СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1997 года по МПК B65G5/00 

Изобретение относится к области хранения и очистки газа и конденсата на промыслах, может быть использовано для гравитационной и химической очистки газа и конденсата от воды, сероводорода и других кислых продуктов и может найти применение в газодобывающей и нефтяной промышленности.

Известны способы отделения природного газа от влаги и тяжелых углеводородов с использованием подземных емкостей. Одним из способов отделения влаги и тяжелых углеводородов от природного газа является техническое решение [1] в котором предлагается захолащивание за счет дросселирования и введения в поток газа абсорбента в количестве, достаточном для достижения стандартной точки росы по влаге и тяжелым углеводородам. Природный газ на входе в подземное хранилище дросселируется и хранилище работает как низкотемпературный сепаратор. При невозможности применять дроссель-эффект хранилище работает как гравитационный сепаратор с использованием абсорбента, который потоком отбираемого газа выносится на земную поверхность, создавая экологические сложности.

Известно подземное хранилище для гравитационной сепарации газа от жидких углеводородов и воды для хранения и первичной обработки нефтепродуктов на промыслах. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является [2]
Подготовка газа к транспортировке и дальнейшему использованию осуществляется в подземном хранилище, которое оборудовано одной или двумя скважинами с соответствующей арматурой и устройствами, которые обеспечивают отделение влаги и тяжелых углеводородов. Подземное хранилище может работать как в непрерывном режиме, так и периодически. Подземное хранилище может работать как отстойник обводненного нефтепродукта.

Ни одно из известных технических решений на основе подземного хранилища не позволяет очистить газ от кислых продуктов и, в частности, от сероводорода.

Предлагаемое техническое решение достигается использованием подземного хранилища как гравитационного отстойника, где происходит полное отделение газа от конденсата и воды, и химического реактора, в котором происходит окисление сероводорода и серусодежащих соединений с нейтрализацией кислых продуктов, что обеспечивает работу в непрерывном режиме с повышением экологической безопасности и надежности.

Подземное хранилище (см. чертеж) состоит из подземного резервуара 1, в нижней части резервуара выполнен приямок 2 для сбора жидких продуктов. Резервуар соединяется с дневной поверхностью двумя скважинами, оборудованными обсадными колоннами 3. Одна скважина оборудована центральной колонной 4 малого диаметра, которая заполнена инертным или каталитическим материалом. В колонне 4 происходит перемешивание газа и окисление сероводорода. Наполнитель колонны может быть многофункциональным. В верхней части колонны 4 смонтированы дозатор со смесителями или эжекционная система 5, позволяющая дозировать необходимое количество воздуха или кислородсодержащего газа для окисления сероводорода.

Во второй скважине центральная колонна 6 опущена в приямок. В нижней части колонны 6 может быть расположен погружной насос 8 и фильтр 9 для отбора проб и откачки конденсата или рассола. Возможна разгрузка приямка за счет давления в хранилище (без погружного насоса). Колонна 7 расположена внутри колонны 3. Ее оголовок оборудован отверстиями, позволяющими распылять в хранилище воду с нейтрализующими компонентами. Наземные трубопроводы или штуцеры (фланцы) оборудованы пробоотборниками 10.

Рабочими скважинами могут служить скважины, использовавшиеся при сооружении хранилища.

Работа подземного хранилища-сепаратора как химического реактора.

Газ газоконденсатных месторождений и после предварительной сепарации содержит значительное количество тяжелых углеводородов и подлежит дополнительной очистке. Широко применяются для этого различные варианты низкотемпературной сепарации, которая на высоконапорных месторождениях осуществляется за счет дросселирования, а на низконапорных посредством использования холодильных установок. Но эти методы не позволяют очистить газ от кислых компонентов, и газ направляют на газоперерабатывающие заводы.

Использование подземного хранилища как химического реактора-сепаратора позволяет произвести подготовку и очитку газа для непосредственной подачи его потребителю, минуя газоперерабатывающий завод.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого способа, заключается в том, что процесс очистки газа начинается на устье скважины подземного резервуара. Природный газ высоконапорного месторождения с содержанием сероводорода до 5,5 6,0 об. и углеводородов с более C₅ и влагой, поступает в эжектор, смонтированный в устье скважины, куда подсасывается воздух или кислородсодержащий газ. При контакте кислорода с сероводородсодержащим газом происходит экзотермическая реакция окисления сероводорода [3] В зависимости от дозировки кислорода и условий процесс протекает до серы или диоксида серы (или того и другого). Скорость окисления сероводорода зависит от многих факторов, где основными являются температура, концентрация реагирующих веществ и поверхность (контакт, катализатор), т.к. реакция радиально-гетерогенная.

Природные газы низконапорных месторождений или природные газы с содержанием сероводорода до 15 об. подаются через эжектор или компрессор с подпиткой воздуха. Использование воздуха для утилизации сероводорода при его содержании в газе до 15% целесообразно с точки зрения техники безопасности (газовая смесь с 8% O₂ не горит), но при этом калорийность газа падает, т.к. углеводородная составляющая снижается до 72 73 об.

Для очистки сильно кислых газов с содержанием сероводорода более 15 об. и диоксида углерода более 5 об. целесообразно использовать окислительные смеси на базе диоксида углерода и кислорода или обогащенный кислородом воздух.

Были проведены лабораторные исследования по окислению сероводородсодержащего газа в условиях, близких к условиям подземного хранения, т.е. при давлениях 5 6 МПа и температуре 18-50^oC в стальной бомбе и бомбе со стенками, покрытыми солью натурального керна (Оренбургских солевых отложений) [4] При температуре 17-18^oC и давлении 6,0 МПа скорость окисления сероводорода в бомбе достигала 10-18 г/м³ ч. В условиях струи и в трубе, заполненной твердым пористым материалом, скорость окисления достигала 17 г/м³ ч (при концентрации H₂S 2% и концентрации O₂ 1,3 1,4%). При температуре 50^oC скорость окисления возрастает до 28 г/м³ ч.

Основная масса H₂S в условиях струи превращается в элементарную серу и не более 2 3% исходного H₂S превращается в SO₂. При более жесткой дозировке кислорода (в опытах концентрация кислорода превышала в 2,3 2,8 раз стехиометрию) концентрация SO₂ будет значительно снижена.

После предварительного окисления в условиях струи и возможного катализа газовая смесь поступает в подземное хранилище, где происходит доокисление остаточного H₂S и на частичках серы и других центрах конденсации происходит конденсация воды и углеводородов C₅. Хранилище работает как гравитационный сепаратор. Для удаления кислых газов через колонну 7 в хранилище проводится впрыск щелочных растворов.

В качестве щелочных растворов могут быть использованы отходы производства гидрата окиси натрия (NaOH) или отходы содовых производств.

Электролизная щелочь, содержащая значительные примеси NaCl, непригодная во многих производствах, в подземных хранилищах, организованных в солевых толщах, будет весьма эффективна.

Смесь соды с гашеной известью и щелочью, как и бикарбонат натрия и их нестандартные партии, могут быть использованы для нейтрализации кислых газов. Любые отходы производства щелочи, построенном на обменном разложении соды с гашеной известью по схеме:
Na₂CO₃+Ca(OH)₂_→ CaCO₃+2NaOH
могут быть использованы.

При наличии или экономической целесообразности колонна 4 может быть выполнена из материала, устойчивого в щелочных и кислых средах, и ее хвостовик будет опущен в нейтрализующий раствор (показано пунктиром на чертеже). Раствор в хранилище может быть закачан до подачи газа в хранилище. При таком техническом решении необходимость в колонне 7 отпадает.

Очистка газа в подземных резервуарах позволит эксплуатировать природные газы, содержащие кислые продукты, и проводить разделение и предварительную очистку конденсата, добываемого на завершающей стадии разработки термическими методами.

При термическом методе воздействия на газо-конденсаторный пласт на завершающей стадии возможен прорыв продуктов сгорания в эксплуатационные скважины. Вся газоконденсатная продукция такой скважины или ряда скважин направляется в подземный резервуар, где происходит процесс нейтрализации и разделения газа и конденсата, захоронения вредных примесей. После осаждения на дне резервуара сернистых и других соединений воды и механических примесей, чистый газ может быть использован для подачи потребителю, как и жидкие углеводороды, расслоившиеся с водным рассолом.

Объем единичной емкости должен быть 30-50 тыс. м³, строительство которой можно производить одновременно с началом осуществления термического метода. Время строительства 1,5-2 г.

При организации хранилища в пористом карбонатном коллекторе H₂S и SO₂ будут нейтрализованы самим коллектором при незначительном увеличении и только очистка от CO₂ потребует дополнительных расходов щелочных реагентов.

Приведенные данные подтверждают достижение технического результата при промышленном осуществлении предлагаемого технического решения, а именно:
достигается существенное упрощение и совершенствование технологии, позволяющее отказаться от металлоемких дорогостоящих наземных установок;
достигается экологическая безопасность безотходного производства;
снимаются проблемы коррозии дорогостоящего оборудования и магистральных трубопроводов;
потребители получают газ, минуя газоперерабатывающие заводы;
очистка газа в подземных хранилищах от кислых продуктов не имеет ограничений по концентрации кислых газов в исходной продукции;
позволяет снизить себестоимость товарной продукции и расширить диапазон промышленного применения природных газов, содержащих сероводород и диоксид углерода.

Использование: изобретение касается хранения и очистки газа и конденсата на промыслах. Сущность изобретения: способ эксплуатации подземного хранилища углеводородов включает закачку продукта через скважину, хранение продукта в хранилище и его отбор. Новым является то, что при закачке в скважине осуществляют очистку продукта от сероводорода путем его окисления. Для чего в продукт нагнетают кислородсодержащий газ, реакцию которого с продуктом осуществляют в колонне скважины в пористой среде и в объеме резервуара, а по завершении реакции для удаления кислых газов в резервуар хранилища нагнетают щелочной раствор. 1 ил.

Способ эксплуатации подземного хранилища углеводородов, включающий закачку продукта через скважину, хранение продукта в хранилище и его отбор, отличающийся тем, что при закачке в скважине осуществляют очистку продукта от сероводорода путем его окисления, для чего в продукт нагнетают кислородсодержащий газ, реакцию которого с продуктом осуществляют в колонне скважины в пористой среде и в объеме резервуара хранилища, а по завершении реакции для удаления кислых газов в резервуар хранилища подают щелочной раствор.