CC BY
84
МОДЕРНИЗАЦИЯ ВХОДНЫХ СЕПАРАТОРОВ НА ГАЗОВЫХ ПРОМЫСЛАХ СЕНОМАНСКОЙ ЗАЛЕЖИ ЯМБУРГСКОГО НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТА АО ЦКБН
12 3
Ефимов В.В. , Халиулин Д.В. , Халиулина Л.Э. Email: [email protected]
'Ефимов Владимир Витальевич - инженер по эксплуатации оборудования и газовых объектов;
2Халиулин Дамир Винирович - ведущий инженер, отдел перспективного развития; 3Халиулина Лилия Эльверовна - инженер II категории, Инженерно-технический центр - филиал ООО «Газпром добыча Ямбург», г. Новый Уренгой
Аннотация: работа посвящена исследованию влияния «сопутствующих» заключительному этапу разработки Ямбургского НГКМ негативных технологических факторов на эффективность промысловой очистки продукции скважин сеноманской залежи от капельной жидкости и твердой примеси во входных газожидкостных сепараторах с модернизированными внутренними устройствами. Это актуально, так как от «правильного» подбора входящих в состав внутренних устройств и выполняющих строго определенное функцию насадок во многом зависит эффективность всего процесса промысловой подготовки продукции газоносной залежи к дальнему транспорту и качество подаваемого потребителям природного газа. Ключевые слова: добыча газа, транспортировка газа, гидрат, повышение температуры газожидкостного потока.
MODERNIZATION OF INPUT SEPARATORS ON GAS SENOMAN DISCOUNTS IN THE YAMBURG OIL AND GAS CONDENSATE DEPOSIT ON THE EXAMPLE OF THE PROJECT
OF CKBN JSC Yefimov V.V.1, Khaluylun D.V.2, Khaliulina L.E.3
'Yefimov Vladimir Vitalievich - Engineer of equipment and gas facilities; 2Khaliulin Damir Vinirovich - Leading Engineer, ADVANCED DEVELOPMENT;
3Khaliulina Liliia Elverovna - Engineer of II category, ENGINEERING AND TECHNICAL CENTER - BRANCH, GAZPROMDOBYCHA YAMBURG LLC, NOVY URENGOY
Abstract: the work is devoted to the study of the influence of "associated" final stage of development of the Yamburg NGKM negative technological factors on the efficiency offield cleaning of the products of the Cenomanian deposits from liquid droplets and solid impurities in the inlet gas-liquid separators with modernized internal devices. This is relevant because the "correct" selection of internal devices and nozzles performing a strictly defined function largely depends on the efficiency of the entire process of field preparation of gas-bearing deposits for long-distance transport and the quality of natural gas supplied to consumers.
Keywords: gas production, gas transportation, hydrate, gas-liquid flow temperature increase.
Очистка продукции скважин сеноманской залежи от капельной жидкости и твердой примеси на газовых промыслах Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения осуществляется в параллельно работающих газожидкостных сепараторах с проектными внутренними устройствами проекта ГП 1181.04.01 одноступенчатой установки подготовки газа (УОГ). В настоящей статье рассмотрены вопросы функционирования внутренних устройств сепаратора, модернизированного по проекту АО ЦКБН ПАО «Газпром», приведены их конструктивные особенности и принцип работы [1], а также результаты исследований сепаратора в процессе предварительных испытаний и опытно -промышленной эксплуатации в промысловых условиях и внутреннего осмотра. На основании этих материалов, с учетом отечественного и мирового академического опыта в области сепарации газожидкостных смесей, авторами статьи был проведен анализ и сделаны выводы, отражающие исключительно личное мнение авторов, об эффективности функционирования модернизированного сепарационного оборудования в условиях технологических осложнений промысловой очистки газа на ЯНГКМ.
На рисунке 1 приведена схема модернизированного сепаратора, представляющего собой вертикальный корпус с внутренним диаметром 1800 мм, снабженный двумя патрубками диаметром 426 мм для подвода в аппарат газожидкостной смеси и отвода отсепарированного «сырого» газа, тремя приваренными к обечайке корпуса на разных уровнях люк-лазами диаметром 450 мм, а также патрубками различного назначения с фланцами.
Внутри корпуса последовательно установлены [1]: узел предварительной очистки, включающий в себя тангенциальное входное устройство с отбойной пластиной (2) и смонтированное во входном патрубке устройство с трубой (3) «отсоса» содержимого бункера для сбора жидкости и мехпримеси; узел центробежной очистки с секцией минициклонов типа ГПР 2130 и «промывочной» секцией с центробежными массообменными элементами типа ГПР 2124; секция окончательной очистки газа с комплектом фильтр-патронов типа ГПР 2331.
В процессе модернизации из корпуса аппарата удалены все сепарационные устройства проекта ГП 1181.04.01, за исключением тангенциального входного устройства (2), с последующим монтажом модернизируемых внутренних устройств через три люк-лаза.
Рис. 1. Схема сепаратора, модернизированного по проекту ДОАО «ЦКБН» ОАО «Газпром»
Над входным тангенциальным устройством к корпусу аппарата приварены элементы двух горизонтальных решеток (5) и (7) с 72-мя концентрическими отверстиями в полотнах под установку между решетками минициклонов (6), закрепленных в решетках посредством сварки. В центральной части верхней решетки (7) выполнен смотровой люк диаметром 400 мм со съемной крышкой. Под секцией минициклонов к корпусу приварены элементы листа (4) с наклоном полотна в сторону тангенциального входного устройства (2). Между концентрическими отверстиями в полотнах наклонного листа (4) и нижней решетки (5) смонтирован и закреплен к полотнам посредством сварки патрубок (13) диаметром 600 мм для
подвода газожидкостного потока к минициклонам (6). В замкнутом объеме, ограниченном полотнами листа (4) и решетки (5), обечайкой патрубка (13) и стенкой аппарата, образован бункер для сбора жидкости и мехпримеси, удаление содержимого из которого осуществляется через трубу «отсоса» посредством устройства (3). Над секцией минициклонов к корпусу аппарата приварены сегменты горизонтального полотна с 99-тью отверстиями для установки центробежных массообменных элементов (9). Тарелка оборудована приемным (8) и сливным (12) «карманами» с переливным устройством для создания на полотне слоя жидкости и сливной трубой
(10). Над полотном «промывочной» секции к корпусу аппарата приварены элементы секции окончательной очистки газа, включающие горизонтальное полотно решетки со 162 отверстиями под установку фильтр-патронов (11), кольцо с прижимными балками и труба слива жидкости с полотна секции в кубовую часть аппарата. Фильтр-патроны
(11) съемные, фиксируются относительно решетки с помощью прижимных балок и пружин. В нижней части аппарата смонтирован защитный лист (15) в виде усеченного конуса с центральным отверстием.
В следующей части статьи приведены результаты анализа воздействия негативных технологических факторов и конструктивных особенностей элементов внутренних устройств на эффективность очистки скважинной продукции в модернизированном сепараторе, дана оценка качества очистки и технического состояния сепарационных устройств на основании результатов замеров рабочих параметров и внутреннего осмотра элементов сепаратора.
В процессе исследований, проводимых согласно «Программе и методике приемосдаточных испытаний оборудования» [2], производились замеры следующих параметров:
- давления и температуры газожидкостной смеси на входе в аппарат;
перепада давлений на внутренних устройствах сепаратора, включая участок
выходного коллектора;
- производительности сепаратора по газу (рекомендованным к использованию на предприятиях ОАО «Газпром» измерителем расхода газа «TURBO FLOW TFG-M»);
- количества сепарируемой на внутренних устройствах жидкости, определяемого как разность показаний уровня накапливаемой в кубовой части за определенный период времени жидкости и подачи в аппарат «промывочной» жидкости за этот же период времени;
- массовой концентрации капельной жидкости в очищенном газе на выходе из сепараторов.
В процессе исследования нагрузка модернизированного сепаратора по газу увеличивалась последовательной остановкой работающих параллельно аппаратов промысловой установки очистки газа. Значительное (почти двукратное) превышение нагрузки сепараторов с внутренними устройствами проекта ГП 1181.04.01 над расчетным значением производительности по газу вызвало интенсивный «всплеск» суммарного гидравлического сопротивления УОГ, «спровоцировав» тем самым залповый приток из промысловой газосборной сети на вход УКПГ большого объема жидкости. Значительный рост концентрации присутствующей в газожидкостной смеси мелкодисперсной капельной жидкости во входном коллекторе сепараторов вызвал резкий «бросок» уровня жидкости в кубовой части всех работающих в тот момент аппаратов, что сопровождалось скачкообразным ростом (выше 20 кПа) перепада давлений на внутренних устройствах всех сепараторов, в том числе и исследуемого. Концентрация уносимой с отсепарированным в модернизированном сепараторе «сырым» газом капельной жидкости при этом многократно превысила регламентированное значение 5 мг/нм3.
Эксплуатация сепаратора с демонтированными фильтр-патронами (11) секции окончательной очистки характеризуется относительно низким гидравлическим сопротивлением внутренних устройств, высокими параметрами производительности
и относительно низким значением концентрации в отсепарированном газе капельной жидкости. Однако функционирование сепаратора без фильтр-патронов с подачей на «промывочную» секцию жидкости «орошения» сопровождается уносом с отсепарированным газом значительного объема жидкости (более 1000 мг/нм3). Аналогичная ситуация с ростом концентрации в отсепарированном газе капельной жидкости отмечается и при увеличении на аппарат жидкостной нагрузки во время залпового поступления на УКПГ из промысловой газосборной сети больших объемов жидкости и «всплеску» уровня жидкости в кубовой части всех аппаратов. При этом рост величины уноса жидкости с газом из сепаратора отмечается по колебаниям показаний перепада давлений на его внутренних устройствах, вследствие воздействия на мембрану прибора замера перепада давлений накапливающейся в рабочей камере жидкости, поступающей туда по трубке из выходного коллектора сепаратора. После удаления из камеры прибора жидкости при ее продувке колебания показаний перепада прекращались.
Рис. 2. Схема распределения скоростей и концентрации пыли в батарейном циклоне
Проведем анализа причин «транзита» неочищенной газожидкостной смеси через узел центробежной очистки. Для этого сначала выясним причину уноса жидкости из секции минициклонов на примере приведенного в [5] влияния центробежных сил на распределение концентрации взвешенных в потоке примесей по сечению «батарейного мультициклона» при подводе газожидкостной смеси к минициклонам по схеме «снизу-вверх с последующим поворотом вбок на 90°» (рисунок 2, слева). Итак, вследствие «поджатия» струя газожидкостного потока на входе в пространство между решетками (5 и 7 на рисунке 1) имеет более узкий профиль, нежели во входном патрубке (13), а значит и более высокую скорость, как течения потока, так и движения взвешенных в нем частиц примеси (в том числе и капельной жидкости). В результате инерционного движения основная часть взвешенных в потоке частиц транспортируется через ближние к стенке аппарата ряды минициклонов, хотя распределение несущего их потока по элементам имеет достаточно равномерную картину, поскольку минициклоны обладают сравнительно большим гидравлическим сопротивлением. На рисунке 2 линия (I) отражает картину распределения по сечению аппарата скорости потока, а линия (II) -концентрации взвешенных в потоке частиц. Таким образом, многократное увеличение содержания в подводимом к секции минициклонов потоке капельной жидкости вызывает скопление у стенки аппарата газа с высокой ее концентрацией, «запирая» при этом часть циклонных элементов и увеличивая нагрузку на остальные. С увеличением расхода и связанным с этим ростом в минициклонах скоростей течения создаются условия для «транзита» через секцию больших объемов неочищенной газожидкостной смеси к «промывочной» секции.
В соответствии с конструктивными особенностями узла центробежной очистки и результатами наблюдений в процессе опытно - промышленной эксплуатации модернизированного сепаратора в промысловых условиях, авторы настоящей статьи пришли к выводу, что «транзит» неочищенной газожидкостной смеси через «промывочную» секцию с ростом жидкостной нагрузки на сепаратор, в том числе и при подаче в аппарат промывочной жидкости, вызван неравномерным распределением потока в поперечном сечении «А-А» (на рисунках 1, 3) по выходу из узла минициклонов, вследствие периферийного расположения их выхлопных патрубков. В центральной части поперечного сечения «А-А» образуется так называемая «теневая» зона «А» (на рисунке 3). Вследствие малого расстояния между полотнами решетки (7 на рисунке 1), по срезу выхлопных патрубков, и полотном тарелки с завихрителями центробежных элементов «промывочной» секции, составляющее ~ 800 мм, имеет место неравномерное распределения газожидкостного потока в поперечном сечении «Б-Б» аппарата, в центральной части которого образуется «теневая» зона «Б» (на рисунке 3), по размерам соизмеримая с «теневой» зоной «А».
Рис.3. Схема сечений на рисунке 1
Следствием малых расходов через центробежные массообменные элементы (9 на рисунке 1), расположенные в «теневой» зоне «Б», и связанной с этим «недозакрутки» потока, является снижение эффективности от воздействия центробежных сил в контактно -сепарационных устройствах элементов при сепарировании из потока капельной жидкости и твердых частиц. С образованием на полотне тарелки «промывочной» секции слоя жидкости, будь то повышение жидкостной нагрузки на сепаратор, когда слой образуется при отделении из потока содержащейся в нем капельной жидкости в центробежных массообменных элементах, расположенных в периферийной части тарелки, либо, когда слой жидкости образуется при подаче в аппарат «промывочной» жидкости, в любом из этих случаев поступающая с полотна по трубке (5 на рисунке 2) в приосевую зону центробежных массообменных элементов «теневой» зоны жидкость, диспергируется турбулентным потоком и, образуя на оболочке вытеснителя (3) слой, срывается с торца оболочки в виде мелкодисперсных капель, уносимых из
элементов потоком, так как эффекта от воздействия центробежных сил для сепарации жидкости при этом недостаточно. Присутствующая в потоке сепарируемой среды твердая уносится из элементов «теневой» зоны вместе с жидкостью, чем и объясняется загрязнение фильтр -элементов.
Необходимо отметить и целый ряд других недостатков модернизированных по проекту АО ЦКБН ПАО «Газпром» внутренних устройств. Это, прежде всего, большой объем сварочно-монтажных работ в процессе модернизации сепаратора. Конструктивный недостаток примененных в конструкции «промывочной» секции центробежных массообменных элементов типа ГПР 2124, отмеченные в приведенном анализе конструктивных недостатков центробежных элементов [6] наличие процесса дробления капель жидкости при обтекании турбулентным газожидкостным потоком цилиндрических поверхностей трубок (4 и 5).
Конструктивный недостаток модернизированных внутренних устройств, связанный с затруднениями их обслуживания в процессе эксплуатации аппарата: внутреннего осмотра, очистки от отложений, замены и ремонта вышедших из строя элементов, а именно затрудненный доступ персонала к центробежным массообменным элементам. Так, для доступа к скобам и гайкам при необходимости демонтажа центробежным элементов работнику, выполняющему газоопасную работу внутри сосуда и экипированному, согласно «Правил...», страховочным поясом со спасательной сигнальной веревкой, находясь в шланговом противогазе, необходимо проделать следующий путь внутри аппарата. Вход в аппарат через нижний люк Ду450, далее вверх по лестнице (14 на рисунке 1), через тоннель внутри патрубка (13) диаметром 600 мм к люку диаметром 400 мм в полотне решетки (7), закрытому крышкой, которую необходимо демонтировать, отвернув гайки, и спустить вниз, после чего, протиснуться через люк Ду400, работая в замкнутом пространстве высотой ~800 мм между полотнами решетки (7) и тарелкой «промывочной» секции.
Итоги
Проведя анализ материалов исследований и наблюдений в процессе опытно-промышленной эксплуатации сепаратора с модернизированными внутренними устройствами ДОАО «ЦКБН» ОАО «Газпром» в промысловых условиях Ямбургского месторождения, в том числе их конструктивных особенностей, объемов и сроков модернизации, условий обслуживания, технического состояния устройств после воздействия «негативных» факторов и др., с учетом отечественного академического опыта в области сепарирования газожидкостных смесей [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], авторами настоящей статьи были сделаны следующие выводы.
Выводы
Необходимо отметить удачное конструктивное сочетание тангенциального входного устройства с отбойной пластиной и проектного решения полотна с центральным патрубком, обеспечивающее эффективную очистку газа в кубовой части от крупно фракционных частиц твердой примеси. Несмотря на целый ряд выявленных в процессе опытно-промышленной эксплуатации аппарата недостатков авторами статьи предложены мероприятия, направленные на повышение эффективности процесса промысловой очистки газожидкостной смеси в модернизированном сепараторе. Ниже приведены некоторые из них.
Минимизации влияния «транзита» неочищенной газожидкостной смеси через секцию минициклонов можно добиться [5], если в месте поворота содержащего частицы капельной жидкости и твердой примеси газожидкостного потока между решетками (5 и 7 на рисунке 1) установить направляющие лопатки (1 на рисунке 2, справа). Это позволит обеспечить, во-первых, более равномерное распределение скоростей потока в сечении аппарата на входе в минициклоны и соответствующее снижение скорости взвешенных в потоке частиц примеси, а, во-вторых, позволит более равномерно распределить взвешенную в потоке примесь между всеми
циклонными элементами. При этом характеристики распределения скорости потока (I) и концентрации примеси (II) будут почти идентичны.
С целью минимизации уносов жидкости из «промывочной» секции предлагается исключить из конструкции тарелки центробежные массообменные элементы, расположенные в «теневой» зоне «Б» на рисунке 5, что также позволит повысить уровень безопасности производства при обслуживании аппарата, так как на месте исключенных элементов станет возможным исполнение в полотне тарелки технического люка диаметром 450мм. При этом для удобства работы персонала крышка технического люка Ду400 в центральной части решетки (7) должна откидываться в сторону «промывочной» секции.
Список литературы /References
1. Пигарев А.А., Толстов В.А., Немцов М.В., Соколов В.А., Кудояр Ю.А., Малышкин М.А. Новое оборудование для очистки природного газа перед промысловой ДКС на Ямсовейском месторождении // Газовая промышленность, 2001. № 1. С. 79-81.
2. Ланчаков Г.А., Кульков А.Н., Зиберт Г.К. Технологические процессы подготовки природного газа и методы расчета оборудования. М.: ООО Недра-Бизнесцентр, 2009. 279 с.
3. Каспарянц К.С., Кузин В.И., Григорян Л.Г. Процессы и аппараты для объектов промысловой подготовки нефти и газа. М.: Недра, 1977. 254 с.
4. Мильштейн Л.М., Бойко С.И., Запорожец Е.П. Нефтегазопромысловая сепараци-онная техника. М.: Недра, 1992. 236 с.
5. Идельчик И.Е. Аэродинамика технологических аппаратов. М.: Машиностроение, 1983. 351 с.
6. Зиберт А.Г., Зиберт Г.К., Валиуллин И.М. Совершенствование оборудования с прямоточными центробежными элементами // Газовая промышленность, 2008. № 9. С. 72-74.
7. Синайский Э.Г., Лапига Е.Я., Зайцев Ю.В. Сепарация многофазных многокомпонентных систем. М.: ООО Недра - Бизнес центр, 2002. 621 с.
8. Гиматудинов Ш.К., Шировский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. Учебник для вузов. Изд. 3-е переаб. и доп. М.: Недра, 1982. 311 с.
9. Бекиров Т.М., Шаталов А. Т. Сбор и подготовка к транспорту природных газов. М.: Недра, 1986. 261 с.
10. Ефимов В.В., Халиулин Д.В. Модернизация входных сепараторов на газовых промыслах сеноманской залежи Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения (часть 1) // Экспозиция: Нефть. Газ, 2013. № 1. С. 11-15.
