловой подготовке газа методом низкотемпературной сепарации.

Практическая значимость и реализация работы

С начала эксплуатации Добринского месторождения в качестве товарной продукции производился только газовый конденсат, т. к. запроектированная технологическая схема УКПГ не позволяла извлекать из газа сероводород. Весь добываемый газ, содержащий сероводород, сжигался на факельной установке, что ухудшало технико-экономические показатели добычи углеводородов как за счет уменьшения объема реализации продукции, так и за счет платежей за выбросы в атмосферу.

Результаты диссертационной работы использовались при модернизации УКПГ на Добринском ГКМ. Блок сероочистки в составе УКПГ эксплуатируется с апреля 2010 года.

Реализация разработанной технологии очистки газа для малосернистых газоконденсатных месторождений позволила обеспечить регламентируемое качество очищенного газа по сероводороду (20 мг/м3), сократить плату за выбросы факельных газов и реализовать добываемый газ в качестве товарной продукции. В результате технико-экономические показатели работы УКПГ повысились за счет увеличения производства товарной продукции и сокращения платы за выбросы вредных веществ в атмосферу.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались на международных, всероссийских и региональных конференциях и совещаниях:

- научно-практические конференции ОАО «СевКавНИПИгаз» «Проблемы эксплуатации и капитальный ремонт скважин на месторождениях и ПХГ» (г.Кисловодск, 2003 г. и 2004 г.), «Проблемы добычи газа, газового конденсата, нефти» (г.Кисловодск, 2005 г. и 2006 г.), «Газовой отрасли - энергию молодых ученых» (г.Ставрополь, 2006г.), IX международной научно-практической конференции «Инновационные технологии, направленные на повышение и восстановление производительности скважин месторождений углеводородов и ПХГ» (г. Кисловодск 2012 г.);

Секции научно-технического совета ОАО «Газпром»: «Добыча и промысловая подготовка газа и газового конденсата» (г.Тюмень, 2008 г. и г.Анапа, 2009 г.), «Актуальные вопросы и научно-технические решения по технике и технологии добычи и подготовки газа на месторождениях, вступивших в заключительную стадию разработки» (пос.Кабардинка, 2010 г.), «Газпром» «Охрана окружающей среды. Энергосбережение.» (г.Москва, 2010 г.).

Публикации. Результаты проведенных исследований автора отражены в 3 научно-исследовательских отчетах и в 9 печатных работах, из них 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 181 странице машинного текста, включает 68 рисунков и 47 таблиц.

Работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка использованных источников из 116 наименований.

1 Особенности разработки малосернистых газоконденсатных местороздений углеводородных газов

При разработке малосернистых газоконденсатных месторождений основной задачей является выбор метода промысловой подготовки газа. От этого зависят как технические, так и экономические показатели добычи углеводородного сырья [12, 20, 27, 50].

Проблема заключается в том, что недостаточно извлечь из газа сероводород, его нужно перевести в соединения, которые бы не загрязняли окружающую среду и могли быть реализованы в качестве товарной продукции [3, 4, 9, 14].

Территория Волгоградской области относится к наиболее перспективным районам Европейской части России в нефтегазовом отношении. Основные разведанные запасы этого региона представляют группу большого числа относительно небольших залежей, расположенных в радиусе 100-200 км, которые относятся к газоконденсатным, а пластовый флюид характеризуется наличием сероводорода. Залежи располагаются на глубинах от 900 до 2700 м [4, 15].

Основной причиной того, что уже разведанные месторождения не разрабатываются, является наличие сероводорода и отсутствие экономичной технологии промысловой сероочистки.

1. 1 Проблемы добычи газа, обусловленные наличием сероводорода

Добываемый из скважины газ содержит воду, тяжелые углеводороды, кислые компоненты, азот, гелий, мехпримеси. Наличие перечисленных примесей осложняет эксплуатацию промыслового оборудования процессами коррозии, гидра-тообразования, снижает пропускную способность газотранспортной системы [24].

Промысловая подготовка газа предназначена для подготовки его к дальнему транспорту, т.к. от качества транспортируемого газа зависит эффективность работы газотранспортной системы (ГТС) - самой капиталоемкой отраслью газовой

промышленности, а также для максимального извлечения газового конденсата, который является ценным химическим сырьем. Опыт зарубежных стран показывает, что глубокое извлечение тяжелых углеводородов из газов и их применение в качестве нефтехимического сырья и моторного топлива в ряде случаев более эффективно, чем использование для этих целей нефтепродуктов. Например, выход этилена при пиролизе этана составляет 70 %, а при пиролизе бензина и газойля -27 и 15 % соответственно. При использовании пропан-бутановой фракции в качестве моторного топлива выброс вредных веществ в атмосферу в 3-4 раза меньше по сравнению с бензином.

В мировой практике добычи газа распространены следующие способы промысловой обработки:

- низкотемпературная сепарация (НТС);

- низкотемпературная конденсация (НТК);

- масляная абсорбция;

- адсорбция [77, 86, 88, 92]. .

Выбор метода промысловой подготовки газа зависит от [83]:

- фракционного состава газа и особенно от содержания в нем тяжелых углеводородов С5+,шсш.;

- содержания воды в газе (насыщение газа парами воды и вынос пластовой воды);

- содержания в газе вредных компонентов (сероводород, диоксид углерода, органические кислоты);

- термобарических параметров в пласте и на устье;

- требований качества товарного газа.

Для подготовки газа газоконденсатных месторождений необходимо обеспечить осушку газа с целью предотвращения гидратообразования и извлечения тяжелых углеводородов С5+высш.

Наиболее широко в практике промысловой обработки газа применяется метод низкотемпературной сепарации, основанный на получении отрицательных температур для разделения газоконденсатной смеси за счет естественного пере-

пада давления. Этот способ лежит в основе установок НТС. Его преимущество в том, что при незначительных капиталовложениях и небольших эксплуатационных затратах степень извлечения тяжелых углеводородов из газа достигает от 80 до 100 % от потенциала, при этом обеспечивается требуемая точка росы газа по влаге и углеводородам [20, 48]. .

Однако в процессе разработки месторождения наступает момент, когда пластовое давление снижается до величины, не позволяющей получать требуемой температуры сепарации газа [41, 42, 43]. С этого момента требуется ввод посторонних источников холода или применение масляной абсорбции.

Разработка залежей, в газе которых содержится сероводород, имеет свои особенности, обусловленные, с одной стороны, токсичностью сероводорода, с другой стороны тем, что сероводород представляет специфический вид полезного ископаемого, который используется как сырье хим