СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА Российский патент 2003 года по МПК B01D53/00 C10G5/00 

Предлагаемое изобретение относится к методам подготовки конденсата и природного углеводородного газа для его транспортировки и может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности.

Известно, что подготовка углеводородного газа, поступающего из скважины, нуждается в специальной обработке, которая существенно влияет на экономическую эффективность эксплуатации месторождения. Газ, подготовленный к транспортировке, не должен содержать жидкие фракции и влагу. Наличие воды в газе может привести к образованию гидратов в газопроводе, что может привести к закупорке газопровода и потребует сложных технических мероприятий для устранения гидратных пробок.

В настоящее время существуют различные способы подготовки углеводородного газа для его последующей транспортировки. Например, предложен метод, основанный на дросселировании с введением специального ингибитора, например метанола, на определенной стадии сепарации газа, для предотвращения образования гидратов с последующим отделением метанола от воды и повторное его введение в технологический процесс (см. "Способ подготовки природного газа" патент России 2124931, МПК B 01 D 53/00, 53/26. Ананенков А.Г., Салехов З.С. , Бурмистров А.Г., Якунов З.Г., 98111347125. Заявка 23.6.98. Опубл. 20.1.99, Бюл. 2). Основной сложностью данного технического решения является использование такого ядовитого ингибитора, как метанол, что очень осложняет использование этого способа подготовки газа. Известны также другие методы для транспортировки. Смотри, например, "Способ получения стабильного газового конденсата", патент России 207534, МПК В 01 D 53/00, 53/26, C 10 G 5/00. Николаев В. В. , Гараров Н.А., Черномырдин В.И., Латюк В.И., Климов В.Я., Ворошилов А. И. , Чкалова И. Б. , Левин С.Ю.; ТОО "ВолгоУралТехнология" 96104016/26. Заявл. 12.03.96. Опубл. 20.03.97. Бюл. 8.

В этом способе для получения стабильного газового конденсата используют две стадии дросселирования с повторным нагревом жидкой фракции до температуры +120^oС для подачи на ректификацию. Этот способ не использует ядовитых ингибиторов, но очень энергоемок и сложен, так как требует повторного нагрева для вторичной сепарации и еще стадию ректификации.

Предлагаемый способ более простой и менее энергоемкий и заключается в следующем. Природный газ из скважины подают в сепаратор, где снижают давление газа до 6-7 МПа, а температуру до (-30)-(-40)^oС.

Таким образом, дросселированием в сепараторе газоконденсатной смеси газ очищают от влаги и тяжелых углеводородных фракций и газовую фазу сразу же отводят, подавая в газотранспортную систему, причем исключают попадание составляющих осадка сепарации в газотранспортную систему. Нижнюю часть осадка на дне сепаратора, состоящую, главным образом, из гидратов и жидких тяжелых углеводородов, подвергают разжижению путем объемного нагрева переменным электромагнитным полем до 15^oС и направляют по другому отдельному трубопроводу для дальнейшей переработки. При этом мощность электромагнитного излучения регулируют с учетом количества осадка, подлежащего разжижению, для удаления из сепаратора в секунду и заданной температуры удаления смеси и степени разложения гидратов. Для оценки мощности переменного электромагнитного поля необходимо для объемного нагрева с целью разжижения осадка в сепараторе определим состав и электрические свойства осадка.

Образование гидратов в сепараторе будет происходить по мере выполнения условий по давлению и температуре, необходимой для существования гидратов. При этом вначале будут образовываться гидраты газов, у которых условия равновесного существования воды - сжиженный газ-гидрат соответствует более высокой температуре, так как константы химического равновесия для равновесных фаз воды - сжиженный газ-гидрат в современной литературе по гидратам отсутствуют, то для оценки содержания гидратов в осадке сепаратора можно воспользоваться методом, предложенным Д.Кацем (см. Ю.Ф. Макагон "Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование" М., "Недра", 1985, с.31). Для определения условий гидрообразования с использованием константы равновесия системы газ-вода-гидрат

где х_i - молярная для i-го компонента в гидрате;
у_i- молярная для i-го компонента в исходном газе
К_i - константа равновесия i-го компонента (см. приложение Ю.Ф. Макагон "Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование").

Молярная доля гидратов, посчитанная для газа состава в молярных долях СН₄= 0,9321; С₂H₆=0,0328; С₃Н₈=,0038, СO₂=0,0011 при Р=7 МПа согласно оценке ∑x_i = 1.
Известно, что физические свойства гидратов значительно отличаются от физических свойств исходных веществ, воды и газа. В частности, электрические свойства - диэлектрическая проницаемость и электропроводность.

Так диэлектрическая проницаемость приблизительно в два раза ниже диэлектрической проницаемости воды, а электропроводность превосходит электропроводность льда в 15 раз, а при наличии кислых газов, таких как H₂S или сорбированных ионов солей, обычно содержащихся в воде, имеющейся в залежи, проводимость гидратов только в 3-4 раза ниже электропроводности исходного раствора (см. приложение Ю.Ф. Макагон "Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование" М., "Недра", 1985, с.42-44).

Эти свойства гидратов позволяют использовать переменные электромагнитные поля для объемного нагрева содержимого на дне сепаратора, особенно в СВЧ-области, где при низких температурах гидраты некоторых газов имеют интенсивные всплески поглощения микроволнового излучения.

Диэлектрические потери в веществе обычно характеризуются углом δ диэлектрических потерь или
tgδ = 4πσ/ωε (2),
где σ - электрическая проводимость диэлектрика;
ω - круговая частота электромагнитного поля;
ε - диэлектрическая постоянная диэлектрика (см., например, А. Хиппель "Диэлектрики и волны" М., 1954).

С учетом вышеперечисленных свойств гидратов tgδ≈0,4-0,5. Присутствие гидратов с большим значением tgδ в осадке сепаратора будет способствовать интенсивному объемному нагреву его в переменном электромагнитном поле.

При дальнейшем воздействии электромагнитного поля на осадок начинается плавление льда и появляется вода, которая еще больше увеличивает эффективность поглощения энергии электромагнитного поля. Возможное термическое разложение гидратов также благотворно скажется на эффекте сепарации и удаления осадка.

При разогреве осадка уменьшается его вязкость, это способствует его удалению из сепаратора для дальнейшей транспортировки. К температуре разогрева предъявляются следующие условия, она должна быть такой, чтобы препятствовать превращению влаги, освободившейся при разложении части гидратов, в лед, и быть меньше равновесной температуры образования гидратов, которые не должны попадать в первую ступень сепарации, т.е. превышать равновесную температуру образования гидратов метана и быть меньше равновесной температуры тяжелых углеводородных фракций. При давлении 7 МПа такое условие обеспечивается при температуре в 15^oС. При достижении такой температуры подводимое тепло будет расходоваться на разложение гидратов метана и, регулируя подводящую мощность электромагнитного излучения, можно регулировать количество поступающего метана в виде гидратов во вторую ступень сепарации. Повышение давления на дне сепаратора является следствием частичного разложения гидрата метана, оказывает влияние на обрушение верхнего слоя осадка в сепараторе, под которым происходит его нагрев переменным электромагнитным полем. Процесс нагревания осадка в сепараторе и его объем на дне может регулироваться подводимой мощностью от электрического генератора.

Для определения мощности переменного электромагнитного поля необходимо определить общую массу осадка при сепарации и массу отдельных компонент - гидратов и жидких фракций.

Жидкая фракция может быть определена из анализа состава добываемого газа и его влажности, а оценку содержания гидратов можно определить, воспользовавшись расчетами из выражения (1). Дополнительно чтобы повысить эффективность нагрева, подвод энергии в нижнюю часть сепаратора производится так, что расплавление осадка происходит под верхним слоем осадка так, чтобы потери тепла происходили только за счет теплопроводности через верхний рыхлый слой осадка, основной составляющей которой является гидраты и лед с низким значением теплопроводности λ₁. Для осуществления такого режима нагрева генератор электромагнитного излучения включается и работает со специальным устройством, которое следит за заполнением нижней части сепаратора осадком и контролирует процесс по изменению рабочей частоты генератора, которая определяется выражением:

где Δf - изменение частоты в сепараторе в результате его заполнения;
f - частота генератора, поступающего в пустой сепаратор;
ΔW_c - изменение энергии в сепараторе, вызванное его заполнением осадка;
W₂ - энергия электромагнитного поля, записанная в пустом сепараторе.

Оценка изменения частоты в сепараторе сделана с помощью малых возмущений (cм., например, Е.С. Кухаркин "Инженерная электрофизика. Технологическая электродинамика" М., Высшая школа, 1982г.). С учетом вышеизложенного мощность генератора переменного электромагнитного поля определяется по формуле:

где Q - дебит газа в м³ за секунду;
ΔT - разность температур в ^oС, которая обеспечивается объемным нагревом;
- средняя теплоемкость осадка;
h_i - процентное содержание компонент осадка в 1м³ природного газа;
tgδ - тангенс диэлектрических потерь в осадке;
λ_T - коэффициент теплопроводности осадка в сепараторе;
S - площадь теплообмена;
l - толщина, изолирующая объем осадка от всего объема сепаратора.

Используется в газовой и нефтяной промышленности. Исходная газоконденсатная смесь подвергается дросселированию в первой ступени сепарации до температуры (-30)÷(-40)^oC и до давления 6÷7 МПа с отводом газовой фазы в газотранспортный трубопровод, а образовавшийся в результате дросселирования осадок, содержащий жидкие тяжелые углеводороды, гидраты газов и лед, подвергается объемному нагреву переменным электромагнитным излучением, при этом мощность электрогенератора регулируется с учетом количества жидкой фракции, подлежащей удалению из сепаратора в секунду, температуры, необходимой для снижения вязкости жидкой фазы, и степени разложения гидрата газа. Изобретение позволяет получить более простой и менее энергоемкий способ получения стабильного газового конденсата.

Способ получения стабильного газового конденсата, включающий дросселирование газоконденсатной смеси с отводом газовой фазы в газотранспортную систему, отличающийся тем, что дросселирование ведут в сепараторе до температуры (-30)^oC-(-40)^oС и до давления 6-7 МПа, удаляют фракцию, выпадающую при охлаждении на дно сепаратора для дальнейшей переработки по трубопроводу, причем исключают за счет охлаждения и образования гидратов попадание составляющих осадка сепарации в газотранспортную систему, нижнюю часть осадка подвергают объемному нагреву для его удаления до +15^oС переменным электромагнитным полем, мощность которого регулируют с учетом количества осадка, подлежащего разжижению, для удаления из сепаратора в секунду, заданной температуры удаления смеси и степени разложения гидратов.