Термодинамическое моделирование фазовых равновесий углеводородных систем с водой и газовыми гидратами для повышения эффективности технологий в добыче газа

В четвертой главе на основе проведенного выше анализа физико-химических особенностей распределения ингибитора гидратообразования - метанола по фазам исследованы основные пути сокращение технологических потерь метанола. Технологические потери метанола в системах промысловой подготовки газа складываются из потерь ингибитора с водной фазой, с нестабильным конденсатом и с осушенным и очищенным природным газом, подготовленным к дальнему транспорту.

По промысловым данным нами проведен анализ каждой из указанных статей технологических потерь, в результате, которого предложены новые технологические приемы, позволяющие на практике сократить удельный расход метанола.

Отмечено, что в литературе были рассмотрены основные направления сокращения технологических потерь с водной фазой - регенерация ВМР методом ректификации и отдувочные технологии, ставшие уже типовыми процессами (Э.Б. Бухгалтер, А.Г.Бурмистров, А.И. Гриценко, Г.К Зиберт, В.А. Истомин, В.П.Лакеев, А.Н. Кульков, В.А. Ставицкий, Н.А.Цветков и др.). Однако недостаточно исследованным остался вопрос утилизации ингибитора из водных растворов низких концентраций. Нами расчетным путем исследован вариант утилизации ВМР низких концентраций путем его подачи в «негидратные шлейфы и коллектора» для отдувки в них метанола. Отмечено, что в литературе (в том числе и в наших работах) ранее детально рассмотрена технология подачи в шлейфы водных раствором метанола достаточно высоких концентраций (выше ~55 мас.%), но не с целью отдувки метанола в газовую фазу, а для предупреждения гидратообразования систем сбора газа. На основе расчетного моделирования предложен технологический прием утилизации ВМР из сепараторов первой ступени валанжинских УКПГ посредством закачки его на кусты сеноманских скважин, либо на ЗПА сеноманских УКПГ. Для практически реальных ситуаций следует ожидать эффективности отдувки на уровне ~ 85-90% при концентрации метанола в сбросных водах 2,0 - 4,0 %мас.

Промысловая подготовка природных газов газоконденсатных залежей осуществляется различными низкотемпературными процессами (НТС, НТА и др.) в две или три ступени. Для таких технологических схем предложены рециркуляционные технологии применения летучих ингибиторов гидратообразования.

В дополнение к этим способам нами разработан технологический прием оптимизация расхода метанола в низкотемпературных процессах подготовки газа на последней ступени сепарации.

Этот прием состоит в повторном использовании определенной части отработанного водометанольного раствора из низкотемпературного сепаратора (разделителя) с его рециркуляцией на последней (низкотемпературной) ступени сепарации. Внедрение этого технологического приема на Уренгойском ГКМ позволило добиться экономии концентрированного метанола (~15%).

Сокращение технологических потерь метанола с товарным газом - также важное направление исследований. Это направление уже продолжительное время развивается в работах специалистов ВНИИГАЗа. Нами на примере Заполярного и Ямбургского месторождений исследованы возможности применения абсорбционных технологий извлечения метанола из подготавливаемого газа.

Ингибирование кустов скважин, а также узла редуцирования на ЗПА на Заполярном месторождении (сеноманская залежь) осуществляется с использованием метанола, тогда как при осушке газа на УКПГ в качестве абсорбента применяется диэтиленгликоль.

Анализ работы установки осушки газа показал, что из-за подачи большого удельного количества метанола на кусты сеноманских скважин и на ЗПА в осушаемом газе содержится значительное количество метанола, хотя ДЭГ в абсорбере частично извлекает и пары метанола из газа. В связи с этим с учетом особенностей технологии осушки газа на УКПГ Заполярного месторождения нами был проведен расчетный анализ возможностей увеличения извлечения метанола из газа за счет увеличения удельного расхода РДЭГа и уменьшения в регенерированном абсорбенте остаточного содержания метанола.

В расчетах процесс массообмена в абсорбере моделировался одной и двумя теоретическими ступенями контакта. На основе проведенных технологических расчетов нами рекомендовано изменение режимов работы абсорберов для снижения метанолосодержания осушенного газа после абсорберов посредством увеличения удельного расхода гликоля до 12-15 кг/1000 м³ при одновременном повышении концентрации РДЭГ.

Переход на предлагаемый технологический режим позволяет извлечь из осушаемого газа дополнительно до 100 г/1000 м³ метанола. При этом одновременно повышается концентрация метанола в рефлюксе до уровня ~70 мас.%, что практически позволяет подавать этот поток ВМР на кусты газовых скважин.

Далее на примере технологии НТА рассмотрен вариант частичного извлечения метанола из газа углеводородным конденсатом. Особенностью технологической схемы НТА является низкотемпературная абсорбция из газа легких углеводородов охлажденным конденсатом, выделенным на первой ступени сепарации.

Ранее на УКПГ-1В Ямбургского ГКМ, проектная технология подготовки газа методом НТА была модифицирована путем замены осушающего реагента ДЭГа на метанол, т.е. был реализован переход на однореагентную технологию (А.Г. Бурмистров, С.Г. Якупов и др.). Дальнейшее обследование работы этой установки (Е.А. Лужкова, 2005) показало, что имеет место повышенная концентрация метанола в ВМР в аппаратах низкотемпературной абсорбции (до 84 мас.%), тогда как минимально-необходимая величина составляет 62-65 мас.%. Одна из причин повышенной концентрации метанола связана с необходимостью ингибирования линии подачи конденсата на орошение.

Гидратообразование в этой линии происходит главным образом из-за наличия капельной влаги в конденсате. Нами предлагается технологический прием удаления капельной влаги из углеводородного газового конденсата перед подачей его на орошение в низкотемпературный абсорбер (механическими методами и дополнительным разгазированием).

Тем самым снимается проблема гидратообразования в конденсате, подаваемом на орошение, а конденсат доизвлекает из подготовленного газа не только легкие углеводороды, но и (частично) метанол, при этом одновременно уменьшается концентрация метанола в ВМР после низкотемпературной абсорбции.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны уточненные термодинамические модели и программное обеспечение, позволяющее проводить расчеты трех- и двухфазных равновесий углеводородных систем с конденсированными водными фазами (вода, лед, гидраты), включая и метастабильные фазы (переохлажденная вода, кубический лед).

2. Предложены методы коррекции расчетной модели по экспериментальным данным, а также термодинамической экстраполяции экспериментальных данных для улучшения описания трехфазных равновесий «газ - конденсированная водная фаза - гидрат». Проведена апробация метода термодинамической экстраполяции на примере равновесий с гидратами азота и метана.

3. Проведена типизация механизмов и моделей разложения газовых гидратов. Дан термодинамический анализ поверхностного разложения газовых гидратов различных газов при отрицательных по Цельсию температурах. На этой основе предложены подходы к управлению процессами разложения газовых гидратов и их консервации.

4. На базе обобщения и анализа промыслового опыта усовершенствована методика нормирования расхода ингибиторов гидратообразования. Методика доведена до уровня отраслевого стандарта (СТО Газпром). Проанализированы основные особенности ее применения для различных технологий промысловой подготовки газа.

5. Разработаны новые технологические приемы сокращения удельного расхода метанола для различных условий промысловой подготовки природного газа. Эти технологические приемы направлены на сокращение технологических потерь метанола как ингибитора гидратообразования со сбросными водами, товарным газом и углеводородным конденсатом.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Истомин В.А., Квон В.Г. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа. М.: ИРЦ Газпром, 2004, монография, 508 с.

2. Истомин В.А.. Квон В.Г. Методические указания по расчету фазовых равновесий газовых гидратов и предупреждению гидратообразования в системах добычи газа, М., ВНИИГАЗ, 1985, 124с.

3. Истомин В.А., Бурмистров А.Г., Квон В.Г. Растворимость метанола в системе природный газ-метанол-вода, в сб.: «Особенности освоения месторождений Прикаспийской впадины», М., ВНИИГАЗ, 1986, с. 118-122.

4. Истомин В.А., Квон В.Г. Применение водных растворов метанола с целью предупреждения процесса гидратообразованияв выкидных линиях скважин сеноманских залежей северных месторождений, в сб. ВНИИЭГазпрома, сер. «Геология, бурение и разработка газовых и морских нефтяных месторождений», М., ВНИИЭГазпром, 1986, вып.6, с.13-16.

5. Истомин В.А., Квон В.Г., Бурмистров А.Г., Лакеев В.П. Инстр. по расчету оптим. расхода ингибиторов гидратообразования, М., ВНИИГаз, 1987, 72с.

6. Квон В.Г., Истомин В.А. Программное обеспечение для расчета расхода метанола в шлейфах и установках комплексной подготовки газа северных месторождений, в сб.: «Особенности освоения газовых скважин в сложных геокриологических условиях», М., ВНИИГаз, 1987, с.111-119.

7. Истомин В.А., Квон В.Г. Оценка влагосодержания прир. газа Астрах. месторожд., в сб.: «Теория и практика разработки газоконденсат. месторожд. с низкопроницаемыми коллекторами», М., ВНИИГаз, 1987, с.72-76

8. Истомин В.А., Квон В.Г., Якушев В.С. Инструкция по инженерным методам расчета условий гидратообразования, М., ВНИИГаз, 1989, 85с.

9. Истомин В.А., Бурмистров А.Г., Лакеев В.П., Квон В.Г. Особенности применения метанола на установках низкотемпературной сепарации газа Уренгойского ГКМ, в сб.: «Науч.-техн. прогресс в технологии комплексного использования ресурсов природного газа», М., ВНИИГаз, 1989, с. 70-74.

10. Истомин В.А., Бурмистров А.Г., Дегтярев Б.В., Лакеев В.П., Тихонов В.Т., Квон В.Г. Предупреждение гидратообразования в системах сбора и внутрипромыслового транспорта углеводородного сырья, М., ВНИИЭГазпром, 1991, 37с.

11. Истомин В.А., Квон В.Г. Кубическое уравнение состояния для описания газовой фазы применительно к условиям промысловой обработки природного газа, в сб.: «Актуальные проблемы освоения газовых месторождений Крайнего Севера», М., ВНИИГАЗ, 1995, с.146-179.

12. Истомин В.А., Квон В.Г. Методика и результаты расчета двухфазных равновесий природного газа с конденсированной водной фазой, в сб.: «Актуальные проблемы освоения газовых месторождений Крайнего Севера», М., ВНИИГаз, 1995, с.180-204.

13. Истомин В.А., Квон В.Г., Трифонов А.В. Некоторые особенности функционирования систем сбора газа сеноманской залежи Ямбургского ГКМ, в сб. ИРЦ Газпрома, сер. «Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа. Энергосбережение», №1-2, 1998, с.25-36.

14. Истомин В.А., Ставицкий В.А., Квон В.Г. Расчетное моделирование отдувки метанола из водометанольного раствора в десорбере-сепараторе, - в сб.: «Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа» - 2000,№ 2-3, с. 11-27.

15. Истомин В.А., Квон В.Г. Утилизация водометанольных растворов низких концентраций при промысловой подготовке газа// Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа: научн. техн. сб. М.: ООО ИРЦ Газпром, 2004, №2 с.19-26.

16. Квон В.Г., Истомин В.А., Драгунявичюс Ш. Особенности образования гидратных отложений в технологических газопроводах осушенного газа. Труды международной конференции "Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны", Якутск, 2005, том 2, стр.179-182.

17. Истомин В.А., Якушев В.С., Квон В.Г., Махонина Н.А., Чувилин Е.М. Эффект самоконсервации газовых гидратов - Газовая промышленность, спецвыпуск «Газовые гидраты», 2006, с. 36-46. Istomin V.A., Yakushev V.S., Kwon V.G., Makhonina N.A., Chuvilin E.M. Self-preservation phenomenon of gas hydrates, - Gas Industry of Russia, Digest No 4, 2006 , pp. 16-27.

18. Истомин В.А., Квон В.Г., Дуров В.А. Метастабильные состояния газовых гидратов. - Газовая промышленность, спецвыпуск «Газовые гидраты», 2006, с. 32-36. Istomin V.A., Kwon V.G., Durov V.A. Metastable states of gas hydrates, - Gas Industry of Russia, Digest No 4, 2006, pp. 13-16.

19. Минигулов Р.М., Лебенкова И.В., Баскаков А.П., Истомин В.А., Квон В.Г. Предупреждение гидратообразования в системах сбора и промысловой подготовки газа Заполярного месторождения. - Газовая промышленность, спецвыпуск «Газовые гидраты», 2006, с. 62-64.

20. Квон В.Г, Истомин В.А., Дуров В.А., Боярчук К.В., Манаков А.Ю. Метод расчета условий гидратообразования для высоких давлений - Наука и техника в газовой промышленности, № 4, 2006

21. Особенности кинетики разложения и экология газогидратов В.А. Истомин, В.Г. Квон, П.М. Роджерс, Газ. пром., Спец. выпуск «Экология в газовой промышленности», «Газойл пресс», Москва, 2008, с.41-47.

22. Модели процессов разложения газовых гидратов В.А. Истомин, В.Г. Квон, «Газовая промышленность», №8, 2008, сс.78-82.

23. Способ подготовки углеводородного газа к транспорту. Авт. Свид. № 1606827, СССР, по заявке № 4607307/26 с приоритетом от 29 ноября 1988 г. (зарегистрировано в Гос. Реестре изобретений СССР от 29 мая 1989 г.), переоформлено в патент РФ, действие патента с 15 июля 1990 года. Истомин В.А., Лакеев В.П, Бурмистров А.Г., Сулейманов Р.С., Квон В.Г.

Размещено на Allbest.ru