Способ оптимизации процесса подготовки товарного конденсата и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к газовой промышленности. Изобретение касается установки комплексной подготовки газа, включающей линию подвода пластового газа со скважин, сепаратор первой ступени, выход которого последовательно соединен трубопроводами с колонной-десорбером, выход которого соединен через аппарат воздушного охлаждения и теплообменники с сепаратором второй ступени и через эжектор с сепаратором третьей ступени, разделителями жидкости первой и второй ступеней, выветривателем и по меньшей мере одной буферной емкостью, линию отвода товарного газа в магистраль, при этом разделитель жидкости первой ступени оснащен линией отвода пластовой воды, а по меньшей мере одна буферная емкость снабжена линией отвода товарного конденсата в конденсатопровод. В нижнюю часть выветривателя и по меньшей мере одной буферной емкости дополнительно введена линия отвода жидкой фазы, разделитель жидкости первой ступени снабжен сборником конденсата, причем над сборником конденсата дополнительно введена крышка-отбойник с отбортованными краями, при этом указанные края крышки располагаются ниже верхней кромки сборника конденсата. Изобретение также касается способа оптимизации процесса подготовки товарного конденсата, осуществляемого в указанной установке. Технический результат - обеспечивает повышение эффективности работы установки комплексной подготовки газа. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Группа изобретений относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях при подготовке скважинной продукции для определения и удаления водного раствора при отделении нестабильного углеводородного конденсата от пластового газа.

Подготовка нестабильного конденсата на установках комплексной подготовки газа (УКПГ) [Опыт эксплуатации основного технологического оборудования по подготовке к транспорту газа ачимовских горизонтов на УКПГ-22 ООО «Газпром добыча Уренгой». О.А. Николаев, А.В. Букин. Приоритетные направления развития Уренгойского комплекса: Сборник научных трудов / ООО «Газпром добыча Уренгой». - М.: «Издательский дом Недра», 2013. - 411 с.] осуществляется в соответствии с обязательными нормами подготовки товарной продукции [СТО Газпром 5.11-2008 «Конденсат газовый нестабильный. Общие технические условия https://drive.google.com/file/d/0BwBxMSdckOLHSklxR09ZYVprUWs/view]. Указанные требования исключают присутствие воды в товарном конденсате на выходе из (УКПГ), но при этом физико-химический анализ регулярно отбираемых проб указывает на периодическое появление воды (водометанольного раствора низкой концентрации) в незначительных количествах в потоке товарного конденсата. Минералы, в частности, соли, содержащиеся в водной фазе транспортируемого потока товарного конденсата, оказывают негативное коррозионное влияние на технологическое оборудование и трубопроводы при транспортировке и дальнейшей переработке углеводородного сырья.

Для предупреждения негативного влияния коррозионных процессов на технологическое оборудование и трубопроводы УКПГ через несколько лет после ввода установки в работу было принято решение о применении растворов ингибиторов коррозии (РИК). Способы, места ввода, а также оптимальные концентрации РИК были определены экспериментальным путем. При попадании РИК в поток скважинной продукции не исключена возможность образования эмульсии, свойства которой будут определяться концентрацией ингибитора коррозии, термобарическими условиями и скоростью течения газожидкостной смеси в трубопроводе.

В связи с конструктивными особенностями разделителя жидкости первой ступени, часть капель жидкости попадает в сборник конденсата и далее с общим потоком конденсата направляется в выветриватель и буферные емкости. А так как основными техническими решениями на УКПГ предусмотрено разделение водной и углеводородной фаз только в разделителе жидкости первой ступени, то при попадании воды в поток газового конденсата после разделителя отсутствует возможность ее дальнейшего удаления.

При еженедельном отборе конденсата газового нестабильного (КГН), на узле учета газового конденсата в пробоотборное устройство, периодически наблюдались следы водной фазы в стабильной части конденсата после проведения дегазирования пробы. Наличие воды в товарном конденсате подтверждалось примерно в 20% случаев отбора проб на УКПГ.

Наличие в пластовой воде РИК, который является поверхностно-активным веществом, может привести к образованию стойкой эмульсии на границе фаз: пластовая вода - газовый конденсат в сепараторах и разделителях УКПГ. Наличие такого негативного эффекта в присутствии ингибиторов коррозии приводит к неполному разделению смеси газового конденсата и попутно извлекаемой воды и, как следствие, к нарушению технологического режима подготовки газа. Также из-за неравномерности пульсаций в турбулентном потоке жидкости из сепаратора первой ступени возникают зоны, в которых возможно существование капель воды различных критических диаметров. Попадая в зону повышенных скоростей, где существуют капли определенного критического размера, крупные капли испытывают тенденцию к дроблению. Выходя в зоны более низких скоростей и меньших масштабов пульсаций, они будут объективно испытывать тенденцию к слиянию, что обусловливает возникновение в потоке целого спектра диаметров капелек воды и объясняет причины поступления в разделитель явно неоднородной эмульсии.

Из области техники известны различные способы и системы для уменьшения количества попадания воды в газовый конденсат.

Известен способ обработки потока жидких углеводородов, содержащего воду [RU 2553664, опубликовано 06.2015], который включает обработку потока жидких углеводородов, содержащего воду, при этом поток жидких углеводородов вводится в первый сепаратор, отделяющий, по меньшей мере свободную воду из указанного потока жидких углеводородов, оставшаяся часть указанного потока жидких углеводородов вводится в систему, превращающую в газовые гидраты свободную/сконденсировавшуюся воду в потоке жидких углеводородов в указанной системе и обеспечивающую по меньшей мере первый жидкостный поток и второй жидкостный поток, в котором указанный первый жидкостный поток является жидкой фазой, содержащей газовые гидраты, причем указанный первый жидкостный поток рециркулирует в первый сепаратор, и в котором второй жидкостный поток имеет содержание сухого газа и конденсата.

Недостатками известного способа является сложность осуществления процесса, а также невозможность максимально точного определения воды и водометанольного раствора в товарном газовом конденсате.

Известен способ моделирования работы разделителей жидкости установки подготовки газа и газового конденсата в технологии низкотемпературной сепарации [Писарев М.О., Долганов И.М., Ивашкина Е.Н., Томский политехнический университет.«Фундаментальные исследования», Издательский Дом «Академия Естествознания»: Пенза, №6 - 1, 2015, С. 63-66].

Известный способ моделирования не может учитывать все реальные процессы, происходящие в разделителе, в частности, когда работа разделителя переходит в 4-х фазный режим: газ выветривания, газоводяная пена, конденсат газовый нестабильный, водометанольный раствор.

Известен сепаратор для разделения газожидкостной смеси, который содержит, по меньшей мере, приемную секцию, отделенную перегородкой, разделительную секцию, ввод и выводы соответствующих сред, характеризующийся тем, что снабжен одним или несколькими распределительными устройствами с отверстиями, расположенными выше уровня жидкости и выполненными с обеспечением возможности распределения жидкой фазы из приемной секции, перетекающей через перегородку, по поверхности устройства и стока жидкой фазы в разделительную секцию через отверстия, причем разделительная секция снабжена коалесцирующим устройством, выполненным с обеспечением возможности выделения из жидкой фазы, стекающей с одного или нескольких распределительных устройств, эмульгированной воды, причем распределительные устройства снабжены перегородкой, выполненной с обеспечением возможности предотвращения течения жидкой фазы мимо коалесцирующего устройства, перегородка снабжена отверстиями и выполнена с обеспечением возможности прохода газовой фазы, выделяющейся из стекающей жидкой фазы [RU 172733, опубликовано 21.07.2017].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции сепаратора.

Технической проблемой, на решение которой направлена группа изобретений, является создание способа оптимизации процесса подготовки товарного конденсата и устройства для осуществления указанного способа, с целью исключения попадания воды (водометанольного раствора) в поток товарного конденсата в процессе подготовки природного газа и газового конденсата к последующей транспортировке.

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая группа изобретений, заключается в повышении эффективности работы установки комплексной подготовки газа.

Технический результат достигается предлагаемой группой изобретений, включающей установку комплексной подготовки газа и способ оптимизации процесса подготовки товарного конденсата, осуществляемый в указанной установке.

Установка комплексной подготовки газа содержит линию подвода пластового газа со скважин, сепаратор первой ступени выход которого последовательно соединен трубопроводами с колонной-десорбером, выход которого соединен через аппарат воздушного охлаждения и теплообменники с сепаратором второй ступени и через эжектор с сепаратором третьей ступени, разделителями жидкости первой и второй ступени, выветривателем и по меньшей мере одной буферной емкостью, линию отвода товарного газа в магистраль, при этом разделитель жидкости первой ступени оснащен линией отвода пластовой воды, а по меньшей мере одна буферная емкость снабжена линией отвода товарного конденсата в конденсатопровод, новым является то, что в нижнюю часть выветривателя и по меньшей мере одной буферной емкости дополнительно введена линия отвода жидкой фазы, разделитель жидкости первой ступени снабжен сборником конденсата, причем над сборником конденсата дополнительно введена крышка-отбойник с отбортованными краями, при этом указанные края крышки располагаются ниже верхней кромки сборника конденсата.

Способ оптимизации процесса подготовки товарного конденсата осуществляемый в указанной установке включает перевод в режим трехфазного разделения жидкости выветривателя и по меньшей мере одной буферной емкости, в разделителе жидкости первой ступени проводят корректировку рабочего интервала регулирования по уровню нестабильного газового конденсата и водометанольного раствора путем понижения уровня контакта фаз: газ выветривания - газовый конденсат и газовый конденсат - водометанольный раствор до минимально возможного значения, осуществляют периодический контроль эффективности работы оборудования путем отбора проб жидкой фазы с нижней части разделителя жидкости первой ступени, выветривателя и указанной буферной емкости.

Корректировка рабочего интервала регулирования по уровню нестабильного газового конденсата и водометанольного раствора, с целью минимизации влияния эмульсии на технологический режим работы разделителя жидкости первой ступени путем понижения уровня контакта фаз: газ выветривания - газовый конденсат и газовый конденсат -водометанольный раствор до минимально возможного значения позволяет понизить общий уровень эмульсии на границе нестабильного газового конденсата и водометанольного раствора и, как следствие, минимизировать попадание воды в сборник конденсата разделителя жидкости. А для исключения попадания отстоявшейся пены в разделителе жидкости первой ступени осуществляется установка крышки-отбойника над сборником конденсата, которая предотвращает поступление воды, появившейся после отстаивания пены над указанным сборником. Также, в качестве дополнительной меры, выветриватели и буферные емкости переводят в режим 3-х фазных разделителей жидкости. При наличии в аппаратах водной фазы, такую фазу отводят с нижней части выветривателей и буферных емкостей, что позволяет полностью исключить из потока товарного конденсата накопившуюся воду (водометанольный раствор) при неудовлетворительной работе оборудования.

Сущность заявляемой группы изобретений поясняется нижеследующими фигурами и описанием.

На фиг. 1 представлена технологическая схема УКПГ.

Технологическая схема УКПГ показана единым узлом, в который входят все аппараты, необходимые для осуществления заявляемого способа:

1 - сепаратор первой ступени;

2 - колонна-десорбер;

3 - сепаратор второй ступени;

4 - сепаратор третьей ступени;

5 - разделитель жидкости первой ступени;

6 - разделитель жидкости второй ступени;

7 - выветриватель;

8 - буферные емкости;

9 - регулятор уровня;

10 - эжектор;

11- аппарат воздушного охлаждения;

12 - теплообменники;

13 - линия отвода жидкой фазы;

14 - линия подвода пластового газа со скважин;

15 - линия отвода пластовой воды (водометанольного раствора);

16 - линия отвода товарного конденсата в конденсатопровод;

17 - линия отвода товарного газа в магистраль.

На фиг. 2 представлено устройство разделителя жидкости первой ступени, и показаны фазы, на которые делится газожидкостная смесь, поступившая из сепаратора:

18 - фаза: газ выветривания;

19 - фаза: водометанольный раствор;

20 - фаза: газоводяная пена;

21 - фаза: газовый конденсат;

22 - полочная жалюзийная насадка;

23 - сборник конденсата;

25 - линия выхода в сепаратор.

На фиг. 3 схематично изображено образование пены в разделителе жидкости первой ступени, где:

18 - фаза: газ выветривания;

19 - фаза: водометанольный раствор;

20 - фаза: газоводяная пена;

21 - фаза: газовый конденсат;

23 - сборник конденсата;

24 - зона водоконденсатной эмульсии.

На фиг. 4 представлено применение крышки-отбойника над сборником легкой фазы в разделителе жидкости первой ступени, с видом крышки-отбойника в разрезе А-А и Б-Б, где 23 - сборник конденсата, 26 - крышка-отбойник.

На фиг. 5 представлена динамика содержания объемной доли воды в пробах конденсата, отобранных по линии выхода конденсата с разделителей жидкости первой ступени на примере УКПГ-22 Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения.

Технология подготовки продукции газоконденсатных скважин методом трехступенчатой низкотемпературной сепарации заключается в постепенном понижении температуры потока газа и выделением из него жидкой фазы, которая отводится в сепараторах первой 1, второй 3 и третьей 4 ступени (фиг. 1). Понижение температуры потока достигается за счет использования рекуперативных теплообменников 12 и дросселирования потока газа эжектором 10, установленным перед третьей ступенью сепарации 4. Жидкая фаза, отводимая из сепараторов 1, 3, 4, направляется в разделители жидкости 5 и 6, где за счет разности плотностей разделяется на углеводородный конденсат и воду (водометанольный раствор). Потоки углеводородного конденсата с разделителей жидкости 5, 6 смешиваются и направляются в выветриватель 7, где происходит частичная дегазация конденсата за счет понижения давления. Весь объем газа, выделившийся в выветривателе 7, подается в эжектор 10 в качестве пассивного газа. Процесс полностью автоматизирован, уровни жидкостей в аппаратах (сепараторах, разделителях, выветривателях) удерживаются с помощью регуляторов, установленных на сбросных трубопроводах (не показано).

Способ осуществляют следующим образом.

Скважинный флюид поступает по линии 14 в виде трехфазной смеси -газ, углеводородный конденсат и вода (водометанольный раствор) с РИК. Соотношение объема фаз составляет ориентировочно: газ - 85%, конденсат - 14% и водометанольный раствор - 1%. Из-за пробкового режима течения флюида на данном участке часто наблюдается залповые поступления большого объема воды (с растворенным в ней РИК) на установку комплексной подготовки газа. Трехфазная смесь поступает во входной сепаратор 1, где производится отделение жидкой фазы, а именно, так называемых «тяжелых» фракций конденсата газового нестабильного и воды (метанольного раствора) с растворенным РИК.

Из сепаратора 1 отсепарированная жидкость отводится в разделитель 5. Для подержания уровня жидкости в заданных пределах на трубопроводе сброса жидкости из сепаратора 1 установлен регулятор уровня 9, который контролирует расход жидкости с помощью изменения проходного сечения. В связи с резким дросселированием потока жидкости, движущейся в турбулентном режиме течения в разделителе 5 происходит смешивание газовой фазы 18 (Фиг. 2) и водометанольного раствора с РИК 19, вследствие чего образуется пена 20. Пена образует в данном потоке четвертую фазу. Таким образом, разделитель жидкости 5 эксплуатируется в четырехфазном режиме:

- газ выветривания 18;

- газоводяная пена 20;

- конденсат газовый нестабильный 21;

- водометанольный раствор 19.

Плотность пены 20 меньше, чем плотность конденсата 21, соответственно, после прохождения полочной жалюзийной насадки 22, пена 20 поднимается наверх и образует тонкую пленку на границе: газ выветривания (18) - газовый конденсат (21). Перейдя в равновесное состояние, в нижней части пены происходит отстаивание и, под действием гравитационных сил капли водного раствора падают в нижнюю часть аппарата через слой углеводородного конденсата 21.

Поверхность контакта фаз: газовый конденсат (21) - водометанольный раствор (19) имеет размытые границы, что создает возможность попадания воды из водоконденсатной эмульсии на повышенных расходах работы установки.

В зависимости от рабочего уровня в разделителе 5, не исключено попадание эмульсии в выходной трубопровод 25 вместе с потоком конденсата 21.

Для минимизации влияния эмульсии 24 на технологический режим работы разделителя 5, проводится корректировка рабочего интервала регулирования по уровню газового конденсата 21 и водометанольного раствора 19, путем понижения уровня контакта фаз: газ выветривания (18) - газовый конденсат (21) и газовый конденсат (21) - водометанольный раствор (19) до минимально возможного значения. Понижение уровня контакта фаз осуществляется временным изменением степени открытия регуляторов уровня на линиях сброса конденсата (временное закрытие) и водометанольного раствора (временное открытие) с аппарата. Так как производственный процесс полностью автоматизирован, корректировка данного уровня происходит с помощью изменения величины данного уровня программно.

При прочих равных условиях это позволяет понизить общий уровень эмульсии на границе газового конденсата (21) и водометанольного раствора (19) и, как следствие, минимизировать попадание воды в сборник конденсата 23.

Для исключения попадания отстоявшейся пены в сборник конденсата 23 в разделителе 5 устанавливается крышка-отбойник 26, применение которой ограничивает поступление воды, появившейся после отстаивания пены 20 над сборником конденсата 23, путем уменьшения площади и направления забора жидкости в аппарате. Крышка-отбойник 26 представляет собой квадратную или прямоугольную пластину с отбортованными краями, края которого располагаются ниже верхней кромки сборника конденсата 23, при ее монтаже.

Перевод выветривателя 7 и буферных емкостей 8 в режим трех фазных разделителей жидкости осуществляется путем монтажа дополнительной линии 13, отводящей водную (водометанольную) фазу с нижней части аппаратов (7 и 8). При этом отвод углеводородной фазы осуществляется со среднего уровня выветривателя 7 и буферных емкостей 8. Разделение фаз в указанных аппаратах происходит за счет разницы плотностей этих фаз и сил гравитации. Для исключения вероятности появления течений и застойных зон, аппараты могут быть дополнительно оборудованы стабилизирующими фильтрующими перегородками и насадками.

Для оценки эффективности работы оборудования периодически осуществляют отбор проб жидкости с разделителей жидкости 5, выветривателя 7 и буферных емкостей 8. Величина объемной доли воды в разделителе 5 зависит от величины расхода жидкости, поступающей в аппарат. Слив воды, в зависимости от содержания в ней метанола, осуществляют в дренажные емкости, с последующей закачкой насосами в разделитель жидкости 5, либо в емкость хранения водометанольного раствора.

Предлагаемый способ был апробирован на УКПГ-22 Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения. С 2019 по 2020 год в работе находилось 3 идентичные технологические нитки, каждая из которых в своем составе содержала разделитель жидкости Р-1 (на графике Р-1.1, Р-1.2 и Р-1.3 соответственно). В августе 2019 года на нитке №2 была проведена работа, включающая установку крышки-отбойника в разделителе жидкости Р-1.2. Из графика (фиг. 5) видно, что содержание объемной доли воды в пробах конденсата после установки крышки-отбойника в разделителе Р-1.2, многократно уменьшилось.

Группа изобретений обеспечивает высокую эффективность работы установки комплексной подготовки газа с целью исключения попадания водной фазы в поток товарного газового конденсата.

1. Установка комплексной подготовки газа, включающая линию подвода пластового газа со скважин, сепаратор первой ступени, выход которого последовательно соединен трубопроводами с колонной-десорбером, выход которого соединен через аппарат воздушного охлаждения и теплообменники с сепаратором второй ступени и через эжектор с сепаратором третьей ступени, разделителями жидкости первой и второй ступени, выветривателем и по меньшей мере одной буферной емкостью, линию отвода товарного газа в магистраль, при этом разделитель жидкости первой ступени оснащен линией отвода пластовой воды, а по меньшей мере одна буферная емкость снабжена линией отвода товарного конденсата в конденсатопровод, отличающаяся тем, что в нижнюю часть выветривателя и по меньшей мере одной буферной емкости дополнительно введена линия отвода жидкой фазы, разделитель жидкости первой ступени снабжен сборником конденсата, причем над сборником конденсата дополнительно введена крышка-отбойник с отбортованными краями, при этом указанные края крышки располагаются ниже верхней кромки сборника конденсата.

2. Способ оптимизации процесса подготовки товарного конденсата, осуществляемый в установке по п. 1, характеризующийся тем, что выветриватель и по меньшей мере одну буферную емкость указанной установки переводят в режим трехфазного разделения жидкости, в разделителе жидкости первой ступени проводят корректировку рабочего интервала регулирования по уровню нестабильного газового конденсата и водометанольного раствора путем понижения уровня контакта фаз: газ выветривания - газовый конденсат и газовый конденсат - водометанольный раствор до минимально возможного значения, осуществляют периодический контроль эффективности работы оборудования путем отбора проб жидкой фазы с нижней части разделителя жидкости первой ступени, выветривателя и указанной буферной емкости.