Низкотемпературные процессы уже показали свою эффективность для промысловой подготовки продукции газоконденсатных месторождений. Для наибольшей эффективности выбору технологии низкотемпературной подготовки газа должен предшествовать глубокий анализ условий разработки месторождения, состав и конденсатосодержание газа, темпы отбора и параметры работы газосборных сетей, динамика изменения состава пластового флюида и другие факторы. Также немаловажную роль играет степень подготовки газа (температурный режим), уровень извлечения из него целевых компонентов и их разделения.
Низкотемпературные процессы подразумевают охлаждение газа за счет расширения (изоэнтальпийные, либо изоэнтропийные процессы) — процессы низкотемпературной конденсации, на практике чаще называемой низкотемпературной сепарацией, а также низкотемпературная абсорбция, являющейся стадией НТК.
Для большинства газоконденсатных месторождений северных регионов снижение температуры составляет 3…4,5 °С на 1 МПа. Дифференциальный дроссель-эффект зависит от состава исходной газоконденсатной смеси и возрастает со снижением температуры газа до дросселирующего устройства. Температура процесса обычно составляет минус 10… минус 30 °С. После дросселирования происходит разделение сконденсировавшихся углеводородов метанового ряда и газовой фазы.
Повышение эффективности технологии НТС может быть достигнуто за счет применения процесса изоэнтропийного расширения, вместо термодинамически неэффективного изоэнтальпийного охлаждения (дросселирование) с применением детандерной технологии расширения газа. Расширяющийся газ при этом совершает работу, которая может быть использована для какого-либо процесса — чаще всего эта работа используется для сжатия охлажденного отсепарированного газа после низкотемпературного сепаратора.
Эффективность установок НТС зависит от состава газа, давления и температуры процесса, количества ступеней конденсации, характеристики оборудования и других параметров (в т. ч. требований к составу подготовленного газа, другим продуктам либо режиму работы магистрального газопровода).
Температурный режим установок НТС выбирается исходя из необходимости получения температуры точки росы газа, которая позволяет обеспечить однофазный режим транспорта газа. Иногда выбор температуры в НТС подбирается для обеспечения большего выхода пропан-бутановой фракции.
Основное количество тяжелых компонентов С5+ выделяется на первой ступени сепарации. На последующих — выделяется этан и пропан-бутан. Степень конденсации компонентов увеличивается при понижении изотермы процесса. При этом уменьшается избирательность процесса — отношение количества молей извлекаемого компонента к общему количеству молей жидкой фазы. Проведенные исследования [2, 292] показывают — чем легче компонент, тем ниже температура максимального значения избирательности. Данный факт следует учитывать при выборе режима работы установок НТС.
Большое влияние на эффективность установок НТС имеет применение рекуперативного теплообменника. Его использование, либо увеличение поверхности теплообмена позволяет снизить температуру на второй ступени сепарации. Целесообразность его применения должна учитывать то, что с увеличением выхода пропан-бутана увеличивается степень конденсации легких компонентов.
Выбор давления процесса НТС (ориентируются, как правило, на последнюю ступень сепарации) выбирается близким к давлению транспорта газа по магистральному газопроводу. Давление первой ступени сепарации определяется с учетом устьевых давлений и температуры, состава сырого газа и характеристики применяемого оборудования.
Давление оказывает существенное влияние на распределение компонентов газа по фазам. Кроме того, от его значения на ступенях конденсации установок НТС в значительной степени зависит эффективность работы газотранспортной системы. Это связано с влиянием давления как на фактическую точку росы по влаге и углеводородам, так и на показатели работы дожимной компрессорной станции [2, 295].
Как правило, на выходе из УКПГ давление газа поддерживается на уровне 7,5 МПа. Это значительно выше оптимального давления, обеспечивающего глубокое извлечение компонентов С3+, и обусловлено режимом работы магистрального газопровода. Подготовка газа при давлении НТС менее 7,5 МПа требует включения в схему дожимного компрессора одновременно с вводом УКПГ.
Применение турбодетандерного агрегата позволяет поддерживать на второй ступени сепарации более низкое давление, по сравнению с НТС на дросселе. ТДА позволяет достичь большего снижения температуры при равных условиях (по сравнению с дросселем) на второй ступени сепарации, в результате чего увеличивается степень конденсации С3+ и снижается содержание легких компонентов в нестабильном конденсате.
С ростом давления степень извлечения тяжелых компонентов падает, а общее количество углеводородов, переходящих в жидкую фазу при сепарации — возрастает за счет метана и этана. Это приводит к увеличению объема газа низкого давления на установке стабилизации конденсата и росту капитальных и эксплуатационных затрат.
Учет всех факторов, влияющих на процесс низкотемпературной подготовки природных газов, необходим на каждом этапе разработки месторождения, так как от этого зависит эффективность работы самой установки, и магистрального газопровода, по которому транспортируется подготовленный газ.
Наличие полной информации по составу пластового флюида, прогнозирование параметров процесса разработки, определение оптимальных термобарических условий позволят минимизировать металлоемкость установок НТС с получением целевых продуктов требуемого качества.
Глубокий анализ возможностей технологии НТС позволил адаптировать технологию для подготовки «тощих» газов — где изначально преобладали технологии абсорбционной осушки.
Таким образом, низкотемпературные процессы не исчерпали свои возможности по дальнейшей оптимизации и области применения, но повышение их эффективности в большей мере зависит от технологического совершенствования аппаратурного оформления — повышения надежности и эффективности применяемого оборудования.
Литература:
- Вяхирев Р. И., Гриценко А. И., Тер-Саркисов Р. М. Разработка и эксплуатация газовых месторождений. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. — 880 с.
- Бекиров Т. М., Лончаков Г. А. Технология обработки газа и конденсата. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. — 596 с.
- Зиберт Г. К., Седых А. Г., Кащицкий Ю. А., Михайлов Н. В., Демин В. М. Подготовка и переработка углеводородных газов и конденсата. Технологии и оборудование: Справочное пособ. — М.: ОАО «Недра-Бизнесцентр», 2001. — 316 с.
- Арнольд К., Стюарт М. Справочник по оборудованию комплексной подготовки газа. Промысловая подготовка углеводородов / Пер. с англ. Климзо Б. Н. — Москва, ООО «Премиум инжиниринг», 2009. — 630 с.
