Методы обезвреживания и утилизации попутного нефтяного газа, содержащего сероводород, на установках промысловой подготовки нефти



В настоящее время на многих установках первичной переработки нефти, размещаемых на территории нефтегазовых месторождений нашей страны, поступает продукция с содержанием сероводорода. Этот опасный компонент, содержащийся в нефти и попутном нефтяном газе, приводит к преждевременной коррозии нефтепромыслового оборудования и трубопроводов. При выделении в атмосферу он является ядовитым веществом, которое способно при высокой концентрации привести к отравлению и гибели персонала.

Поэтому осуществление работ с продукцией скважин, в которой содержится сероводород, необходимо осуществлять с применением специализированных мероприятий.

Ключевые слова: сероводород, попутный нефтяной газ, утилизация, выбросы, факельная установка, абсорбер.

Технологическая схема любой установки первичной подготовки нефти, дожимной насосной станции, либо установки для предварительного сброса воды предусматривает прием скважинной продукции, проведение сепарации нефти от попутного нефтяного газа (ПНГ), дальнейшее использование отсепарированной жидкости для перекачки на внешний транспорт по трубопроводам, авто вывоз ее с установки, а также закачку отделившейся пластовой воды в поглощающие или нагнетательные скважины.

Попутный нефтяной газ, количество которого различно на каждой из ступеней сепарации, поступает на утилизацию.

C 2012 года на территории нашей страны вступил в действие нормативный документ [1], устанавливающий требования к утилизации ПНГ, либо к проведению оплаты за негативное воздействие на окружающую среду при превышении объемов выбросов более 95 % от всего количества ПНГ, которое выделяется на установке.

В связи с этим, нефтегазовые компании стали разрабатывать различные методы утилизации ПНГ с целью снижения этих выплат и получению дополнительной прибыли от использования газа для собственных нужд.

Основными направлениями утилизации ПНГ на промысловых установках подготовки нефти и газа являются:

1) Сжигание на факельной установке;

2) Использование в качестве топлива для газотурбинной (ГТУ) или газопоршневой (ГПУ) электростанции;

3) Использование в качестве топлива для котельной;

4) Использование в качестве топлива для путевых подогревателей нефти;

5) Использование в качестве рабочего агента для поддержания пластового давления в системе сайклинг-процесса, либо в системе газлифта;

6) Перекачка многофазной смеси на установки подготовки нефти, либо на НПЗ без сепарации газа.

Выбор направлений утилизации ПНГ зависит от следующих важных факторов:

– выбранной технологической схемы разработки месторождения;

– количества выделяющегося ПНГ;

– компонентного состава ПНГ (наличия содержания в нем кислых компонентов, гелия, конденсата);

– наличия существующей инфраструктуры на месторождении;

– имеющихся технических и финансовых возможностей владельца месторождения.

Рассмотрим подробнее каждый из этих факторов.

Так, например, технологическая схема разработки месторождения, которая является частью Протокола Центральной комиссии по разработке нефтяных месторождений (ЦКР), предусматривает различные методы воздействия на пласт. С целью повышения эффективности разработки месторождения могут быть применены сайклинг-процесс или газлифт, которые предусматривают закачку газа в пласт с целью поддержания пластового давления. Однако, для этого требуется предусмотреть на установке первичной подготовки нефти компрессорную, а также систему газонагнетательных трубопроводов. Кроме того, некоторые добывающие скважины необходимо перевести под нагнетание газа.

Данный вариант утилизации ПНГ осуществим при наличии подобных рекомендаций в Протоколе ЦКР, а также при наличии на установке компрессорной станции высокого давления, что является весьма затратным мероприятием.

Использование топливного газа, даже с содержанием сероводорода для работы ГПА или ГТУ, а также котельной позволяет генерировать собственные мощности по выработке электрической и/или тепловой энергии. Этот метод позволяет также продавать энергию сторонним организациям, например, направлять на обогрев поселков или фермерских хозяйств.

Однако, метод применим при достаточном количестве ПНГ. В противном случае затраты на закуп дорогого оборудования не позволят окупить его, так как выработка энергии и ее потребление не сможет окупить это оборудование за весь период его эксплуатации.

Использование ПНГ в качестве топлива для путевых подогревателей нефти является перспективным и весьма популярным направлением. Схема подачи ПНГ на подогреватель следующая. Газ, выделяется в сепараторах 1 и 2 ступени и подается в газосепаратор, где от него отделяется влага, унесенная потоком газа из сепараторов. После газосепаратора ПНГ поступает в блок подготовки газа путевого подогревателя нефти, где давление его снижается. Затем по системе трубопроводов газораспределения газ направляется на вход горелок подогревателя [2].

При сжигании в горелках, ПНГ выделяет энергию, которая нагревает промежуточный теплоноситель. Змеевик путевого подогревателя, в котором происходит течение потока нефти, находится внутри объема с теплоносителем. Таким образом, теплоноситель передает свою тепловую энергию нефти.

Нагрев нефти в путевом подогревателе может происходить до температуры +60…+80 0С.

В качестве промежуточного теплоносителя может использоваться вода или водные растворы гликолей, которые позволяют предотвратить застывание теплоносителя в путевом подогревателе во время его остановок в зимнее время.

Однако, данный метод применим, когда производится 95 % утилизация ПНГ. В некоторых случаях на путевых подогревателях может утилизироваться менее 95 % ПНГ, а остальное будет направлено на сжигание.

Таким образом, при выборе метода утилизации ПНГ необходимо стремиться к балансу нескольких величин:

1) затрат на новое оборудование, предназначенное для утилизации;

2) количество ПНГ;

3) количество сероводорода, которое содержится в ПНГ с целью исключения закупа оборудования специального исполнения, которое может быть использовано для перекачки кислых газов;

4) обеспечению 95 % утилизации ПНГ.

Всем этим критериям отвечает метод перекачки многофазной продукции с использование многофазных (мультифазных) насосов. Они позволяют перекачивать скважинную продукцию с высоким газосодержанием, предотвратить установку на пункте сбора нефти сепарационного оборудования, а также снизить количество трубопроводов, так как перекачка нефти и газа на внешний транспорт производятся по одному трубопроводу.

На рисунке 1 приведена схема рекомендуемого способа утилизации ПНГ, который предусматривает многофазную перекачку скважинной продукции с использованием многофазных насосов, способных осуществлять перекачку нефти с содержанием газа и пластовой воды.

Рисунок 1 — Схема утилизации ПНГ на пункте сбора с использованием мультифазных насосов

Показанные на рисунке 1 технологические сооружения представляют собой перспективную технологию перекачки скважинной продукции без предварительного сброса ПНГ. Преимущества состоят в следующем:

– не требуется использование сепарационного оборудования;

– количество ПНГ, сбрасываемого в атмосферу минимально и обусловлено только аварийными ситуациями;

– обезвреживание сероводорода, попадание которого возможно при аварии вместе с газом в атмосферу при сбросе на свечу производится с использованием адсорбера;

– снижается площадь земель, занимаемая этими сооружениями в виду отсутствия крупногабаритного сепарационного оборудования.

Таким образом, одним из наименее затратных и наиболее перспективных направлений утилизации ПНГ с содержанием сероводорода является использование мультифазных насосных станций. Данный способ предусматривает полную утилизацию ПНГ, а также снижение выбросов в окружающую среду и использование адсорбционных процессов для нейтрализации сероводорода, содержащегося в этих аварийных выбросах.

Литература:

1. Постановление Правительства РФ от 8 ноября 2012 г. N 1148 «Об особенностях исчисления платы за негативное воздействие на окружающую среду при выбросах в атмосферный воздух загрязняющих веществ, образующихся при сжигании на факельных установках и (или) рассеивании попутного нефтяного газа» (с изменениями и дополнениями).
2. Леонтьев, С. А. Фоминых Расчет технологических установок системы сбора и подготовки скважинной продукции: учеб. пособие / С. А. Леонтьев, Р. М. Галикеев, О. В. Фоминых. — Тюмень, 2010. — с.256.