Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Промысловый сбор и подготовка природного газа
Месторождения природного газа в зависимости от состава пластовой продукции условно делятся на газовые и газоконденсатные.
Основной компонент природных газов — метан (до 98 %). В составе природных газов в значительном количестве содержатся также этан, пропан, бутан, пентан и более тяжелые углеводороды. В состав газов всегда входят водяные пар и довольно часто такие компоненты, как азот, сероводород, двуокись углерода и гелий.
В составе природных газов и конденсата (газового) наряду с сероводородом встречаются и другие сернистые соединения, которые разделяются на две группы: активные и неактивные. К активным соединениям относятся сероводород, элементарная сера, сернистый ангидрид, меркаптаны, к неактивным — сульфиды, дисульфиды, тиофен и тиофаны. Из сернистых соединений газа наиболее активен сероводород, он вызывает коррозию металлов с образованием сульфидов. Наличие влаги в газе резко усиливает коррозийное действие сероводорода и других кислых компонентов. Свойства газов определяются свойствами отдельных компонентов, входящих в его состав.
Метан при обычных условиях ведет себя как реальный газ. Пропан и бутан при обычных условиях являются газами, так как их критические параметры весьма высоки.
Углеводороды, начиная с изопентана и выше, при нормальных условиях (давлении 0,1 МПа и температуре 0 °С) находятся в жидком состоянии, а в составе газа — в капельном виде.
Продукция газовых месторождений не нуждается в дополнительной обработке перед подачей в магистральные газопроводы. Подготовка в этом случае заключается только в извлечении влаги из газа, а в случае необходимости — и кислых компонентов. Продукция газоконденсатных месторождений должна подвергаться обработке для извлечения из них пентана и высших углеводородов. Это влияет как на схему обработки пластовой продукции, так и на технико-экономические показатели эксплуатации месторождения.
В составе газов чисто газовых месторождений метана содержится значительно больше, чем в составе нефтяных газов. В зависимости от преобладания легких или тяжелых компонентов газы разделяют соответственно на две группы: сухие и жирные.
В сухом газе содержание тяжелых углеводородов незначительное или они отсутствуют, в то время как в жирном газе их число может достигать таких величин, что из него можно получать сжиженные газы или конденсат (газовый бензин). На практике принято считать сухим газ, содержащий в 1 м3 менее 60 г газового бензина, а жирным — более 60…70 г бензина.
Наличие воды в углеводородном газе связано с его контактированием с ней в пласте. Количество воды в добываемом газе зависит от давления и температуры пласта, а также от состава газа и минерализации воды.
Различают равновесную и относительную влагоемкость газа. Максимальное количество влаги, которое может находиться в паровой фазе определенного состава газа, соответствует равновесной влагоемкости газа, характеризующейся точкой росы, т. е. температурой, при которой газ становится насыщенным влагой при заданном давлении.
Относительной влагоемкостью называют отношение количества водяных паров, фактически содержащихся в единице объема газа, к значению равновесной влагоемкости газа при тех же условиях.
Большое научно-практическое значение имеет точность определения воды в газе, так как оно оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели установок подготовки газа к транспорту. Кроме того, присутствие в составе транспортируемого газа воды только в паровой фазе является одним из важней….
Поступающая из газовых скважин продукция не представляет собой чистый газ. Из скважин вместе с газом поступают пластовая вода, твердые частицы механических примесей (горных пород, затвердевшего цемента).
Существующие системы сбора газа классифицируются:
По степени централизации технологических объектов подготовки газа различают индивидуальные, групповые и централизованные системы сбора.
При индивидуальной системе сбора (Рисунок 5.10 а) каждая скважина имеет свой комплекс сооружений для подготовки газа (УПГ), после которого газ поступает в сборный коллектор и далее на центральный сборный пункт (ЦСП). Данная система применяется в начальный период разработки месторождения, а также на промыслах с большим удалением скважин друг от друга.
Недостатками индивидуальной системы являются:
Ø рассредоточенность оборудования и аппаратов по всему промыслу, а, следовательно, сложности организации постоянного и высококвалифицированного обслуживания, автоматизации и контроля за работой этих объектов;
Ø увеличение суммарных потерь газа по промыслу за счет наличия большого числа технологических объектов и т.д.
Рисунок 5.10 — Системы сбора газа на промыслах
а) — индивидуальная; б) — групповая; в) — централизованная
VIII — установка подготовки газа; ГСП — групповой сборный пункт; ЦСП — централизованный сборный пункт
При групповой системе сбора (Рисунок 5.10 б) весь комплекс по подготовке газа сосредоточен на групповом сборном пункте (ГСП), обслуживающем несколько близко расположенных скважин (до 16 и более). Групповые сборные пункты подключаются к промысловому сборному коллектору, по которому газ поступает на центральный сборный пункт и далее потребителю.
Групповые системы сбора получили широкое распространение, так как их внедрение позволяет увеличить мощность и коэффициент загрузки технологических аппаратов, уменьшить число объектов контроля, обслуживания и автоматизации, а в итоге — снизить затраты на обустройство месторождения.
При централизованной системе сбора (Рисунок 5.10 в) газ от всех скважин по индивидуальным линиям или сборному коллектору поступает к единому центральному сборному пункту, где осуществляется весь комплекс технологических процессов подготовки газа и откуда он направляется потребителям.
Применение централизованных систем сбора позволяет осуществить еще большую концентрацию технологического оборудования, за счет применения более высокопроизводительных аппаратов уменьшить металлозатраты и капитальные вложения в подготовку газа.
В каждом конкретном случае выбор системы сбора газа обосновывается технико-экономическим расчетом.
По конфигурации трубопроводных коммуникаций различают бесколлекторные и коллекторные газосборные системы. При бесколлекторной системе сбора газ (подготовленный или нет) поступает на ЦПС со скважин по индивидуальным линиям. В коллекторных газосборных системах отдельные скважины подключаются к коллекторам, а уже по ним газ поступает на ЦСП.
Различают линейные, лучевые и кольцевые коллекторные газосборные системы (Рисунок 5.11).
Рисунок 5.11 —Формы коллекторной газосборной сети
Подключение скважин: а) — индивидуальное; б) — групповое
Линейная газосборная сеть состоит из одного коллектора и применяется при разработке вытянутых в плане месторождений небольшим числом (2 ... 3) рядов скважин.
Лучевая газосборная сеть состоит из нескольких коллекторов, сходящихся в одной точке в виде лучей
Кольцевая газосборная сеть представляет собой замкнутый коллектор, огибающий большую часть месторождения и имеющий перемычки. Кольцевая форма сети позволяет обеспечить бесперебойную подачу газа потребителям в случае выхода из строя одного из участков коллектора.
Задачами промысловой подготовки газа являются его очистка от мехпримесей, тяжелых углеводородов, паров воды, сероводорода и углекислого газа.
Промысловая подготовка к транспортировке предусматривает извлечение из газа тяжелых углеводородов, влаги и ингибиторов гидратообразования. Образующиеся в процессе промысловой обработки газа жидкие гетерогенные системы обычно двухфазны и представляют собой многокомпонентные системы, состоящие из углеводородного конденсата, ингибитора гидратообразования, воды и растворенных в ней минеральных солей. В процессе добычи газа, вместе с газом из скважины поступает пластовая вода, содержащая растворенные в ней соли. Соли оказывают заметное влияние на летучесть воды и ППГ изменяют точку росы подготавливаемого к транспортировке газа.
Природный газ, поступающий из скважин, содержит в виде примесей твердые частицы (песок, окалина), конденсат тяжелых углеводородов, пары воды, а в ряде случаев сероводород и углекислый газ. Присутствие в газе твердых частиц приводит к абразивному износу труб, арматуры и деталей компрессорного оборудования, засорению контрольно-измерительных приборов.
Конденсат тяжелых углеводородов оседает в пониженных точках газопроводов, уменьшая их проходное сечение.
Наличие водяных паров в газе приводит к коррозии трубопроводов и оборудования, а также к образованию в трубопроводах гидратов — снегоподобного вещества, способного полностью перекрыть сечение труб.
Сероводород является вредной примесью. При его содержании большем, чем 0.01 мг в 1 л воздуха рабочей зоны, он ядовит. А в присутствии влаги сероводород способен образовывать растворы сернистой и серной кислот, резко увеличивающих скорость коррозии труб, арматуры и оборудования.
Углекислый газ вреден тем, что снижает теплоту сгорания газа, а также приводит к коррозии оборудования.
5.4.1 Очистка газа от механических примесей
Для очистки природного газа от мехпримесей используются аппараты 2-х типов:
¨ работающие по принципу «мокрого» улавливания пыли (масляные пылеуловители);
¨ работающие по принципу «сухого» отделения пыли (циклонные пылеуловители);
На рисунке 5.12 представлена конструкция вертикального масляного пылеуловителя. Это вертикальный цилиндрический сосуд со сферическими днищами. Пылеуловитель состоит из трех секций:
· промывочной А (от нижнего днища до перегородки 5), в которой все время поддерживается постоянный уровень масла;
· осадительной Б ( от перегородки 5 до перегородки 6), где газ освобождается от крупных частиц масла;
· отбойной (скрубберной) секции В (от перегородки 6 до верхнего днища), где происходит окончательная очистка газа от захваченных частиц масла.
Рисунок 5.12 — Вертикальный масляный пылеуловитель
1 — трубка для слива загрязненного масла; 2 — трубка для долива свежего масла; 3 — указатель уровня; 4 — контактные трубки; 5,6 — перегородки; 7 — патрубок для вывода газа; 8 — скруббер; 9 — козырек; 10 — патрубок для ввода газа; 11 — дренажные трубки; 12 — люк для удаления шлама
Пылеуловитель работает следующим образом. Очищаемый газ входит в аппарат через патрубок 10. Натекая на козырек 9, он меняет направление своего движения. Крупные же частицы мехпримесей, пыли и жидкости по инерции продолжают двигаться горизонтально. При ударе о козырек их скорость гасится, и под действием силы тяжести они выпадают в масло. Далее газ направляется в контактные трубки 4, нижний конец которых расположен в 20...50 мм над поверхностью масла. При этом газ увлекает за собой масло в контактные трубки, где оно обволакивает взвешенные частицы пыли.
В осадительной секции скорость газа резко снижается. Выпадающие при этом крупные частицы пыли и жидкости по дренажным трубкам 11 стекают вниз. Наиболее легкие частицы из осадительной секции увлекаются газовым потоком в верхнюю скрубберную секцию В. Ее основной элемент — скруббер, состоящий из нескольких рядов перегородок 8, расположенных в шахматном порядке. Проходя через лабиринт перегородок, газ многократно меняет направление движения, а частицы масла по инерции ударяются о перегородки, и стекают сначала на дно скрубберной секции, а затем по дренажным трубкам 11 в нижнюю часть пылеуловителя. Очищенный газ выходит из аппарата через газоотводящий патрубок 7.
Осевший на дно пылеуловителя шлам периодически (раз в 2 ... 3 месяца) удаляют через люк 12. Загрязненное масло через трубку 1 сливают в отстойник. Взамен загрязненного в пылеуловитель по трубе 2 доливается очищенное масло. Контроль за его уровнем ведется по шкале указателя уровня 3.
Наряду с «мокрым» для очистки газов от твердой и жидкой взвеси применяют и «сухое» пылеулавливание. Наибольшее распространение получили циклонные пылеуловители.
Схема, поясняющая работу циклонного пылеуловителя, приведена на рисунке 5.13. Газ входит в аппарат через патрубок 2 и попадает в батарею циклонов 3. Под действием центробежной силы твердые и жидкие частицы отбрасываются к периферии, затормаживаются о стенку циклона и выпадают в нижнюю часть аппарата, откуда выводятся через патрубок 6. А очищенный газ, изменяя направление движения, попадает в верхнюю часть аппарата, откуда выводится через патрубок 7.
В товарном газе содержание мехпримесей не должно превышать 0.05 мг/м3.
Рисунок 5.13 — Циклонный пылеуловитель
1 — корпус; 2 — патрубок для ввода газа; 3 — циклон; 4, 5 — перегородки; 6 — патрубок для удаления шлама; 7 — патрубок для вывода газа; 8 — винтовые лопасти
5.4.2 Осушка газа
Для осушки газа используются следующие методы:
v охлаждение;
v абсорбция;
v адсорбция.
Пока пластовое давление значительно больше давления в магистральном газопроводе газ охлаждают, дросселируя излишнее давление. При этом газ расширяется и в соответствии с эффектом Джоуля-Томсона охлаждается. Если пластовое давление понижено, то охлаждение газа производится на установках низкотемпературной сепарации. Эти установки очень сложны и дороги.
Технологическая схема абсорбционной осушки газа с помощью диэтиленгликоля (ДЭГ), приведена на рисунке 5.14.
Рисунок 5.14 — Принципиальная схема осушки газа методом абсорбции
1 — абсорбер; 2, 10, 11 — насосы; 3, 9 — емкости; 4, 6 — теплообменники; 5 — выветриватель; 7 —десорбер; 8 — конденсатор - холодильник; 12 — холодильник
Газ, требующий осушки, поступает в абсорбер 1. В нижней скрубберной секции он очищается от взвешенных капель жидкости и поднимается вверх, проходя через систему тарелок. Навстречу газу по тарелкам стекает концентрированный раствор ДЭГ, закачиваемый в абсорбер насосом 2 из емкости 3. Раствор ДЭГ поглощает пары воды. Далее газ проходит через верхнюю скрубберную секцию, где освобождается от захваченных капель раствора и выходит из аппарата.
Остальная часть технологической схемы служит для восстановления абсорбента.
Недостатками абсорбционной осушки газа являются унос абсорбента и относительная сложность его регенерации.
Технологическая схема осушки газа методом адсорбции приведена на рисунке 5.15. Влажный газ поступает в адсорбер 1, где он проходит снизу вверх через слой адсорбента — твердого вещества, поглощающего пары воды и далее выводится из аппарата. Процесс осушки газа осуществляется в течение определенного (12 ... 16 ч) времени. После этого влажный газ пускают через адсорбер 2, а адсорбер 1 отключают и выводят на регенерацию. Для этого через регулятор давления 3 типа «после себя» из газовой сети отбирается сухой газ, и воздуходувкой 6 подается в подогреватель 7, где газ нагревается до температуры 180 ... 200 0С. Далее он подается в адсорбер 1, где отбирает влагу от адсорбента, после чего поступает в холодильник 4. Сконденсировавшаяся вода собирается в емкости 5, а газ используется для осушки повторно и т. д. Процесс регенерации адсорбента продолжается 6 ... 7 ч. После этого в течение около 8 ч адсорбер остывает.
Рисунок 5.15 — Принципиальная схема осушки газа методом адсорбции
1, 2 — адсорберы; 3 — регулятор давления типа "после себя"; 4 — холодильник; 5 — емкость; 6 — газодувка; 7 — подогреватель газа.
Осушку газа адсорбентами проводят, как правило, в тех случаях, когда необходимо достичь точку росы менее — 30 0С. В качестве адсорбентов используют бокситы, хлористый кальций в твердом виде, цеолиты, силикагель и др.
5.4.3 Очистка газа от сероводорода
Очистка газа от сероводорода осуществляется методами адсорбции и абсорбции.
Принципиальная схема очистки газа от Н2S методом адсорбции аналогична схеме осушки газа адсорбционным методом. В качестве адсорбента используются гидрат окиси железа и активированный уголь.
Принципиальная схема очистки газа от Н2S методом абсорбции приведена на рисунке 5.16. Очищаемый газ поступает в абсорбер 1 и поднимается вверх через систему тарелок. Навстречу газу движется концентрированный раствор абсорбента. Роль жидкого поглотителя в данном случае выполняют водные растворы этаноламинов: моно-этаноламина (МЭА), диэтаноламина (ДЭА) и триэтаноламина. Температура кипения при атмосферном давлении составляет соответственно МЭА — 172 °С, ДЭА — 268 °С, ТЭА — 277 °С.
Абсорбент вступает в химическую реакцию с сероводородом, содержащимся в газе, унося продукт реакции с собой. Очищенный газ выводится из аппарата через скрубберную секцию, в которой задерживаются капли абсорбента.
На регенерацию абсорбент подается в выпарную колонну 2 через теплообменник 3. В нижней части колонны он нагревается до температуры около 100 °С. При этом происходит разложение соединения сероводорода с абсорбентом после чего Н2S, содержащий пары этаноламинов, через верх колонны поступает в холодильник 4. В емкости 5 сконденсировавшиеся пары абсорбента отделяются от сероводорода и насосом 6 закачиваются в выпарную колонну. Газ же направляется на переработку.
Рисунок 5.16 — Принципиальная схема очистки газа от сероводорода
1 — абсорбер; 2 — выпарная колонна (десорбер); 3 — теплообменник; 4, 8 — холодильник; 5 — емкость - сепаратор; 6, 7 — насосы
Горячий регенерированный абсорбент из нижней части колонны 2 насосом 7 подается для нового использования. По пути абсорбент отдает часть своего тепла в теплообменнике 3, а затем окончательно остужается в холодильнике 8.
Из полученного сероводорода вырабатывают серу.
Работа этаноламиновых газоочистных установок автоматизирована. Степень очистки газа составляет 99 % и выше. Недостатком процесса является относительно большой расход газа.
5.4.4 Очистка газа от углекислого газа
Обычно очистка газа от СО2 проводится одновременно с его очисткой от сероводорода, т.е. этаноламинами.
При высоком содержании СО2 (до 12 ... 15 %) и незначительной концентрации сероводорода применяют очистку газа водой под давлением (Рисунок 5.17). Газ, содержащий СО2 подается в реактор 1, заполненный железными или керамическими кольцами Рашига, которые орошаются водой под давлением. Очищенный газ проходит в водоотделитель 2 и идет по назначению.
Вода, насыщенная углекислым газом, насосом 3 подается в экспанзер 4 для отделения СО2 методом разбрызгивания. Для полного удаления СО2 вода подается в дегазационную градирню 5, откуда насосом 6 возвращается в емкость 1.
Выделяемый углекислый газ используется для производства соды, сухого льда и т. п.
Рисунок 5.17 — Принципиальная схема очистки газа от двуокиси углерода водой под давлением
1 — реактор; 2 — водоотделитель; 3, 6 — насосы; 4 — экспанзер; 5 — дегазационная колонна