ПРИМЕНЕНИЕ СТРУЙНЫХ КОМПРЕССОРОВ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ НИЗКОНАПОРНОГО ГАЗА

ПРИМЕНЕНИЕ СТРУЙНЫХ КОМПРЕССОРОВ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ НИЗКОНАПОРНОГО ГАЗА

Попутный газ, добываемый вместе с нефтью, является важнейшим резервом увеличения ресурсов углеводородного сырья. Тем не менее на месторождениях ОАО "Оренбургнефть" проблема сбора и использования попутного газа решена недостаточно полно. Значительная доля газа (до 18 %) сжигается на факелах. Для решения задач полной утилизации газа ОАО "Оренбургнефть" требуется более 60 различных компрессорных установок. Диапазон значений рабочих параметров очень широк: производительность компрессора может меняться от 100 до 100 000 м3/сут, давление на выходе компрессора от 0,2 до 3,5 МПа.

Как один из вариантов решения проблемы следует рассматривать совместную перекачку нефти и газа на дожимных насосных станциях в системе добычи, сбора и подготовки нефти и газа. Совместная перекачка нефти и газа в системе сбора с помощью многофазных насосов экономически выгоднее раздельной транспортировки нефти по нефтепроводу, а газа по газопроводу при использовании соответственно насосных и компрессорных станций. Это позволит не только утилизировать газ, ранее сжигавшийся на факелах дожимных насосных станций, но и уменьшить расходы на строительство и эксплуатацию таких насосных станций, а также оздоровить экологическую обстановку на объектах нефтедобывающих предприятий.

clip_image002

clip_image004


Рис. 12.5. Схема включения струйных компрессоров в систему подготовки нефти, газа и воды на Тананыкском месторождении

 

Для решения рассматриваемой экономической и экологической проблемы можно использовать целый ряд компрессорных машин, таких как винтовые, поршневые, струйные машины. В ОАО "Оренбургнефть" совместно с РГУНГ им. И.М. Губкина и рядом других организаций разработана концепция применения струйной техники для решения этой важной экологической проблемы, связанной с утилизацией низконапорного газа. Работы ведутся под руководством канд. техн. наук В.Н. Елисеева. За три года развернуто внедрение разработанных и запатентованных струйных компрессорных установок. Успешно завершена стадия промышленных испытаний и организовано серийное производство струйных аппаратов (рис. 12.5). На первом этапе работ были исследованы и усовершенствованы конструкция струйных аппаратов и системы регулирования их работы. Рассматриваются принципы проектирования струйной насосно-компрессорной установки в целом, включая струйный аппарат, силовой насосный агрегат, сепаратор и систему трубопроводов.

Известно, что недостатком струйных компрессорных установок является их относительно низкий коэффициент полезного действия установки в целом. Для расширения области применения струйных компрессорных установок необходимо решить две задачи: обеспечить повышение КПД установки в целом и снизить стоимость оборудования, входящего в состав установки. Для решения данных задач разработана импульсная струйная компрессорная установка, а в заводских условиях успешно проводятся стендовые исследования.

После завершения основных научных исследований и стендовых испытаний были начаты работы по промышленному использованию струйных компрессоров на нефтяных месторождениях ОАО "Оренбургнефть".

Одна из компрессорных установок смонтирована на Тананыкском нефтяном месторождении (см. рис. 12.5). В составе компрессорной установки три струйных компрессора. Один из струйных компрессоров используется для откачки газа и нефти из ловушек аппаратов дополнительной очистки пластовой воды. Два других струйных компрессора предназначены для откачки низконапорного газа из концевой ступени сепарации на установке подготовки нефти.

Горизонтальные аппараты для дополнительной очистки пластовой воды дополняют технологическую схему установки подготовки нефти Тананыкского месторождения. Аппараты 4 и 17 предназначены для улавливания остаточной нефти из пластовой воды, поступающей в

трубопровод 7 системы поддержания пластового давления. Для повышения эффективности работы аппарата 77 в него подают газ по линии 24 из первой ступени сепарации 20 установки подготовки нефти.

Для откачки остаточной нефти из ловушек аппаратов 4 и 17 ранее использовали поршневые и винтовые насосы. При эксплуатации этих насосов попадание газа в рабочие камеры насосов приводило к срыву процесса перекачки. Для возобновления перекачки газ сбрасывали на факел 77 по трубопроводу 5. Со стороны обслуживающего персонала требовался постоянный контроль за работой насосов. Кроме того, через уплотнения насосов в канализацию постоянно текла нефть, что повышало пожароопасность и ухудшало экологическую обстановку. Поршневые и винтовые насосы были заменены на струйный компрессор в марте 1997 г. Таким образом, была решена проблема перекачки газа и газонефтяных смесей на установке очистки воды.

В качестве рабочей жидкости для приведения в действие струйного компрессора используется пластовая вода из системы поддержания пластового давления. Для подключения сопла струйного компрессора 7 к насосной станции 3 был смонтирован трубопровод 2. Из ловушек аппаратов 4 и 77 по трубопроводам 6 и 15 газ с остаточной нефтью подводится к струйному компрессору 7. За счет эжекционного эффекта струей рабочей жидкости газ с нефтью увлекаются в рабочую камеру 8. Далее по трубопроводу 79 газ с нефтью и рабочей жидкостью отводятся в первую ступень сепарации 20.

В сепаратор 20 по линии 21 поступает смесь нефти, газа и пластовой воды из нефтяных скважин. Вода по трубопроводу 22 из сепаратора 20 подается в аппарат 77, а затем по трубопроводу 16 в аппарат 4. Газ из сепаратора 20 отводится по трубопроводу 23 в блок осушки и далее в газопровод. По трубопроводу 75 смесь нефти и газа поступает на вторую ступень сепарации 13, где происходит разделение этих фаз при абсолютном давлении 0,11 МПа. Низконапорный газ из сепаратора 13 при обычной схеме сжигался бы на факеле 77. Но после установки струйных компрессоров 9, 10 газ утилизируется путем его перекачки по трубопроводу 12 через струйный компрессор 10 в трубопровод 14 (струйный компрессор 9 является резервным). Таким образом, низконапорный газ из сепаратора 13 попадает в сепаратор 20 и далее через трубопровод 23 в систему осушки и в газопровод. Нефть из сепаратора 13 отводится в резервуар 25.

Условия работы струйных компрессоров: давление в аппаратах дополнительной очистки воды составляет 0,25-0,4 МПа, давление в первой ступени сепарации установки подготовки нефти 0,6 МПа.

Давление рабочей жидкости изменяется от 6 до 11 МПа. Расчетная производительность компрессора, подключенного к аппаратам очистки воды: при перекачке газа до 100 м3/ч, при перекачке нефти и водонефтяной смеси до 10 м3/ч. Производительность компрессора, подключенного к последней ступени сепарации на установке подготовки нефти, до 12 000 м3/сут.

Детали проточной части струйных компрессоров были заменены после 5000-9000 ч работы. Накопленная в процессе эксплуатации научная и техническая информация позволяет обосновать возможные пути совершенствования конструкций струйных компрессоров, для работы в системах промыслового сбора и подготовки нефти и газа.

Как было показано в работе [176] ив первом разделе настоящей книги, нефтяные месторождения, открытые в юго-западном районе Оренбургской области, являются уникальными по содержанию легких углеводородов.

Так, на Зайкинском, Росташинском, Гаршинском месторождениях значение газового фактора достигает 1200 м3/т. Продуктивные пласты залегают на больших глубинах (4200—4600 м). При пластовом давлении до 54 МПа все добывающие скважины эксплуатируются фонтанным способом. За счет высокого пластового давления и значительной энергии растворенного в нефти газа, судя по расчетам, такие скважины могли бы фонтанировать и при значении обводненности добываемой жидкости 70 %. Однако снижение пластового давления и нестабильность водонефтяных эмульсий приводят к накоплению воды на забоях скважин. По этой причине происходит самопроизвольное глушение скважин.

Вместе с тем из-за постепенного снижения пластового давления ряд скважин прекращает фонтанировать, так как в системе нефтегазосбора поддерживается высокое давление, на уровне 4- 5 МПа. Эксплуатация таких скважин фонтанным способом может быть продолжена, если техническими методами удается обеспечить снижение давления в выкидных линиях скважин и нефте- сборных коллекторах.

Технически весьма сложна задача добычи нефти с высоким газовым фактором при падении пластового давления. Пока не найдено единственного и универсального технического решения. Поэтому остаются актуальными и поиск технологий, и разработка оборудования, которые помогли бы перейти к практическому решению проблемы механизированной добычи нефти с высоким газовым фактором.

Как показали промысловые исследования (В.Н. Елисеев, М.Н. Персиянцев, Ю.А. Сазонов, 1999 г.), выполненные в ОАО

"Оренбургнефтъ", в значительной степени эту задачу можно решить с применением струйных компрессорных установок.

Испытания проводились на скв. 1003 Зайкинского месторождения. С применением струйных компрессоров удалось снизить давление на устье скважины от 5,5 до 1,7 МПа. В период испытаний скважина возобновила фонтанирование, дебит составил 36—45 т в сутки при газовом факторе 457 м3/т.

Обычная струйная компрессорная установка содержит в своем составе струйный аппарат, силовой насос и сепаратор. Струйные аппараты, предназначенные для использования в системах нефтегазосбора, исследованы достаточно подробно, и за последние 20 лет значительно улучшены их технические характеристики. Вместе с тем на практике не всегда удается реализовать все потенциальные возможности струйного аппарата и КПД компрессорной установки в целом остается на низком уровне. Так, большинство серийно выпускаемых насосов не рассчитано на эксплуатацию при большом избыточном давлении на входе, на уровне 2—4 МПа. При замкнутой циркуляции рабочей жидкости крайне необходим именно такой режим работы силового насоса. Кроме того, необходимость использования сепараторов гравитационного типа увеличивает металлоемкость и стоимость всей компрессорной установки. По этим причинам до настоящего времени сдерживается широкое применение такого оборудования в нефтепромысловой практике. С учетом уникальных технических возможностей и перспективы применения струйной техники научные исследования продолжаются.

Намечена программа работ, направленная на усовершенствование жидкоструйной компрессорной установки в целом. Сформулированы первоочередные технические задачи, требующие своего решения.

Конструкция силового насоса должна быть усовершенствована с целью увеличения рабочего давления на входе насоса. При этом частичное попадание газа на него не должно приводить к срыву перекачки рабочей жидкости.

Необходимо усовершенствовать технологию сепарации газожидкостной смеси, выходящей из жидкоструйного компрессора, чтобы уменьшить значения объемных расходов жидкости в контурах циркуляции.

Следует усовершенствовать способ сжатия газа в жидкоструйном компрессоре. Как показали исследования, выполненные специалистами ОАО "Оренбургнефтъ", такие возможности существуют.

Отдельно необходимо рассматривать вопросы улучшения технологичности изготовления жидкоструйной компрессорной установки с целью уменьшения ее массы, габаритов, себестоимости, расходов на монтаж и эксплуатацию.

Комплексное решение перечисленных задач позволит существенно улучшить рабочие параметры компрессорной установки и технико-экономические показатели ее применения в системах нефтегазосбора на промыслах.

Добавить комментарий