Способ определения избыточной доли легкой фракции нефти, образующейся при транспортировке и подготовке нефтегазоводяной смеси на установках подготовки и перекачки нефти Российский патент 2024 года по МПК G01N33/22 G06F30/20 F17D1/08 

Область техники

Изобретение относится к нефтегазоперерабатывающей промышленности, а именно к способу транспортировки и подготовки нефтегазоводяной смеси (НГВС) на установках подготовки и перекачки нефти (УППН).

Уровень техники

В патентной литературе (пат. РФ №2654691, МПК B01D 17/04, C10G 33/00, опуб. 22.05.2018 г.) предложено два варианта установки и технологии подготовки высоковязкой нефти к транспорту, первый вариант предусматривает транспорт нефти в виде жидкости, второй - в виде нефтегазовой смеси. Техническим результатом является повышение качества подготовки нефти и снижение энергозатрат на перекачку за счет снижения вязкости нефти путем оснащения установки блоком термической доподготовки, соединенным с линией подачи продукции скважин линией подачи легкой фракции.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей трехфазный сепаратор с линией подачи продукции скважин, сырьевой насос, блоки насосов внешнего транспорта и подготовки воды, особенностью является то, что после сырьевого насоса размещены по меньшей мере один электродегидратор и блок термической доподготовки нефти, соединенный линией подачи циркулирующей легкой фракции с линией подачи продукции скважин.

Второй вариант отличается тем, что в качестве блока насосов внешнего транспорта установлена мультифазная насосная станция, соединенная с линией вывода газа из трехфазного сепаратора.

Блок термической доподготовки нефти может состоять, например, из рекуперативного теплообменника, блоков сепарации и стабилизации, фракционирования и термолиза, а также печи. Мультифазная насосная станция может включать буферную емкость, мультифазные насосы и узлы учета товарной нефти и газа. Остальные элементы установки могут быть выполнены в виде любых устройств соответствующего назначения, известных из уровня техники.

Размещение после сырьевого насоса электродегидраторов и блока термической доподготовки нефти позволяет снизить вязкость нефти путем термического превращения высокомолекулярных парафинов тяжелых фракций нефти в легкие углеводородные фракции, что снижает энергозатраты на перекачку нефти. Соединение линии вывода циркулирующей легкой фракции из блока термической доподготовки нефти с линией подачи продукции скважин позволяет снизить вязкость нефти при сепарации и электрообезвоживании путем смешения с маловязкой легкой фракцией, за счет чего повысить качество подготовки нефти. Циркулирующая легкая фракция может подаваться как в жидком, так и в парообразном виде.

Недостатками выше описанного прототипа является использование замкнутой системы линий подачи ЛФН, не позволяющей разделить ЛФН на два потока и определять избыточную долю ЛФН с получением дополнительного продукта в технологическом процессе.

Задачей создания изобретения является разработка способа определения избыточной доли легкой фракции нефти (ЛФН), образующейся при транспортировке и подготовке нефтегазоводяной смеси (НГВС) на установках подготовки и перекачки нефти (УППН) свободного от недостатков прототипа и снижение энергетических и материальных затрат, снижение эмиссии в окружающую среду.

Сущность изобретения

Поставленная задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения, таких как способ извлечения избыточной доли легкой фракции нефти (ЛФН), образующейся при транспортировке и подготовке нефтегазоводяной смеси на установках подготовки и перекачки нефти – объектах, включающих процессы массообмена, теплообмена, сепарации попутного нефтяного газа и компримирование, характеризуется тем, что:

- образующуюся в процессе сбора, транспортировки и подготовки легкую фракцию нефти смешивают с нефтью при давлении насыщенных паров не более 66.7 кПа,

- а при образовании избытка ЛФН, приводящего к давлению насыщенных паров более 66.7 кПа, выводят ЛФН из технологического процесса,

- причем для определения количества ЛФН, выводимого из технологического процесса осуществляют компьютерное моделирование массообменных процессов контактного разгазирования и фракционирования многокомпонентных смесей с учетом составов сырья, фактических загрузок и технологических параметров подготовки нефти и низконапорных газов,

- используя уравнение состояния - PengRobinson, оптимизированного для взаимодействия полярных и неполярных компонентов,

- определяют исходные данные компонентов,

- формируют баланс ЛФН в общем составе нефтегазоводяной смеси,

- вычисляют избыточную долю ЛФН, то есть, долю, которую необходимо выводить из системы транспорта и подготовки нефти, с использованием уравнения:

М_НВ=М_ЛФН×К_Т, где:

• М_НВ - количество ЛФН, которое необходимо выводить из технологии;

• М_ЛФН - масса ЛФН выделившегося в ходе процесса подготовки НГВС (нефтегазоводяной смеси);

• К_Т - коэффициент технологичности объекта, показывающий какое количество ЛФН целесообразно оставить в технологическом процессе без ухудшений качества сдаваемой нефти; К_Т рассчитывают с помощью компьютерного исследования массообменных процессов контактного разгазирования и фракционирования многокомпонентных смесей с учетом составов сырья, фактических загрузок и технологических параметров подготовки нефти и низконапорных газов, который изменяется от 0 до 1, причем, К_Т рассчитывают методом итераций начиная со 100% количества ЛФН, оставляемой в процессе с последующим расчетным выведением ЛФН с интервалом 10% до получения стабильного процесса подготовки нефти;

- затем технологию замкнутой подачи ЛФН в систему подготовки нефти заменяют технологией разделения потоков ЛФН:

- первый возвращают в систему подготовки - начало процесса подготовки нефти,

- избыточную долю извлекают и направляют на переработку в качестве сырья для нефтехимической промышленности.

Выше перечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - определение избыточной доли легкой фракции нефти (ЛФН) как дополнительного продукта, образующейся при транспортировке и подготовке нефтегазоводяной смеси (НГВС) на установках подготовки и перекачки нефти (УППН), а также снижение энергетических, материальных затрат, обеспечение стабилизации работы динамического оборудования на УППН и ПКС, снижение эмиссии в окружающую среду.

Изобретение иллюстрируется ниже приведенным примером, таблицами, блок - схемой технологических объектов, расчетными схемами процесса подготовки нефти

На Фиг. 1 - Блок-схема комплекса технологических объектов, обозначено:

1 - ДНС - дожимная насосная станция;

2 - ЦДНГ - цех добычи нефти и газа;

3 - ППКС - площадка промысловая компрессорной станции;

4 - ПКС - промысловая компрессорная станция;

5 - ПСП - приемно-сдаточный пункт;

6 - УППН - установка подготовки и перекачки нефти;

7 - КСУ - концевая сепарационная установка;

8 - ПОСТ - поставка нефти от поставщика

Осуществление изобретения.

Пример.

На Фиг. 1. представлена блок-схема комплекса технологических объектов, которая составлена на базе технологических регламентов эксплуатации ЦППН, ПСП и ПКС т.е. объектах включающих процессы массообмена, теплообмена, сепарации попутного нефтяного газа и компримирование.

Скважинный флюид собирается с кустовых площадок и проходит предварительную подготовку в технологических установках ЦДНГ и/или на ДНС-0412. Обработка флюида на ЦДРГ заключается в отводе газа сепарации и свободной воды, подогреве и насосном транспорте выделенной нефтесодержащей жидкости по трубопроводу до ДНС и/или на УППН. Нефтесодержащая жидкость поступает на УППН, где проходит дополнительную сепарацию от газа и глубокое обезвоживание. Выделившийся газ поступает на промысловую компрессорную станцию, куда так же поступают газы с промыслов. Нефть из УППН подается на пункт сдачи нефти, в составе которого предусмотрено оборудование для стабилизации нефти (концевые сепарационные установки КСУ). Выделившиеся на УППН газы поступают в ПКС «Каменный лог». При компримировании газов КСУ и газов поступающих с прочих объектов промысловой подготовки нефти, образуется конденсат (компрессат, СЛУМ, легкая фракция нефти), которая в соответствии с текущей технологической схемой возвращается в КСУ-6,7,8.

Технологические ограничения объекта

Производительность компрессора в составе ПСП по откачке газа КСУ на ПКС: 3680. 7680 м³/час. Насосы для откачки фракций легкой нефти: 4 ЦТ 50/50 -11-1 (4). Подача 50 м3/час при напоре 50 м. Синхронная частота вращения ротора привода 3000 об/мин. Мощность привода 11 кВт. Требуемый кавитационный запас насоса не менее 5 м. Емкость Е-6 объемом 25 м3.

Образующуюся в процессе сбора, транспортировки и подготовки легкую фракцию нефти смешивают с нефтью при давлении насыщенных паров не более 66.7кПа, а при образовании избытка ЛФН, приводящего к давлению насыщенных паров более 66.7 кПа, выводят ЛФН из технологического процесса.

Для определения количества ЛФН, выводимого из технологического процесса осуществляют компьютерное моделирование массообменных процессов контактного разгазирования и фракционирования многокомпонентных смесей с учетом составов сырья, фактических загрузок и технологических параметров подготовки нефти и низконапорных газов,

Используя уравнение состояния - PengRobinson, оптимизированного для взаимодействия полярных(Н₂О) и неполярных (углеводороды) компонентов, определяют исходные данные компонентов.

Основы для построения модели

Сырая нефть представлена 2-мя потоками нефтей, наиболее отличающихся друг от друга по качеству нефти и газа: нефтью пласта C1bb (Бб) Палашерского купола и нефтью пласта C2b (Бш).

Все расчеты УППН и ПКС выполнены на базе флюида из купола C2b (Бш), в том числе нефть и газ стандартной сепарации. Используя уравнение состояния - PengRobinson, оптимизированного для взаимодействия полярных(Н₂О) и неполярных (углеводороды) компонентов, определяют исходные данные компонентов.

Уравнение состояния - PengRobinson оптимизированное для учета взаимодействия полярных (H2O)и неполярных (углеводороды) компонентов «Cubic-Plus-Association».

В таблице ниже представлены основные исходные данные о нефти.

По объекту подготовки и транспортировки нефти (Фиг. 1) количество ЛФН рассчитывают на основе материального баланса с использованием уравнения (1):

где:

• М_ЛФН - масса ЛФН выделившегося в ходе процесса подготовки НГВС (измеряется в тоннах);

• М_НГВС - масса НГВС (измеряется в тоннах);

• М_Н - масса нефти, сданная в систему транспорта после подготовки на объекте (измеряется в тоннах);

• М_Г - масса газа, сданная в систему транспорта после подготовки на объекте (измеряется в тоннах);

• М_В - масса воды, выделившаяся из НГВС при подготовке (измеряется в тоннах).

Для сглаживания суточных и сезонных колебаний состава и количества поступающей на объект нефтегазоводяной смеси, количество ЛФН берут за период, равный одному году.

Ниже представлена расчетная схема подготовки нефти, выделения и перекачивания газа с основными параметрами ключевых потоков. Подробные сведения о расчетных значениях параметров и свойств потоков схемы представлены в том же архиве.

Формируют баланс ЛФН в общем составе нефтегазоводяной смеси, вычисляют полезную и избыточную доли ЛФН.

Данная схема (Фиг. 2) и модель позволяют оценить расчетное количество образующихся целевых и побочных продуктов на комплексе УППН-ПКС. Сводный материальный баланс данного расчета представлен ниже.

Расход сырья для модели подобран таким образом, чтобы количество товарной нефти соответствовало 3 миллионам тонн товарной нефти в год, что соответствует планом по отгрузке товарной нефти с УППН.

Весь конденсат, образующийся при подготовке и перекачивании газа, возвращается в КСУ. Сброс газа на факел (поток 54) в количестве 5 тысяч тонн в год обусловлен невозможностью подать в ПКС на всас компрессоров К-4,5,6 более 7650 м³/час (при 20°С и 101,325) кПа. Для оценки возможности не сжигания данного газа выполнен расчет варианта, когда весь образующийся конденсат (фракции легкой нефти) выводится из процесса в качестве побочного продукта.

Количество избыточной доли ЛФН, которое необходимо выводить из системы транспорта и подготовки нефти осуществляют с использованием уравнения (2):

М_НВ=М_ЛФН*К_Т, где:

• М_НВ - количество ЛФН, которое необходимо выводить из технологии (измеряется в тоннах);

• М_ЛФН - масса ЛФН выделившегося в ходе процесса подготовки НГВС (измеряется в тоннах);

• К_Т - коэффициент технологичности объекта, показывающий какое количество ЛФН целесообразно оставить в технологическом процессе без ухудшений качества сдаваемой нефти.

К_Т - рассчитывают с помощью компьютерного исследования массообменных процессов контактного разгазирования и фракционирования многокомпонентных смесей с учетом составов сырья, фактических загрузок и технологических параметров подготовки нефти и низконапорных газов, который изменяется от 0 до 1 (Среднестатистическое значение = 0,03),

К_Т - рассчитывают, например методом итераций начиная со 100% количества ЛФН, оставляемой в процессе с последующим расчетным выведением ЛФН с интервалом 10% до получения стабильного процесса подготовки нефти.

Ниже представлена расчетная схема (Фиг. 3) для режима работы, с выводом из процесса ЛФН.

Данная схема и модель позволяют оценить расчетное количество образующихся целевых и побочных продуктов на комплексе УППН-ПКС. Сводный материальный баланс данного расчета представлен ниже.

Ключевые статьи материальных балансов этих 2-х режимов сведены в единую сводную таблицу 4 для удобства анализа и принятия решений.

Существенный признак технического решения: технологию замкнутой подачи ЛФН в системе подготовки нефти заменяют технологией разделения потоков ЛФН: первый возвращают в систему подготовки - «голову» процесса, а избыточную долю извлекают и направляют на переработку в качестве сырья для нефтехимической промышленности (Фиг. 1).

Промышленная применимость.

Согласно изобретению: 1. ЛФН в количестве до 3350 кг/час из технологического процесса позволяет исключить сжигание на факеле до 628 кг/час углеводородов.

2. Исходя из сведений о свойствах и составе ЛФН можно сделать заключение о том, что вывод данного потока из технологического процесса УПН способствует стабилизации работы динамического оборудования на УПН и ПКС:

a. Газодувка будет работать без перегрузки по давлению на входе,

b. Маслозаполненные компрессоры К-4,5,6 будут работать с более сухим газом, что снизит унос масла,

c. Насосы откачки ЛФН не оптимальны для работы с жидкостями, ДНП которых при условиях всасывании близко к давлению системы, т.е. не соблюдается условие NPSHa>NPSHr+1.5M.

а. В случае подачи потока в резервуары с товарной нефтью возможно нарушение ее качества за счет возрастания давления насыщенных паров, концентрации воды и меркаптанов,

b. В случае подачи в процесс стабилизации (в КСУ) ожидается возрастание объемов паров из КСУ и жидкости во входном сепараторе ПКС, т.к данные углеводороды будут испаряться в сепараторах подготовки нефти и в КСУ. Вода также не желательна в сырье и продукции КСУ, т.к. основное обезвоживание должно осуществляться до КСУ.

Предлагаемая технология найдет применение для количественной оценки выхода ЛФН на объектах подготовки и транспортировки нефти в зависимости от компонентного состава входящего сырья, технологического регламента работы объекта и внешних условий, в т.ч. температуры и давления. Кроме того, при этом устанавливается нормативное количество ЛФН, которое необходимо выводить из системы транспорта и подготовки нефти с целью снижения энергетических и материальных затрат, а также снижения эмиссий в окружающую среду.

Изобретение относится к нефтегазоперерабатывающей промышленности. Раскрывается способ извлечения избыточной доли легкой фракции нефти (ЛФН), образующейся при транспортировке и подготовке нефтегазоводяной смеси на установках подготовки и перекачки нефти. Для осуществления способа образующуюся в процессе сбора, транспортировки и подготовки легкую фракцию нефти смешивают с нефтью при давлении насыщенных паров не более 66.7 кПа, а при образовании избытка ЛФН, приводящего к давлению насыщенных паров более 66.7 кПа, выводят ЛФН из технологического процесса. При этом для определения количества ЛФН, выводимого из технологического процесса, осуществляют компьютерное моделирование массообменных процессов контактного разгазирования и фракционирования многокомпонентных смесей с учетом составов сырья, фактических загрузок и технологических параметров подготовки нефти и низконапорных газов. Далее, используя уравнение состояния PengRobinson, оптимизированного для взаимодействия полярных и неполярных компонентов, определяют исходные данные компонентов. Затем формируют баланс ЛФН в общем составе нефтегазоводяной смеси и вычисляют избыточную долю ЛФН. После этого технологию замкнутой подачи ЛФН в систему подготовки нефти заменяют технологией разделения потоков ЛФН: первый поток возвращают в систему подготовки - «голову» процесса, а избыточную долю извлекают и направляют на переработку в качестве сырья для нефтехимической промышленности. Техническим результатом изобретения является определение избыточной доли легкой фракции нефти (ЛФН) как дополнительного продукта, образующейся при транспортировке и подготовке нефтегазоводяной смеси (НГВС) на установках подготовки и перекачки нефти (УППН), а также снижение энергетических, материальных затрат, обеспечение стабилизации работы динамического оборудования на УППН и ПКС, снижение эмиссии в окружающую среду. 3 ил., 4 табл.

Способ извлечения избыточной доли легкой фракции нефти (ЛФН), образующейся при транспортировке и подготовке нефтегазоводяной смеси на установках подготовки и перекачки нефти - объектах, включающих процессы массообмена, теплообмена, сепарации попутного нефтяного газа и компримирование, характеризующийся тем, что:

- образующуюся в процессе сбора, транспортировки и подготовки легкую фракцию нефти смешивают с нефтью при давлении насыщенных паров не более 66.7 кПа,

- а при образовании избытка ЛФН, приводящего к давлению насыщенных паров более 66.7 кПа, выводят ЛФН из технологического процесса,

- причем для определения количества ЛФН, выводимого из технологического процесса, осуществляют компьютерное моделирование массообменных процессов контактного разгазирования и фракционирования многокомпонентных смесей с учетом составов сырья, фактических загрузок и технологических параметров подготовки нефти и низконапорных газов,

- используя уравнение состояния - PengRobinson, оптимизированного для взаимодействия полярных и неполярных компонентов,

- определяют исходные данные компонентов,

- формируют баланс ЛФН в общем составе нефтегазоводяной смеси,

- вычисляют избыточную долю ЛФН, то есть долю, которую необходимо выводить из системы транспорта и подготовки нефти, с использованием уравнения

МНВ=МЛФН×КТ, где

• МНВ - количество ЛФН, которое необходимо выводить из технологии;

• МЛФН - масса ЛФН, выделившегося в ходе процесса подготовки НГВС (нефтегазоводяной смеси);

• КТ - коэффициент технологичности объекта, показывающий какое количество ЛФН целесообразно оставить в технологическом процессе без ухудшений качества сдаваемой нефти; КТ рассчитывают с помощью компьютерного исследования массообменных процессов контактного разгазирования и фракционирования многокомпонентных смесей с учетом составов сырья, фактических загрузок и технологических параметров подготовки нефти и низконапорных газов, который изменяется от 0 до 1, причем КТ рассчитывают методом итераций начиная со 100% количества ЛФН, оставляемой в процессе с последующим расчетным выведением ЛФН с интервалом 10% до получения стабильного процесса подготовки нефти;

- затем технологию замкнутой подачи ЛФН в систему подготовки нефти заменяют технологией разделения потоков ЛФН:

- первый возвращают в систему подготовки - начало процесса подготовки нефти,

- избыточную долю извлекают и направляют на переработку в качестве сырья для нефтехимической промышленности.