Способ утилизации попутных нефтяных газов на месторождениях Российский патент 2022 года по МПК E21B41/00 E21B43/34 E21B43/40 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к средствам для обустройства нефтяного месторождения, в частности к средствам утилизации и последующего использования попутных нефтяных газов.

Уровень техники

Из уровня техники известно большое количество средств по переработке и утилизации дымогарных газов, получаемых после сжигания на месторождении попутного нефтяного газа.

Из уровня техники известно устройство утилизации попутных газов, включающее включает двигатель с выработкой продуктов сгорания углеводородного топлива и нагнетатель для подачи отработавших продуктов сгорания углеводородного топлива в нефтесодержащий пласт (патент РФ 2187632 С1, опубл. 20.08.2002). Данное известное средство не обладает мобильностью и неразрывно связано с конкретной скважиной месторождения. Кроме того, отработавшие продукты сгорания могут содержать свободный кислород, что негативно сказывается на нефтесодержащем пласте (пожароопасность, закисление нефтепродуктов).

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание мобильного модуля для утилизации бескислородных дымогарных газов, образующихся на месторождениях после сжигания попутного нефтяного газа.

Изобретение обеспечивает достижение следующих технических результатов: улучшение экологической обстановки на месторождениях за счет исключения сжигания на факелах и создания унифицированного транспортируемого модуля по переработке и утилизации дымогарных газов, повышение безопасности и предотвращения закисления нефтепродукта в пласте за счет закачки в скважину бескислородной газовой смеси.

Указанные технические результаты достигаются тем, что способ утилизации попутных нефтяных газов на месторождениях состоит в том, что соединяют в технологическую линию первый транспортируемый технологический модуль и второй транспортируемый технологический модуль, обеспечивают сжигание попутных нефтяных газов в электрогенераторной установке первого модуля с обогащенной или стехиометрической смесью, подают бескислородные дымогарные газы на конденсационный теплообменник второго технологического модуля для охлаждения газовой смеси до температуры ниже точки росы и отделения воды в виде жидкой фазы, далее полученную химически нейтральную смесь, состоящую в основном из углекислоты и азота, направляют в компрессорную станцию второго технологического модуля и далее закачивают упомянутую полученную химически нейтральную смесь в нефтяной пласт. Отличительной особенностью изобретения является создание линии по переработке попутных нефтяных газов в виде унифицированных транспортируемых модулей, каждый из которых представляет собой одну грузовую единицу.

Перечень фигур чертежей

На Фиг. 1 показана общая схема переработки дымогарных газов.

На Фиг. 2 показан общий вид комплекса.

Осуществление изобретения

С целью повышения нефтеотдачи пласта используется закачка под высоким давлением в нефтяной пласт различных жидких или газовых сред.

Для достижения двойного эффекта, заключающегося, как в повышении нефтеотдачи, так и в улучшении экологических показателей нефтедобычи, перспективным направлением является получение электрической и тепловой энергии в результате сжигания попутного нефтяного газа двигателях генераторных энергоустановок. При этом возникает задача нейтрализации получаемых дымогарных газов, а также воспрепятствования выбросов CO2 как основного парникового газа.

Одной из имеющихся сложностей является наличие в дымогарных газах свободного кислорода, который пожароопасен, а также приводит к закислению нефтепродуктов в пласте. Нейтрализация свободного кислорода в смесях для закачки в скважины требует применения специального оборудования и снижает эффективность добычи.

В настоящем изобретении предлагается обеспечивать безкислородные дымогарные газы, что достигается работой двигателей генераторных энергоустановок на стехиометрических и богатых топливных смесях сжигаемого нефтяного попутного газа. Диапазон коэффициента избытка воздуха, который и определяет степень обедненности/обогащенности топливной смеси для обогащенных смесей, которые имеются ввиду в данном изобретении, составляет от 0,75 (обогащенная смесь) до 1 (стехиометрическая смесь).

Общая схема способа переработки показана на Фиг. 1. Способ реализуется с помощью комплекса, показанного на Фиг. 2.

Комплекс для утилизации попутных нефтяных газов на месторождениях содержит соединенные в технологическую линию первый технологически модуль 1 и второй технологический модуль 2. Первый технологический модуль 1 содержит газовую электрогенераторную установку 3, работающую на попутных газах месторождения с обогащенной или стехиометрической смесью. Целесообразно обеспечить мощность электрогенераторной установки 1 МВт, поскольку из оборудования мощностью такого номинала удобно создавать комплексы любой мощности путем соединения необходимого количества типовых модулей.

Второй технологический модуль 2 содержит конденсационный теплообменник 4 и компрессорную станцию 5. Конденсационный теплообменник 4 обеспечивает охлаждение газовой смеси до температуры ниже точки росы и отделение воды в виде жидкой фазы, которая может использоваться на собственные нужды установки либо сбрасываться в дренаж.

Теплообменник 4 предназначен для подключения к выходу бескислородных дымогарных газов газовой электрогенераторной установки 3 (например, посредством газохода 6) и своим выходом 7 соединен с компрессорной станцией 5.

Компрессорная станция 5 выполнена с возможностью подачи сжатой химически нейтральной смеси, состоящей в основном из углекислоты и азота, для ее закачки в нефтяной пласт 8.

Каждый технологический модуль содержит несущую конструкцию 9 и 10, предназначенную для размещения оборудования так, что каждый модуль выполнен в виде одной грузовой единицы.

Способ осуществляется следующим образом.

Нефтяной попутный газ поступает из скважины в 11 газовую электрогенераторную установку 3 для сжигания, например, посредством газохода 13. Первый технологический модуль 1 может содержать систему 12 подготовки топливного газа, где происходит предварительная очистка от соединений серы и других вредных выбросов. В этом случае система 12 предварительной очистки соединяется со входом в электрогенераторную установку 3, например, посредство газохода 17.

Далее очищенный попутный газ поступает в теплоэлектростанцию (ТЭС), где в результате сгорания в газовом двигателе электрогенераторной установки 3 с обогащенной или стехиометрической топливной смесью производится выработка электроэнергии и тепла. Произведенные электроэнергия и тепло поступают на собственные нужды нефтедобывающего комплекса, а их остатки могут подаваться внешним потребителям. Ввиду работы газового двигателя на стехиометрической или обогащенной топливной смеси в выхлопных газах не содержится свободный кислород.

Далее бескислородные дымогарные газы поступают в технологический модуль 2 для переработки.

Затем обезвоженные выхлопные газы, состоящие в основном из азота N₂ и углекислого газа CO₂ с небольшим количеством примесей (аргон, гелий, водород и др.) подаются в компрессорную станцию 4 для дальнейшей закачки в нефтяной пласт 8.

Компрессорная станция 4 выполнена с возможностью подачи сжатой химически нейтральной смеси, состоящей в основном из углекислоты и азота, для ее закачки в нефтяной пласт посредством газопровода 14.

Несущие конструкции 9 и 10 предназначены для размещения соответствующего оборудования так, что образуются две транспортные единицы. Модули 1 и 2 могут легко перевозиться с одного месторождения на другое и представляют собой унифицированные технологические блок. Несущие конструкции 9 и 10 могут иметь различное исполнение. На Фиг. 2 показан вариант исполнения несущих конструкций 9 и 10 в виде основания, предназначенного для установки и закрепления оборудования, с жестко закрепленными на нем стойками 15 и 16, соответственно. Одни концы стоек 15 и 16 жестко соединены с соответствующим основанием, а другие концы жестко соединены между собой так, что технологический модуль образует одну грузовую единицу. Таким образом получается жесткий несущий каркас, который можно легко транспортировать. Под транспортной единицей понимается конструкция, которая может быть перемещена в пространстве одной такелажной операцией.

Модули 1 и 2 могут содержать панели, закрывающие боковые и верхнюю стороны, при этом боковая панель может содержать средства для доступа персонала внутрь модуля. Такое средство может быть выполнено в виде двери или иного проема.

Основание и стойки несущих конструкций 9 и 10 могут быть изготовлены из металлического проката прямоугольного профиля.

Модули могут содержать средства для взаимодействия с подъемно-транспортными машинами, например, такелажные элементы или основание подобное палетам.

Поскольку выхлоп не содержит пожароопасного кислорода, а содержит практически нейтральные к нефтепродуктам компоненты (азот, углекислый газ и ряд небольших примесей - аргон, водород и др.), то можно обойтись без какой-либо специальной сепарации газов из выхлопа и, сжав эту газовую смесь в компрессоре, закачать в пласт.

Таким образом, кроме эффекта удаления CO₂ как парникового газа, также можно избежать очистки выхлопа от вредных для человека примесей: NOx, CO и несгоревших углеводородов, отправив их вместе с выхлопом обратно в пласт.

В таком случае, предварительно необходимо только удалить воду в конденсационном теплообменнике 4.

Отличительной особенностью установки является его исполнение в виде одной транспортной единицы технологического модуля, что обеспечивает получения ряда полезных эффектов:

- производство смеси нейтральных газов (N₂, CO₂ и др.) для закачки в нефтяные пласты для увеличения нефтеотдачи;

- получения платы за снижение выбросов СО₂ при его закачке в пласт в плане борьбы с парниковым эффектом посредством реализации углеродных единиц на соответствующих рынках;

- производство электроэнергии и тепла;

- нет необходимости в очистке выхлопа от вредных примесей - окислов азота NOx, СО и несгоревших углеводородов, ввиду их закачки в нефтяной пласт.

Изобретение относится к оборудованию для обустройства нефтяного месторождения. Техническим результатом является улучшение экологической обстановки за счет исключения сжигания на факелах и создания унифицированного транспортируемого модуля по переработке и утилизации дымогарных газов, а также повышение безопасности и предотвращения закисления нефтепродукта в пласте за счет закачки в скважину бескислородной газовой смеси. Предложен способ утилизации попутных нефтяных газов, в котором соединяют в технологическую линию первый и второй транспортируемые технологические модули и обеспечивают сжигание попутных нефтяных газов в электрогенераторной установке первого модуля с обогащенной или стехиометрической смесью. Далее подают бескислородные дымогарные газы на конденсационный теплообменник второго технологического модуля для охлаждения газовой смеси до температуры ниже точки росы и отделения воды в виде жидкой фазы. Затем полученную химически нейтральную смесь, состоящую в основном из углекислоты и азота, направляют в компрессорную станцию второго технологического модуля и далее закачивают упомянутую полученную химически нейтральную смесь в нефтяной пласт. 2 ил.

Способ утилизации попутных нефтяных газов на месторождениях, состоящий в том, что соединяют в технологическую линию первый транспортируемый технологический модуль и второй транспортируемый технологический модуль, обеспечивают сжигание попутных нефтяных газов в электрогенераторной установке первого модуля с обогащенной или стехиометрической смесью, подают бескислородные дымогарные газы на конденсационный теплообменник второго технологического модуля для охлаждения газовой смеси до температуры ниже точки росы и отделения воды в виде жидкой фазы, далее полученную химически нейтральную смесь, состоящую в основном из углекислоты и азота, направляют в компрессорную станцию второго технологического модуля и далее закачивают упомянутую полученную химически нейтральную смесь в нефтяной пласт.