CC BY
240
УДК 661.721:622.279 https://doi.org/10.24411/0131-4270-2019-10203
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА НА МОРСКИХ ПЛАТФОРМАХ
FLOATING PLANTS FOR PROCESSING NATURAL AND ASSOCIATED OIL GAS UNDER THE ARCTIC CONDITIONS
А.Р. Гимаева, И.И. Хасанов
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия E-mail: [email protected]
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: [email protected]
Резюме: Данная статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме по утилизации попутного нефтяного газа отдаленных, мелких, а также арктических месторождений. В статье рассмотрены существующие на сегодняшний день технологии утилизации попутного нефтяного газа непосредственно на месте добычи, а также изучены вопросы, связанные с их размещением. Такое решение особенно рентабельно при утилизации газа одиночных и отдаленных морских месторождений, не оправдывающих строительство газотранспортных систем. Также были рассмотрены новейшие способы утилизации и переработки попутного нефтяного газа, которые можно рационально использовать на морских нефтегазодобывающих платформах, схемы и принципы работы предлагаемых способов утилизации попутного нефтяного газа.
Ключевые слова: синтез-газ, попутный нефтяной газ, гравитационная платформа, утилизация, синтез Фишера-Тропша.
Для цитирования: Гимаева А.Р., Хасанов И.И. Перспективные методы утилизации попутного нефтяного газа на морских платформах // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2019. № 2. С. 14-18.
D0I:10.24411/0131-4270-2019-10203
Alina R. Gimaeva, Ilnur I. Khasanov
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia E-mail: [email protected]
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: [email protected]
Abstract: This article is devoted to the actual problem today for the utilization of associated petroleum gas from remote, small, as well as Arctic fields. The article discusses the currently existing technologies for utilization of associated petroleum gas directly at the production site, and also examines issues related to their placement. This solution is particularly cost-effective when disposing of gas from single and remote offshore fields that do not justify the construction of gas transmission systems. Also in this article, we reviewed the latest methods of utilization and processing of associated petroleum gas, which can be rationally used on offshore oil and gas platforms. The schemes and principles of operation of the proposed methods of associated petroleum gas utilization were also reviewed.
Keywords: synthesis gas, associated petroleum gas, gravity platform, utilization, Fischer-Tropsch synthesis.
For citation: Gimaeva A.R., Khasanov I.I. FLOATING PLANTS FOR PROCESSING NATURAL AND ASSOCIATED OIL GAS UNDER THE ARCTIC CONDITIONS. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2019, no. 2, pp. 14-18.
DOI:10.24411/0131-4270-2019-10203
В России, как и в любой другой нефтедобывающей стране, проблема утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ) является актуальной и имеет ярко выраженный экологический характер.
Попутный нефтяной газ - стратегически важный сырьевой ресурс промышленной нефтехимии, во многом определяющий экономический и промышленный потенциал страны. Однако его полезное использование - это не только экономическая, но и экологическая проблема, связанная со снижением негативного влияния нефтегазового комплекса на состояние окружающей среды.
До 30% всех промышленных выбросов загрязняющих веществ приходится на нефтегазовый сектор экономики [1]. В атмосферу попадает сажа, монооксид углерода, диоксид серы и оксиды азота и т.д. Сжигание ПНГ является основным источником загрязнения окружающей среды в районах нефтедобычи, в том числе и на шельфовых проектах.
В России же проблема утилизации ПНГ в настоящее время является особо актуальной ввиду того, что Россия занимает одно из первых мест в двадцатке ведущих стран по объему газа, сжигаемого на факелах. По различным оценкам, его количество составляет от 20 млрд до 50 млрд м3/год. Помимо выброса в атмосферу вредных веществ сжигание ПНГ приводит к безвозвратной потере
ценнейших углеводородов, представляющих собой сырье для нефтехимической промышленности [1]. К примеру, при переработке на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) из ПНГ получают сухой отбензиненный газ (СОГ), этан, смесь пропана и бутанов (СПБТ), широкую фракцию легких углеводородов (ШФЛУ), стабильный газовый бензин (СГБ). Однако на практике его переработка возможна далеко не всегда, поскольку для этого необходима транспортировка нефтяного газа до ГПЗ, что является практически нере-шаемой задачей для удаленных месторождений, а также в регионах с суровым арктическим климатом.
В результате ПНГ на удаленных и мелких нефтяных месторождениях часто сжигается из-за нерентабельности или даже невозможности его транспортировки на переработку и отсутствия возможности его использования на месте. Большая часть ГПЗ, на которых ведется переработка ПНГ, входит в структуру ПАО «СИБУР Холдинг», и даже при полной загрузке имеющихся мощностей на них может быть переработано не более 45% добываемого газа. В июне 2011 года была утверждена Генеральная схема развития нефтяной отрасли до 2020 года, предусматривающая в том числе увеличение мощностей по переработке и транспортировке ПНГ [1]. Тем не менее в настоящее время 50% (около 30 млрд м3/год) ПНГ должно быть утилизировано
Рис. 1. Классификация видов технической диагностики
другими способами. Постановлением правительства РФ от 08.01.09 № 7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» был определен целевой показатель утилизации нефтяного газа на уровне 95%. Достижение этого уровня остается приоритетной задачей нефтедобывающих компаний.
Рис. 2. Схема насосно-эжекторной системы для водогазового воздействия на продуктивный пласт Самодуровского месторождения [3]
В мировой практике наибольшее распространение, альтернативное сжиганию на факелах, получили следующие способы утилизации ПНГ (рис. 1):
- закачка ПНГ в нефтеносные пласты для повышения нефтеотдачи или для возможного сохранения его как ресурса на будущее;
- использование ПНГ в энергетической промышленности в качестве экологически чистого топлива с высокой калорийностью;
- переработка ПНГ с получением СОГ, подаваемого в систему магистральных трубопроводов, ШФЛУ, газового бензина и сжиженного газа для бытовых нужд. ШФЛУ является сырьем для производства каучуков, пластмасс, компонентов высокооктановых бензинов и др. [2].
Помимо перечисленных, разработан ряд других методов утилизации, не получивших пока широкого распространения в связи с нерешенностью некоторых специфических, технологических и инфраструктурных проблем [2]. К ним относятся:
- синтез моторных топлив либо других продуктов (например, метанола) (Gas to Liquid - GTL) [6];
- переработка на мини-ГПЗ на месторождении;
- сжижение нефтяного газа;
- транспортировка в виде газовых гидратов и др.
Но отсутствие широкого практического применения этих методов не мешает рассматривать их как перспективные.
В данной работе рассмотрим сравнительно новые технологии методов утилизации ПНГ, которые можно применять как на отдаленных, мелких месторождениях, так и непосредственно на самих морских платформах.
1. Технология водогазового воздействия на пласт с применением насосно-эжекторной системы (ООО «Газпром нефть шельф») [3] Суть данного метода заключается в смешивании ПНГ, отсепари-рованного на первой и второй ступенях сепарации, и подтоварной воды в камере эжектора и закачивание данной газожидкостной смеси обратно в пласт для поддержания пластового давления.
Данная технология насосно-эжек-торной системы была применена на
Рис. 3. Технологический комплекс получения синтез-газа в установке по переработке попутного нефтяного газа в синтетическую
нефть на гравитационной платформе GTL 1 - узел подачи ПНГ; 2 - реактор синтез-газа; 3 - смеситель ПНГ с обогащенным воздухом, связанный трубопроводом с узлом подачи ПНГ; 4 - каталитический пакет; 5 - блок синтеза Фишера-Тропша; 6 -программно-организованная система управления (ПОСУ); 7 - воздушный компрессор; 8 - установка получения кислорода из воздуха; 9 - узел регулирования расхода подачи выделенного кислорода
2
| Рис. 4. Схема утилизации, сбора, переработки и использования попутного нефтяного газа [5]: 1 - нефтедобывающий промысел с сетью добычных скважин, соединенных сборным трубопроводным коллектором с 2 - пунктами промысловой подготовки и сепарации-разгазиро-вания нефти той или иной ступени сепарации (ДНС или ЦПС нефтепромыслов); 3 - основное технологическое оборудование для очистки и сепарации нефти; 4 - малогабаритная блочномодульная газоперерабатывающая установка (МБГУ) для подготовки попутного нефтяного газа к трубопроводному транспорту путем разделения ПНГ на сухой отбензиненный газ (СОГ) и сухой газовый конденсат углеводородных газов, входящих в состав ПНГ; 5 - региональный (нефтепромысловый) промежуточный пункт аккумулирования, временного хранения, предварительной очистки и переработки СОГ и сухого (осушенного) газового конденсата; 6 - установка сероочистки и деэтанизации сухого отбензиненного газа (СОГ); 7 - установка глубокой очистки и подготовки метана к сжижению; 8 - установка ожижения метана и получения (выработки) СПГ; 9 - резервуарный парк аккумулирования и промежуточного хранения СПГ с выходным (наливным) терминалом для отгрузки СПГ; 10 - установка деметанизации газового конденсата ПНГ; 11 - установка очистки от серы газового конденсата; 12 - установка глубокой очистки и осушки газового конденсат ПНГ; 13 - резервуарный парк для аккумулирования и временного хранения газового конденсата ПНГ; 14 - региональный газоперерабатывающий завод (комплекс), ГПЗ, для производства продуктов с более высокой добавленной стоимостью в виде моторных топлив и/или широкой фракции углеводородов (ШФЛУ) для последующей глубокой газохимической переработки; 15 - региональная транспортная сеть (подсистема) для доставки СПГ на газоперерабатывающий завод; 16 - региональная транспортная сеть (подсистема) для доставки газового конденсата ПНГ на газоперерабатывающий завод; 17 приемный терминал для аккумулирования и временного хранения СПГ; 18 - приемный терминал для аккумулирования и временного хранения газового конденсата ПНГ; 19- основное технологическое оборудование регионального газоперерабатывающего завода для производства автомобильных пропано-бутановых топлив и авиационного сконденсированного топлива 1АСКТ), а также широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) как исходного сырья для последующей глубокой нефтегазохи-мической переработки; 20 - резервуарный парк выходной продукции ГПЗ с отгрузочными терминалами; 21 -система (сеть) межрегионального [дальнего) транспорта и доставки продуктов утилизации и переработки попутного нефтяного газа к удаленным местам их потребления и дальнейшей переработки; Г - трубопровод (газопровод] сухого отбензиненного газа (ООП; П - трубопровод (продук-топровод] сухого (осушенного) газового конденсата ПНГ
Самодуровском месторождении в 2017 году и уже показала положительные результаты [3]. Схема насосно-эжектор-ной системы для водогазового воздействия на продуктивный пласт месторождения с целью утилизации попутного нефтяного газа представлена на рис. 2.
Избытки газа из первой ступени сепарации и со второй ступени после увеличения давления на компрессоре поступают в две камеры эжекторов.
Параллельно существующим насосам Р49009, Р49010, имеющим номинальную производительность в 300 м3/ч, установлены мультифазные насосы.
Флюид после смешения с газом в камере эжектора поступает на прием мультифазных насосов, которые в свою очередь, являются основными силовыми элементами для нагнетания воды в четыре скважины.
2. Технологический комплекс получения синтез-газа
в установке по переработке ПНГ в синтетическую нефть на гравитационной платформе GTL [4]
Принципиальная схема технологического комплекса получения синтез-газа в установке по переработке ПНГ в синтетическую нефть на гравитационной платформе показана на рис. 3.
ПНГ поступает на переработку через узел подачи ПНГ 1, где ведется количественный учет расхода газа и откуда он поступает в смеситель 3 реактора синтез-газа 2. Воздух, забираемый из атмосферы, подвергается сжатию в воздушном компрессоре 7. Сжатый воздух на выходе компрессора 7 подается по трубопроводу в установку 8 получения кислорода из воздуха, откуда выделенный из воздуха кислород направляется по трубопроводу в узел регулирования расхода 9, где смешивается с воздухом, поступающим из воздушного компрессора 7, обогащая его. Из узла регулирования расхода подачи выделенного кислорода 9 обогащенный воздух направляется в смеситель 3 реактора синтез-газа 2 для смешения с ПНГ. Образовавшаяся в смесителе 3 газовоздушная реакционная смесь поступает в каталитический пакет 4, где происходит образование синтез-газа, который далее подается в блок синтеза Фишера-Тропша 5, где в результате проведения реакции Фишера-Тропша синтез-газ преобразуется в синтетическую нефть [4].
Таким образом, данная технологическая схема обеспечивает стабильную работу технологического оборудования по производству синтетических жидких углеводородов за счет постоянного выхода синтез-газа, что выгодно отличает
предлагаемый технологический комплекс получения синтез-газа в установке по переработке ПНГ в синтетическую нефть на гравитационной платформе от прототипа.
3. Способ утилизации,сбора, переработки и использования ПНГ и система для его осуществления [5]
Этот способ может быть использован преимущественно на удаленных нефтяных месторождениях, а также в экстремальных климатических условиях.
Согласно технологической схеме, представленной на рис. 4, утилизация попутного нефтяного газа осуществляется в местах сепарации нефти путем многоступенчатой низкотемпературной сепарации с разделением ПНГ на СОГ и сухой газовый конденсат (СГК) и газовый конденсат ПНГ. Способ предусматривает раздельную доставку СОГ и СГК трубопроводным транспортом к пунктам их аккумулирования, переработки и использования. СГК подвергают более глубокой осушке и очистке от серы и других вредных примесей. Получаемые на промежуточных пунктах СПГ и СГК аккумулируют в раздельных резервуарных парках-хранилищах, откуда полученную продукцию транспортируют на газоперерабатывающий завод-комплекс. На этом заводе из СГК вырабатывают автомобильное пропан-бутановое топливо и авиационное сконденсированное топливо (АСКТ) для потребителей регионального уровня, а также сырье для потребителей нефтехимии других регионов в виде ШФЛУ.
Таким образом, повышение эффективности эксплуатации таких «сложных» месторождений достигается за счет максимально полной утилизации использования ПНГ.
Ввиду вышеизложенного утилизация ПНГ является одной из приоритетных задач для охраны окружающей среды. Эффективное использование ресурсного потенциала обеспечит устойчивое развитие нефтегазовой отрасли в долгосрочной перспективе. В ближайшие десятилетия северо-запад РФ будет играть существенную роль в развитии нефтегазодобывающего комплекса страны, формировании новых районов добычи ресурсов нефти и газа, межрегиональной транспортной инфраструктуры и Арктического транспортного коридора [6-16].
Что же касается рассмотренных новейших технологий по утилизации попутного нефтяного газа, то технологии только зарождаются, в дальнейшем они будут совершенствоваться и приспосабливаться под различные климатические условия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гулянский М.А., Котенко А.А., Крашенинников Е.Г., Потехин С.В. Методы утилизации нефтяного газа: технологические и экономические аспекты, новые решения на основе мембранных технологий // СФЕРАНЕФТЕГАЗ РФ. 2013. № 4 (37). С. 100-107.
2. Утилизация попутного нефтяного газа (ПНГ). URL: https://www.grasys.ru/utilizadja-poputnogo-nefjyanogo-gaza-png/ (дата обращения 25.02.2019).
3. Утилизация попутного нефтяного газа на морских нефтегазовых добычных платформах: использование насосно-эжекторной системы для закачки воды и попутного нефтяного газа обратно в пласт на примере Приразломного месторождения. URL: http://ipktek.ru/templates/new_style_1/images/konkurs_2018/sekcii/Sek13/ dok3/pr3.pdf (дата обращения 25.02.2019).
4. Патент РФ № 2634445 МПК С01В 3/36 Технологический комплекс получения синтез-газа в установке по переработке ПНГ в синтетическую нефть на гравитационной платформе GTL / Брехов С.Д., Гуменюк А.В. и др. Опубл.: 2017. Бюл. № 31.
5. Патент РФ № 2547855 МПК E21B 43/00 (2006.01 )E21 B 43/34 (2006.01 ) Способ утилизации, сбора, переработки и использования попутного нефтяного газа и система для его осуществления / Ильюша А.В., Афанасьев В.Я. и др. Опубл.: 2015. Бюл. № 10.
6. Гимаева А.Р., Шаммазов А.М. Технологии и технические средства, применяемые для получения метанола на морских месторождениях // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2013. № 3. С. 40-46.
7. Соловьянов А.А., Андреева Н.Н., Крюков В.А., Лятс К.Г. Стратегия использования попутного нефтяного газа в Российской Федерации. М.: ЗАО «Редакция газеты «Кворум». 2008. 320 с.
8. Юнусов Р.Р., Шевкунов С.Н., Дедовец С.А. и др. Малотоннажные установки по производству метанола в газодобывающих районах Крайнего Севера // Газохимия. 2008. № 1. С. 58-60.
9. Долинский С.Э. Установки по производству метанола за полярным кругом // Газохимия. 2009. № 4. С. 14-18.
10. Аджиев А.Ю., Пуртов П.А. Подготовка и переработка попутного нефтяного газа в России: в 2 ч. Краснодар: ЭДВИ. 2014.
11. Соловьянов А.А. Проблемы использования попутного нефтяного газа в России // НефтеГазоХимия. 2015. № 1. С. 12-16.
12. Колбановский Ю.А., Буравцев Н.Н., Билера И.В., Россихин И.В. Конверсия биогаза в синтез-газ в реакторе с высокой теплонапряженностью // НефтеГазоХимия, 2015. № 1. С. 28-32.
13. Мегедь А.А., Аджиев А.Ю. Получение новой продукции из попутного нефтяного газа // НефтеГазоХимия, 2015. № 3. С. 39-43.
14. Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В. и др. Новые концепции развития малотоннажной газохимии // НефтеГазоХимия,.2014. № 4. С. 19-23.
15. Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В. О перспективах промысловых газохимических технологий на основе азотсодержащего синтез-газа // НефтеГазоХимия.2016. № 4. С. 14-23.
16. Буравцев Н.Н., Колбановский Ю.А., Россихин И.В. Влияние сезонных изменений состава попутного нефтяного газа при его оксипиролизе для одностадийного получения смеси ацетилена с синтез-газом в проточном реакторе идеального вытеснения // НефтеГазоХимия, 2017. № 4. С. 5-8.
REFERENCES
1. Gulyanskiy M.A., Kotenko A.A., Krasheninnikov Ye.G., Potekhin S.V. Methods of utilization of petroleum gas: technological and economic aspects, new solutions based on membrane technologies. SFERANEFTEGAZ RF, 2013, no. 4 (37), pp. 100-107 (In Russian).
2. Utilizatsiya poputnogo neftyanogo gaza (PNG) (Disposal of associated petroleum gas (APG) Available at: https:// www.grasys.ru/utilizacija-poputnogo-nefjyanogo-gaza-png/ (accessed 25 February 2019).
3. Utilizatsiya poputnogo neftyanogo gaza na morskikh neftegazovykh dobychnykh platformakh: ispol'zovaniye nasosno-ezhektornoy sistemy dlya zakachki vody i poputnogo neftyanogo gaza obratno v plast na primere Prirazlomnogo mestorozhdeniya (Disposal of associated petroleum gas on offshore oil and gas production platforms: use of pumping-ejector system for pumping water and associated petroleum gas back into the reservoir using the example of the Prirazlomnoye field) Available at: http://ipktek.ru/templates/new_style_1/images/konkurs_2018/sekcii/Sek13/dok3/ pr3.pdf (accessed 25 February 2019).
4. Brekhov S.D., Gumenyuk A.V. Tekhnologicheskiy kompleks polucheniya sintez-gaza v ustanovke po pererabotke PNG v sinteticheskuyu neft' na gravitatsionnoy platforme gTl [Technological complex for production of synthesis gas in an installation for processing APG into synthetic oil on a GTL gravitational platform]. Patent RF, no. 2634445, 2017.
5. Il'yusha A.V., Afanas'yev V.YA. Sposob utilizatsii, sbora, pererabotki i ispol'zovaniya poputnogo neftyanogo gaza i sistema dlyayego osushchestvleniya [Method for utilization, collection, processing and use of associated petroleum gas and a system for its implementation]. Patent RF, no. 2547855, 2015.
6. Gimayeva A.R., Shammazov A.M. Technologies and technical means used to produce methanol at offshore fields. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2013, no. 3, pp. 40-46 (In Russian).
7. Solov'yanov A.A., Andreyeva N.N., Kryukov V.A., Lyats K.G. Strategiya ispol'zovaniya poputnogo neftyanogo gaza v Rossiyskoy Federatsii [Associated petroleum gas utilization strategy in the Russian Federation]. Moscow, Redaktsiya gazety «Kvorum» Publ., 2008. 320 p.
8. Yunusov R.R., Shevkunov S.N., Dedovets S.A. Low-tonnage plants for the production of methanol in gas-producing regions of the Far North. Gazokhimiya, 2008, no. 1, pp. 58-60 (In Russian).
9. Dolinskiy S.E. Installations for the production of methanol beyond the Arctic Circle. Gazokhimiya, 2009, no. 4, pp. 14-18 (In Russian).
10. Adzhiyev A.YU., Purtov P.A. Podgotovka i pererabotka poputnogo neftyanogo gaza v Rossii [Preparation and processing of associated petroleum gas in Russia]. Krasnodar, EDVI Publ., 2014.
11. Solov'yanov A.A. Problems of the use of associated petroleum gas in Russia. NefteGazoKhimiya, 2015, no. 1, pp. 12-16 (In Russian).
12. Kolbanovskiy YU.A., Buravtsev N.N., Bilera I.V., Rossikhin I.V. Conversion of biogas to synthesis gas in a reactor with high thermal stress. NefteGazoKhimiya, 2015, no. 1, pp. 28-32 (In Russian).
13. Meged' A.A., Adzhiyev A.YU. Making of new products from associated petroleum gas. NefteGazoKhimiya, 2015, no. 3, pp. 39-43 (In Russian).
14. Arutyunov V.S., Savchenko V.I., Sedov I.V., Makaryan I.A., Shmelev V.M., Aldoshin S.M. New concepts for the development of low-tonnage gas chemistry. NefteGazoKhimiya, 2014, no. 4, pp. 19-23 (In Russian).
15. Arutyunov V.S., Savchenko V.I., Sedov I.V. On the prospects of field gas chemical technologies based on nitrogen-containing synthesis gas. NefteGazoKhimiya, 2016, no. 4, pp. 14-23 (In Russian).
16. Buravtsev N.N., Kolbanovskiy YU.A., Rossikhin I.V. The effect of seasonal changes in the composition of associated petroleum gas during its hydroxypyrolysis for one-step production of a mixture of acetylene and synthesis gas in a flow-through reactor of ideal displacement. NefteGazoKhimiya, 2017, no. 4, pp. 5-8 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Гимаева Алина Рашитовна, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Хасанов Ильнур Ильдарович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Alina R. Gimaeva, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Ilnur I. Khasanov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
