Способ комплексного использования попутного нефтяного газа

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть применено для утилизации попутного нефтяного газа. Способ осуществляют следующим образом. После запуска газовой турбины в турбину сжатия подают воздух и попутный нефтяной газ. Сжатые газ и воздух направляют в камеру сгорания, где происходит горение. Тепло расширяющегося горячего газа заставляет вращаться рабочую турбину, которая вращает турбину сжатия и ротор электрического генератора. Воду, получаемую из скважины, из которой добывается нефть, предварительно очищают от примесей и с помощью насоса, приводимого во вращение от вала газовой турбины, пропускают через экономайзер. В экономайзер подают горячий воздух, идущий от рабочей турбины. За счет горячего воздуха вода нагревается. Затем воду дополнительно подогревают в нагревателе, содержащем ТЭН, получающий энергию от электрического генератора, и пропускают через паровой сепаратор. В паровом сепараторе происходит отделение пара от излишней воды. Отделенную горячую воду используют для хозяйственных нужд. Полученный в сепараторе пар дополнительно подогревают в паронагревателе и направляют в камеру сгорания, куда одновременно после турбины сжатия поступает сжатый ПНГ, смешанный с воздухом. К камере сгорания подсоединен патрубок с датчиком давления и клапаном. Технический результат заключается в повышении степени использования попутного нефтяного газа, снижении загрязнения окружающей среды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для утилизации попутного нефтяного газа.

Известен способ использования попутного нефтяного газа (ПНГ), описанный в патенте (RU 2412336 C1, 20.02.2011). В известном способе нефтяной газ подвергают компримированию, смешивают его в эжекторе с жидкостью с последующей очисткой от жидкости и после дополнительного смешения в эжекторе с высоконапорным газом подают потребителю.

Недостаток известного способа использования ПНГ заключается в том, что он имеет сложную схему обработки газа. Для его доставки потребителю необходимо иметь систему труб и наличие высоконапорного газа.

В качестве прототипа выбран способ использования ПНГ, описанный в патенте RU 2297520 С2, 20.04.2007.

В известном способе использования ПНГ газ в эжекторе смешивают с рабочей жидкостью, повышают давление в проточной части эжектора и трубопроводе за этим эжектором, обеспечивают сжатие низконапорного газа, а после эжектирования водогазовую смесь подают в сепаратор, где осуществляют отделение рабочей жидкости от газа, и после прохождения через сепаратор газ с требуемым для транспортировки давлением направляют в магистральный газопровод.

Известный способ имеет более простую схему утилизации, чем аналог, однако ему присущи практически те же недостатки. В частности, для подачи газа потребителю необходимо иметь сложную схему обработки газа, формировать систему труб для его доставки потребителю и иметь наличие высоконапорного газа.

Между тем существует множество изолированно расположенных в удаленных районах скважин по добычи нефти, тянуть трубы от которых нерентабельно, и ПНГ попросту сжигают на месте.

Задачей изобретения является создание технических средств, способных энергию ПНГ преобразовывать в тепловую и электрическую энергии, а также использовать отходы тепла для собственных нужд и углекислый газ для выращивания с/х культур.

Техническим результатом является создание способа использования ПНГ для получения тепла, электричества и использования продуктов сгорания для технических нужд нефтедобывающего комплекса, в частности для выращивания с/х культур.

Технический результат достигается за счет того, что в способе использования ПНГ, при котором производят отделение жидкости от газа в сепараторе, сжатие газа с последующим использованием в технологическом процессе, согласно изобретению очищенную воду, попутно получаемую при добычи нефти, доводят до состояния пара, затем в сепараторе производят отделение пара от воды, пар дополнительно нагревают до высоких температур, полученный таким образом сухой пар смешивают с сжатым ПНГ, сжигают парогазовую смесь в камере сгорания, продукты сгорания используют в газовой турбине для получения электрической энергии, теплоту выхлопа газовой турбины используют для подогрева воды, часть электрической энергии используют в электроподогревателе для подогрева сухого пара, причем в камеру сгорания, где происходит сжигание парогазовой смеси, по сигналам от датчика давления, установленного на входе газовой турбины, добавляют сырую нефть, добываемую из скважины.

Подогретую воду могут использовать для нужд обогрева жилого комплекса.

Часть пара могут закачивать в пласт, в котором содержится нефть.

Подогретую воду могут использовать для обогрева теплиц.

Воздух на выходе газовой турбины могут очищать от вредных примесей и использовать для формирования углекислой атмосферы в теплицах.

Нагрев воды до состояния пара с последующим отделением пара от воды, дополнительный нагрев полученного таким образом сухого пара до высоких температур, смешивание сухого пара с сжатым ПНГ и сжигание парогазовой смеси для получения продуктов сгорания позволяют обеспечить более полное сгорание за счет того, что при высоких температурах сухой пар частично разлагается на водород и кислород. При этом атомарный кислород активно участвует в окислении продуктов, содержащихся в газе, что способствует их полному выгоранию, а сгорание водорода приводит к повышению температуры в камере сгорания, что способствует более высокому КПД газовой турбины.

Подогрев сухого пара с помощью энергии, полученной от электрического генератора, обеспечивает повышение температуры сухого пара, что ведет к более полному сгоранию попутного газа и повышению КПД турбины.

Закачивание части пара в пласт, где содержится нефть, позволяет повысить объем добычи нефти и облегчить ее доставку.

Добавление сырой нефти в горелку по сигналам от датчика давления, установленного на входе газовой турбины, обеспечивает стабильность работы системы.

Использование подогретой воды для нужд обогрева ведет к повышению общего КПД установки.

Использование подогретой воды для обогрева и очищенного углекислого газа в теплицах дает возможность получать урожаи с/х культур и тем самым повысить КПД системы и обеспечить автономность работы всего комплекса по добычи нефти.

Изобретение иллюстрируется принципиальной схемой технологического процесса.

На схеме показано: общий вал 1 газовой турбины, соединяющий турбину сжатия 2 с рабочей турбиной 3, рабочим телом которой является горячий газ. На валу турбины 3 установлен электрический генератор 4, соединенный с ней с помощью вала 5. С валом 5 сочленен насос 6, который прогоняет очищенную от примесей воду через экономайзер 7. В экономайзер подают горячий воздух, идущий от рабочей турбины 3. Вода подогревается в нагревателе 8 и пропускается через паровой сепаратор 9. Пар подогревают в паронагревателе 10, откуда его направляют в камеру сгорания 11. К камере сгорания 11 подключен патрубок 12, через который по сигналам датчика давления 13, установленного на выходе турбины сжатия 2, через регулируемый клапан 14 дополнительно поступает сырая нефть. Воздух после экономайзера 7 проходит чистку от примесей в воздухоочистителе 15.

Способ комплексного использования попутного нефтяного газа действует следующим образом. После запуска газовой турбины в турбину сжатия 2 подают воздух и попутный нефтяной газ. Сжатые газ и воздух направляют в камеру сгорания 11, где происходит горение. Тепло расширяющегося горячего газа заставляет вращаться рабочую турбину 3, которая вращает турбину сжатия и ротор электрического генератора 4. Воду, получаемую из скважины, из которой добывается нефть, предварительно очищают от примесей в отстойнике (на чертеже не обозначен) с помощью насоса 6, приводимого во вращение от вала газовой турбины, и пропускают через экономайзер 7. В экономайзер подают горячий воздух, идущий от рабочей турбины 3. За счет горячего воздуха вода нагревается. Затем воду дополнительно подогревают в нагревателе 8, получающем энергию от электрического генератора 4, и пропускают через паровой сепаратор 9. В паровом сепараторе происходит отделение пара от излишней воды. Отделенную горячую воду используют для хозяйственных нужд, например для отопления жилых помещений и, в частности, для обогрева теплиц (на чертеже не показано), в которых выращивают с/х продукцию. Полученный в сепараторе 9 пар дополнительно подогревают в паронагревателе 10 и направляют в камеру сгорания 11, куда одновременно после турбины сжатия 2 поступает сжатый ПНГ, смешанный с воздухом. За счет высокой температуры пара, а также благодаря горению газа сухой пар частично разлагается на атомарный кислород и водород. Кислород активно вступает в реакцию с продуктами, содержащимися в ПНГ, что способствует полному их сгоранию. В свою очередь, водород, сгорая, повышает температуру на выходе камеры сгорания, увеличивая таким образом КПД газовой турбины. К камере сгорания 11 подсоединен патрубок 12. При снижении давления ПНГ производительность газовой турбины может снизиться, что ведет к снижению давления на выходе турбины сжатия. Во избежание этого по сигналам датчика давления 13, установленного на выходе турбины сжатия, открывается клапан 14, и по патрубку 12 в камеру сгорания дозированно дополнительно поступает сырая нефть. Высокая температура в камере 12 и наличие сухого пара способствует ее полному сгоранию. Воздух, остуженный в экономайзере 7, проходит чистку от примесей в воздухоочистителе 15 и обогащенный углекислым газом поступает в упомянутую теплицу, что позволяет повысить урожайность выращиваемых с/х культур.

Предлагаемое техническое решение позволяет формировать автономные комплексы по добыче нефти. Такие комплексы могут быть самодостаточными, полностью обеспечивают себя электроэнергией и теплом и способны выращивать необходимые с/х продукты. Выбросы вредных веществ в них сведены к минимуму за счет полного сгорания ПНГ.

Технико-экономические достоинства предложенного способа комплексного использования ПНГ:

1. Высокий общий КПД установок, выполненных по данному способу.

2. Сниженный процентный состав вредных выбросов при сгорании.

3. Наличие комплексов по использованию тепла и углекислого газа, полученных при сгорании.

4. Стабильность работы установки.

5. Возможность передачи энергии на расстоянии.

6. Автономность работы всего комплекса по добычи нефти.

1. Способ комплексного использования попутного нефтяного газа, заключающийся в отделении жидкости от газа в сепараторе, сжатии газа с последующим использованием в технологическом процессе, отличающийся тем, что очищенную воду, попутно получаемую при добычи нефти, доводят до состояния пара, затем в сепараторе производят отделение пара от воды и пар дополнительно нагревают до высоких температур, полученный таким образом сухой пар смешивают с сжатым ПНГ, сжигают парогазовую смесь в камере сгорания, продукты сгорания используют в газовой турбине для получения электрической энергии, теплоту выхлопа газовой турбины используют для подогрева воды, часть электрической энергии используют в электроподогревателе для подогрева сухого пара, причем в горелку, где происходит сжигание парогазовой смеси по сигналам от датчика давления, установленного на входе газовой турбины, добавляют сырую нефть, добываемую из скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогретую воду используют для нужд обогрева жилого комплекса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть пара закачивают в пласт, где содержится нефть.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогретую воду используют для обогрева теплиц.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух на выходе газовой турбины очищают от вредных примесей и используют для формирования углекислой атмосферы в теплице.