Установка для переработки безкислородных дымогарных газов двигателей генераторных энергоустановок на нефтяных месторождениях Российский патент 2022 года по МПК E21B41/00 E21B43/34 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к оборудованию для обустройства нефтяного месторождения, в частности к средствам обработки и последующего использования дымогарных газов двигателей генераторных энергоустановок, работающих на попутных газах месторождения.

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, включающее включает двигатель с выработкой продуктов сгорания углеводородного топлива и нагнетатель для подачи отработавших продуктов сгорания углеводородного топлива в нефтесодержащий пласт (патент РФ 2187632С1, опубликовано 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 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 установка для переработки бескислородных дымогарных газов двигателей генераторных энергоустановок на нефтяных месторождениях, работающих на попутных газах месторождения, содержит конденсационный теплообменник, компрессорную станцию, несущую конструкцию, упомянутый теплообменник предназначен для подключения к источнику бескислородных дымогарных газов и своим выходом соединен с упомянутой компрессорной станцией, упомянутая компрессорная станция выполнена с возможностью подачи сжатой химически нейтральной смеси, состоящей в основном из углекислоты и азота, для ее закачки в нефтяной пласт, упомянутая несущая конструкция предназначена для размещения упомянутых теплообменника и компрессора так, что установка выполнена в виде транспортируемого модуля.

Отличительной особенностью изобретения является создание установки по переработке и утилизации дымогарных газов в виде транспортируемого модуля, т.е. в виде одной транспортной единицы.

Перечень фигур чертежей

На Фиг.1 показана общая схема переработки дымогарных газов.

На Фиг.2 показан общий вид установки.

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 бескислородные 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 переработки показана на Фиг.1.

Нефтяной попутный газ поступает в систему подготовки топливного газа, где происходит предварительная очистка от соединений серы и других вредных выбросов.

Далее очищенный попутный газ поступает в теплоэлектростанцию (ТЭС), где в результате сгорания в газовом двигателе электрогенераторной установки 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 выхлопные газы поступают в установку для переработки бескислородных дымогарных газов двигателей генераторных энергоустановок на нефтяных месторождениях в соответствии с настоящим изобретением.

Устройство содержит конденсационный теплообменник 1, компрессорную станцию 2 и несущую конструкцию 3. Теплообменник 1 выполнен с возможностью подключения к источнику бескислородных дымогарных газов посредством газопровода 4 и своим выходом соединен через газопровод 5 с компрессорной станцией 2. Конденсационный теплообменник 1 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.

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 2 для дальнейшей закачки в нефтяной пласт.

Компрессорная станция 2 выполнена с возможностью подачи сжатой химически нейтральной смеси, состоящей в основном из углекислоты и азота, для ее закачки в нефтяной пласт посредством газопровода 6.

Несущая конструкция 3 предназначена для размещения упомянутых теплообменника 1 и компрессора 2 так, что образуется транспортируемый модуль, т.е. одна транспортная единица. Модуль может легко перевозиться с одного месторождения на другое и представляет собой унифицированный технологический блок. Несущая конструкция 3 может иметь различное исполнение. На Фиг.2 показан вариант исполнения несущей конструкции 3 в виде основания, предназначенного для установки и закрепления оборудования, с жестко закрепленными на нем стойками 7. Одни концы стоек 7 жестко соединены с основанием 3, 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.

Модуль может 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 3 и стойки 7 могут быть изготовлены из металлического проката прямоугольного профиля.

Модуль может 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: NOх, CО и несгоревших углеводородов, отправив их вместе с выхлопом обратно в пласт.

В таком случае, предварительно необходимо только удалить воду в конденсационном теплообменнике 1.

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. Установка содержит конденсационный теплообменник 1, компрессорную станцию 2, несущую конструкцию 3. Теплообменник 1 предназначен для подключения к источнику бескислородных дымогарных газов и своим выходом соединен с упомянутой компрессорной станцией. Компрессорная станция 2 выполнена с возможностью подачи сжатой химически нейтральной смеси в нефтяной пласт. Несущая конструкция 3 предназначена для размещения теплообменника и компрессора так, что установка выполнена в виде транспортируемого модуля. При реализации изобретения обеспечивается улучшение экологической обстановки. 2 ил.

Установка для переработки бескислородных дымогарных газов двигателей генераторных энергоустановок на нефтяных месторождениях, работающих на попутных газах месторождения, содержащая конденсационный теплообменник, компрессорную станцию, несущую конструкцию, упомянутый теплообменник предназначен для подключения к источнику бескислородных дымогарных газов и своим выходом соединен с упомянутой компрессорной станцией, упомянутая компрессорная станция выполнена с возможностью подачи сжатой химически нейтральной смеси, состоящей в основном из углекислоты и азота, для ее закачки в нефтяной пласт, упомянутая несущая конструкция предназначена для размещения упомянутых теплообменника и компрессора так, что установка выполнена в виде транспортируемого модуля.