СИСТЕМА ПРИЕМА И СЖИГАНИЯ ФАКЕЛЬНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2000 года по МПК F17D1/08 

Изобретение относится к системам сбора, подготовки нефти, газа и воды в нефтедобывающей промышленности.

Известно, что системы нефтегазосбора состоят из таких объектов, как нефтегазосборные сети, сепарационные установки нефти (в несколько ступеней), подготовка нефти (обезвоживание, обессоливание и стабилизация), компрессорные станции, установки для очистки, осушки и отбензинивания газов, газофракционирующие установки углеводородного конденсата, объекты хранения нефти и нефтепродуктов, факельные системы и другие. Известно также и то, что при эксплуатации указанных объектов, в результате нарушения технологических режимов, неисправности части арматуры и возникновения ряда аварийных ситуаций, при сборе и транспорте сбрасывается определенная часть легких и наиболее ценных углеводородов, поступающая в факельные системы, не предусматривающие возможности их подготовки и утилизации. В результате этого огромное количество ценнейших углеводородных фракций безвозвратно сжигается, или сбрасывается в атмосферу.

Такая расточительная и бесхозяйственная практика "использования" углеводородного сырья не может считаться рациональной. Поэтому одними из основных и актуальных задач указанных видов производств оказываются задачи по сокращению потерь сбрасываемых газов, их приема, подготовки и утилизации (использования).

Основная доля потерь нефтяных газов, сжигаемых в настоящее время в факельных системах приходится:
- на газы первых ступеней сепарации нефти, сбрасываемых от предохранительных клапанов аппаратуры по сепарации нефти, а также газы, сбрасываемые в аварийных ситуациях и газопроводных системах (свищи, трещины, порывы, закупорки кристаллогидратами и др.);
- газы от дыхательных клапанов резервуарных парков и предохранительных клапанов, устанавливаемых на различной технологической аппаратуре объектов подготовки нефти и переработки газов (сепараторы, промежуточные емкости, отстойники, электродегидраторы, колонны различного назначения и др.);
- газы концевых ступеней сепарации нефти в случаях, когда не предусмотрены (или не закончены строительством) объекты по их приему и переработке (компрессорные станции и др.).

В состав каждого нефтепромыслового технологического комплекса, как и самостоятельного объекта, входящего в его состав, обеспечивающего сбор, транспорт, подготовку нефти, переработку газа, вводятся факельные системы.

В то же время, любая нефтедобывающая система сбора состоит из:
- выкидных и сборных коллекторов с распределительными манифольдами, замерными установками, узлами запуска и приема скребков;
- дожимных насосных установок, в зависимости от времени разработки месторождения и конкретных условий, включающих в свои составы:
а) объекты сепарации 1-й ступени с различными уровнями давлений;
б) объекты 1-й ступени сепарации нефти с предварительным сбросом воды, с ДНС и подготовкой газа для его передачи на газлифт;
в) то же, с подготовкой воды, обеспечивающей использование ее для целей поддержания пластового давления (ППД);
г) то же, с компрессорной станцией, подготовкой газа для передачи его на переработку и потребление (осушка, очистка, частичный отбор тяжелых углеводородов или более полный отбор на потоках газа для целей газлифта), уравнительные устройства.

- ЦПС, с концевыми сепарационными установками, различных уровней давления, в зависимости от характеристики нефти и схемы газа, с насосными установками, объектами обезвоживания, обессоливания, стабилизации нефти, подготовкой пластовых вод, насосными и компрессорными станциями для передачи товарной нефти в системы магистральных трубопроводов и газа на ГПЗ, магистральные газопроводы, продуктопроводы и др.

В свою очередь, каждый из указанных объектов может иметь множество технологических решений, зависящих от физико-химических свойств и особенностей добываемой продукции, от используемых приемов и средств и является источником образования потоков сбрасываемого газа через систему предохранительных и регулирующих клапанов, объединяемых в единую для объекта (или комплекса) факельную систему.

С начала разработки нефтяных месторождений и до окончания строительства всего комплекса объектов, образующиеся (с падением давления до уровня ниже давления насыщения) нефтяные газы сжигаются на факелах, исключающих возможность их (или части их) полезного использования. Таким образом, все эти факельные системы оказываются практической неизбежностью каждого из указанных выше объектов и представляют собой источники образования огромных потерь ценнейших углеводородных ресурсов и, кроме того, экологическую опасность для окружающей среды, особенно, если в сжигаемых газах содержатся вредные компоненты (сероводород, углекислота и др.).

Наличие сероводорода и двуокиси углерода, особенно в присутствии влаги, вызывает активизацию явлений коррозии в трубных системах, а при сжигании на факелах образует не менее вредные смеси, пагубно влияющие на окружающую среду. Так, при сжигании сероводорода образуется двуокись серы (SO₂), обладающая едким запахом и оказывающая раздражающее и отравляющее действие на человека и окружающую среду.

В связи с этим, даже при сбросе газов, содержащих сероводород, на факел в ряде случаев очевидна целесообразность их предварительной очистки (даже только в угоду защиты окружающего животного и растительного мира). Практика показала, что для каждого из нефтедобывающих объектов факельные системы могут отличаться как составами поступающих на них газов, так и своим назначением. Однако, общей для всех факельных систем и, пожалуй, наиболее характерной особенностью, которую следует учитывать при решении технологической схемы объектов, составляющих систему, является неравномерность поступающих газов (качественную и количественную). Избежать наличия этого фактора практически невозможно. С учетом изложенного, единой (по своей технической сущности и составу объектов) системы аварийных и факельных устройств по сбору сбрасываемых (в аварийных ситуациях) газов, практически не может быть. Как правило, эти системы разрабатываются в различных вариантах, при этом каждый из вариантов факельной системы должен учитывать все условия и особенности сброса газов в систему (их периодичность, изменяемость состава газов) и предусматривать возможность сбора, подготовки газов для последующей их утилизации и, конечно же, сжигания их, как вынужденного обстоятельства.

На сегодня сброс с предохранительных клапанов, разгрузочных манифольдов, как и сброс газов в аварийных ситуациях (как например, аварии в газосборных системах) означает в основном их полное сжигание на факелах ("Правила устройства и безопасной эксплуатации факельных систем", стр. 12. Москва. Госгортехнадзор России, 1992 г.). Кроме того, известны факельные системы, состоящие из факельной колонны, факельного сепаратора с дренажным насосом, факельной ямы, гидрозатвора, огнепреградителей, пилотной системы зажигания, факельной головки, емкости для пропана, необходимых инженерных коммуникаций для работы факельной системы (вода, топл. газ, электроэнергия и др.).

Недостатком существующих промысловых факельных систем является очевидность сжигания ценнейших углеводородных газов в огромных объемах, практически не учитывающая возможность возвращения хотя бы части углеводородных фракций на их использование (как в газообразном, так и в жидком виде), нанося при этом большой ущерб экономике промыслового хозяйства и экологии окружающей среды. В то же время известно, что имеющиеся средства технологии по улавливанию и утилизации поступающих на факел газов технически относительно не сложны и экономически выгодны, так как строительство комплексных факельных систем, предусматривающих прием, подготовку газообразных и жидких потоков попутно с последующим использованием их и образующихся попутно продуктов, окупается в короткие сроки.

Целью изобретения является создание комплексных факельных систем, обеспечивающих не только сжигание газовых, углеводородных потоков, но и улавливание наиболее ценной их части за счет физического преобразования, очистки, компримирования, охлаждения, сконденсировавшихся и газообразных углеводородных потоков и возвращение их в производство. Таким образом основной целью предлагаемой факельной системы является сокращение потерь ценных углеводородных газов, сжигаемых на факелах (доведение до минимума величины их потерь). За счет улавливания, подготовки и передачи на повторную переработку и использование на местные нужды с подготовкой (стабилизацией) образующихся и улавливаемых жидких фракций, в целом повышающих эффективность нефтепромыслового производства при улучшении экологической обстановки районов нефтедобычи.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается комплексная факельная система, минимизирующая сжигание сбрасываемых углеводородных газов, содержащая кроме традиционных элементов, газгольдер, компрессоры, холодильник скомпенсированных газов, сепараторы, приемную емкость конденсата, узел по очистке газа от кислых компонентов, узел по отбору части тяжелых углеводородов и комплекс аппаратов по стабилизации образовавшегося конденсата ( если это подтверждается результатами экономической проработки), включающий теплоообменники, колонну, конденсатор-холодильник верхнего продукта, емкость рефлюкса, насосную группу, рибойлер для поддержания температуры низа колонны.

Установлено, что, как указывалось выше, количество и качество сбрасываемых газов, в зависимости от назначения промыслового объекта и процессов, происходящих в нем, в значительной степени колеблется во времени. При этом в летнее время с уменьшением их объема характеризуются более высоким содержанием тяжелых компонентов. Такая закономерность не характерна для факельных установок первых ступеней сепарации нефти, в системах нефтегазосбора, на которых в отдельных случаях с выходом ряда участков газосборных систем имеет место сброс практически всех газов 1-й ступени сепарации нефти. В отличие от промысловых факельных систем (операционные установки 1-й ступени) на факельные системы центральных пунктов сбора нефти, на которых сконцентрированы объекты по подготовке нефти и газа (концевые ступени сепарации, обезвоживание, обессоливание, стабилизация и хранение нефти, очистка, осушка, компримирование и частичное отбензинивание газов и др.), сбрасываются газы, богатые более тяжелыми углеводородами от указанных объектов. В связи в этим принципиальные схемы факельных систем в определенной мере могут отличаться.

Предлагаемая схема факельного комплекса представлена в полном объеме процессов, обеспечивающих достижение поставленной цели (в каждом конкретном случае после изучения технологических особенностей промысловых объектов предлагаемая схема может быть подвергнута корректировке).

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемой системы приема и подготовки факельных газов, обеспечивающая возможность использования большей части углеводородного сырья, сбрасываемого на факел 1 (факельную колонну) через огнепреградители 2.

Поступающие в факельную систему сбросные газы проходят факельный сепаратор 3, замерное устройство, компрессоры 5 блока компримирования, холодильники 7, при этом избыточное количество их направляется в газгольдерные емкости 4 (газгольдер). Компрессоры, работающие параллельно с приводом от электродвигателей 6 (с регулируемым числом оборотов), функционируют в соответствии с уровнем в газгольдерах. При выборе типов компрессорного оборудования рекомендуется принимать центробежные, еще надежнее винтовые (которые снабжены внутренними устройствами по впрыскиванию охлаждающих агентов) компрессоры, воспринимающие количественные качественные колебания поступающих газов.

Скомпримированные газы с давлением 7 - 8 кг/см² охлаждаются в холодильниках 7 и проходят сепараторы 8, в которых отделяется образовавшийся углеводородный конденсат, отводимый в специальную емкость 10. Далее газы от сепараторов проходят блоки по очистке от вредных компонентов (или осушке) 9, отделению (извлечению) тяжелых углеводородов 11 и выдаются на потребление. Учитывая значительные колебания по составу и количеству сбрасываемых в промысловых условиях газов, очистку (фиг. 2), осушку и отделение (извлечение) тяжелых углеводородных фракций (фиг. 3) предпочтительно производить твердыми сорбентами.

Образовавшийся конденсат из емкости 10 насосами 12 подается на стабилизацию через теплоообменники 13 в колонну 15, верхним продуктом которой являются сжиженные газы (C₃, C₄), отводимые из колонны через систему охлаждения и конденсации паров. Часть образующегося конденсата насосами 18 возвращается в колонну в качестве орошения, а оставшаяся часть в виде товарного продукта направляется в емкость сжиженных газов центральных промысловых сооружений, а затем на использование или продажу. С нижней части колонны через теплообменник 13 отводится как товарный продукт легкий бензин. Температура в нижней части колонны поддерживается рибойлером 14. Полученный легкий бензин может быть возвращен также и в товарную нефть, повышая ее бензиновый потенциал и в целом ее объем. В процессе приема и подготовки поступающих факельных газов количество их регулируется заполнением одного из двух газгольдеров. В случае, когда мощности компрессоров не справляются, избыточное количество газов сбрасывается на факел для сжигания. В случае, когда мощности компрессоров не справляются, избыточное количество газов сбрасывается на факел для сжигания.

Изобретение относится к системе сбора, подготовки нефти, газа и воды в нефтедобывающей промышленности. Предлагаемая факельная система дополнительно включает такие технологические элементы, как газгольдер, уравнивающий неравномерность поступающего углеводородного газового потока, блоки адсорбционной очистки или осушки, извлечения части тяжелых углеводородов и их стабилизации, блок компримирования утилизируемой части газов. Система обеспечивает улавливание, подготовку и передачу на использование образующегося углеводородного конденсата и за счет этого повышает эффективность нефтегазопромыслового хозяйства, улучшая экологическую обстановку районов нефтегазодобычи. 3 ил.

Факельная система для сжигания углеводородных газов, сбрасываемых с нефтепромысловых объектов, состоящая из факельной колонны, факельных сепараторов, дренажных насосов, факельной ямы, гидрозатвора, огнепреградителей, пилотной системы зажигания, факельной головки, емкости для пропана, инженерных коммуникаций для работы системы, отличающаяся тем, что дополнительно включает газгольдер, уравнивающий неравномерность поступающего углеводородного потока, блоки адсорбционной очистки или осушки, извлечения части тяжелых углеводородов и их стабилизации, блок компримирования утилизируемой части газов.