CC BY
66
УДК: 622.279.72
Промысловые испытания экологически безопасного малорасходного ингибитора образования газовых гидратов кинетического действия
В.Д. Балашова1*, И.А. Чернышев2, О.Ю. Коновальчук1
1 Филиал ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в г. Ухта, Российская Федерация, 169314, Республика Коми, г. Ухта, ул. Севастопольская, д. 1а
2 ООО «Газпром инвест», Российская Федерация, 196210, г. Санкт-Петербург, ул. Стартовая, д. 6, лит. Д
* E-mail: [email protected]
Ключевые слова:
кинетический ингибитор, газовые гидраты, метанол, полимер, пониженный расход, промысловые испытания, эффективность.
Тезисы. Основным ингибитором гидратообразования на отечественных объектах газо- и нефтедобычи до настоящего времени является метанол (яд), и альтернативы ему для широкого применения пока не найдено.
Разработан, запатентован и испытан новый экологически безопасный ингибитор гидратообразования кинетического действия «КИГ-Дельта» с пониженным расходом. Промысловые испытания «КИГ-Дельта» проводились по заранее разработанной и утвержденной программе в два этапа: первый этап - подтверждение образования газовых гидратов в технологическом оборудовании на исследуемом участке; второй этап - испытание и определение эффективности кинетического ингибитора гидратообразования.
Анализ результатов промысловых исследований подтверждает эффективную работу «КИГ-Дельта», так как в сравнении с метанолом, применяемым традиционно на газовых промыслах, получены больший период времени до момента образования газовых гидратов (91 ч, или ~4 сут, против 1...7 ч) и пониженный в 5...6 раз удельный расход ингибитора.
Добыча, промысловая подготовка и транспортировка природного газа при особых условиях сопровождается образованием газовых гидратов, приводящим к различным осложнениям технологического процесса: от нарушения режима работы производственного объекта до аварийных ситуаций. Основным ингибитором гидратообразования на отечественных объектах газо- и нефтедобычи до настоящего времени является метанол (яд), и альтернативы ему для широкого применения пока не найдено.
Филиалом ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в г. Ухта совместно с ООО «Дельта-пром инновация» по заданию ПАО «Газпром» разработан, запатентован и испытан экологически безопасный ингибитор гидратообразования кинетического действия с пониженным его расходом [1].
Приготовление опытной партии кинетического ингибитора «КИГ-Дельта» (далее - КИГ) производилось путем смешения двух основных компонентов: низкомолекулярных циклических полимеров (10 %) и спиртосодержащего растворителя (фракция головная этилового спирта - эфироальдегидная фракция). Смесь низкомолекулярных циклических полимеров, в свою очередь, состояла в равных долях из водорастворимых поливинилкапролактама и поливинилпирролидона. Поскольку ингибитор планировался к применению на объектах, находящихся в холодной климатической зоне, использован незамерзающий растворитель - этиловый спирт. Смешение компонентов осуществлялось в емкости с помощью насоса, обеспечивающего циркуляцию жидкости в течение 30 мин до получения гомогенной смеси, при атмосферном давлении и температуре окружающей среды -10 °С.
Опытная партия КИГ изготовлена по результатам лабораторных и экспериментальных исследований и доставлена для промысловых испытаний на одно из месторождений Вуктыльского геолого-экономического района. На момент испытаний ингибитора скважины месторождения характеризовались следующими устьевыми показателями: давлением 2,6...6,8 МПа и температурой 0...12 °С. Продукция скважин состояла из газа (в основном метана), газового конденсата и пластовой воды.
Дебит скважин варьировал по газу от 14 до 83 тыс. м3/сут, газовому конденсату - от 0,1 до 13,9 т/сут, пластовой воде - до 0,2 м3/сут.
Высокие давления, низкая температура и наличие влаги в газовых потоках месторождения способствуют образованию газовых гидратов и вытекающим из этих условий осложнениям. С целью предотвращения гидратообразо-вания на месторождении используют метанол, который от разделительной панели по индивидуальным трубопроводам условным диаметром 25 мм направляется в скважины, шлейфы скважин перед задвижками, на сепараторы промысловой подготовки газа. Средний расход метанола по предприятию установлен в размере 1,08 кг на 1000 м3 природного газа. При указанных объемах добычи газа суточный расход метанола на этом месторождении составлял приблизительно 280.. .346 кг.
Промысловые испытания КИГ проводились в два этапа по заранее разработанной и утвержденной программе на участке газопровода «шлейф скв. 21 - блок входных ниток (БВН) -теплообменник»: первый этап - подтверждение образования газовых гидратов в технологическом оборудовании на исследуемом участке; второй этап - испытание КИГ. Основной целью проведения промысловых испытаний являлось установление влияния и определение оптимального удельного расхода КИГ.
Диагностика начала образования газовых гидратов осуществлялась исходя из следующих критериев:
• перепадов давления и температуры. Скачок и дальнейший рост перепада давления по сравнению с начальным значением свидетельствуют о нарастании гидравлического сопротивления за счет уменьшения эффективного сечения потока вследствие отложения газовых гидратов на внутренней поверхности труб;
• изменения дебита скважины по газу в сравнении с измеренным до начала испытаний значением, соответствующим безгидратно-му режиму работы скважины;
• концентрации ингибитора в пробах газа и газового конденсата, взятых из точек отбора на устье скважины, на выходе замерного сепаратора С-1 з.
Принципиальная технологическая схема подачи КИГ с устья скважины, используемая при проведении промысловых испытаний, приведена на рис. 1. КИГ подавался устройством 22 в точку ввода ингибитора, расположенную между задвижками 4 и 5, далее по шлейфу совместно с продукцией скважины поступал на БВН установки комплексной подготовки газа (УКПГ).
Промысловые испытания проходили в летний период в течение специально отведенного для этого времени - с 22 июня по 8 июля.
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема подачи КИГ:
1... 13 - задвижки; 14 - факельная линия; 15 - шлейф скважины; 16.21 - вентили; 22 - установка для дозированной подачи ингибитора (СУДР-1-1,6-1-20-150-М производства ООО «Позитрон», г. Пермь); 23 - задвижка метанольной линии; 24 - задавочные линии;
М - метанол
Для регистрации давлений в насосно-компрес-сорных трубах (НКТ) - буферного - и на входе УКПГ (давление в шлейфе скважины на БВН) были установлены электронные самопишущие манометры типа МТГ-20У Объем газа сепарации регистрировался самопишущим дифференциальным манометром, расположенным после замерного сепаратора. В течение промысловых испытаний КИГ перепад в шлейфе скважины между буферным давлением и давлением на БВН стабильно укладывался в пределы 0,03...0,04 МПа. Метанол подавался периодически для удаления газовых гидратов с целью стабилизации технологических параметров работы скважины.
22 июня скважина была запущена в работу по НКТ на замерный сепаратор С-1з. Давление на БВН поддерживалось согласно технологическому режиму на уровне 4,85 МПа при помощи регулируемого штуцера, расположенного на БВН. В процессе работы скважины отмечено повышение давления на БВН, что свидетельствует об образовании газовых гидратов после регулируемого штуцера. Ликвидация газовых гидратов осуществлялась путем полного или частичного открытия штуцера.
23 июня с целью проведения газодинамических исследований скважины и поддержания давления сепарации в С-1з согласно технологическому режиму давление регулировалось при помощи штуцера, расположенного после теплообменника ТО-1з. При выполнении газодинамических исследований 23 и 24 июня
дебит скважины по газу составлял от 35 до 40 тыс. м3/сут, газовому конденсату - от 9,5 до 10,5 м3/сут; воде - от 0,03 до 0,04 м3/сут.
В период с 23 по 29 июня скважина работала нестабильно вследствие образования газовых гидратов после регулируемого штуцера теплообменника ТО-1з. Давление на БВН изменялось от 4,0 до 5,5 МПа, дебит газа сепарации - от 32,3 до 52,9 тыс. м3/сут. Метанол подавался периодически с целью предотвращения образования «глухой» гидратной пробки в технологическом оборудовании. Подача метанола осуществлялась отдельным дозирующим насосом с расходом 0,4 м3/сут в газовый поток после замерного сепаратора С-1з и в шлейф скважины на БВН.
С 29 июня начаты работы по испытанию КИГ. Подача КИГ осуществлялась на устье скважины в ее шлейф и далее в систему сбора газа. В начальный период (в течение 3 ч 10 мин) КИГ подавался с повышенным расходом (ударная дозировка) 60 л/сут (рис. 2). Далее расход был снижен до 15 л/сут, что составило 15 % от содержания воды в продукции скважины согласно технологическому режиму.
В связи с тем что КИГ поступал совместно с добываемой продукцией в замерный сепаратор С-1з и частично оставался в сепараторе, 30 июня регулировка давления осуществлялась штуцером, расположенным на БВН. Поэтому в дальнейшем замеры объемов добычи газа не производились.
^ 6
1\ .л , ¡1 1 А
-- --- -- --- Л ¿у. --- 'и л \ г*Г А ч
о СМ О о -с£ 1-0 1р - с, с с Образование газовых гидратов после ругулируемого штуцера ТО-1з с последующим разжатием штуцера для удаления гидратов В 18:45 расход КИГ снижен до 15 л/сут
о ; о:
<о
о ; о •
Подача метанола в НКТ со стороны задавочной линии отдельным дозирующим насосом С 15:35 начало постоянной подачи КИГ с расходом 60 л/сут
— давление на БВН — перепад давления по шлейфу скважины - 1 1-1 1 1 1 ■ ........
| <ч т о с^ с^ с^ о
Время, чч:мм
Рис. 2. Динамика давлений по скв. 21 на 29 июня
5
4
3
2
1
0
3 7 а 6
и н
" 5 4 3 2 1 0
В 00:15 скважина остановлена из-за образования гидратной пробки в НКТ с 09:20 до 16:00-удаление гидратной пробки из НКТ 1 1
I
- т
Р
1
[/
До 08:10 расход КИГ составляет 9 л/сут, далее подача КИГ остановлена
1
} 1 -- ■
I / 1 ¿11 \ , 1
В 16:04 скважина пущена в работу по НКТ. С 16:04 до 18:00 - регулировка давления штуцером на БВН до технологического значения
С 16:15 возобновлена подача КИГ с расходом 9 л/сут
Время, чч:мм
Рис. 3. Динамика давлений по скв. 21 на 4 июля: см. экспликацию к рис. 2
С 30 июня по 3 июля расход КИГ снижали до 9 л/сут. При этом скважина работала стабильно без образования газовых гидратов после регулируемого штуцера на БВН. Незначительные изменения давления связаны с регулировкой штуцера.
4 июля скважина остановлена из-за образования газовых гидратов в НКТ, что не связано с исследуемым участком. После перевода скважины на факельную линию и снижения давления в НКТ до 0,2 МПа гидратная пробка из скважины была удалена и испытания продолжены (рис. 3).
5 июля расход КИГ для подачи в шлейф снижен до 6 л/сут. В дальнейшем скважина работала нестабильно с периодическим образованием газовых гидратов в НКТ «ниже» фонтанной арматуры. При этом также отмечалось образование гидратов в зоне эксперимента -после регулируемого штуцера, расположенного на БВН. Последнее, вероятно, связано с тем, что дозировка КИГ в объеме 6 л/сут недостаточна для этих условий.
9 июля работы по испытанию КИГ приостановлены, так как скважина была передана для проведения плановых газодинамических исследований. Результаты промысловых испытаний КИГ, проведенных в период с 29 июня по 9 июля, подтверждены протоколом и актом исследований. Отмечено, что без подачи метанола образование газовых гидратов после регулируемых штуцеров, расположенных на блоке входных ниток и после
теплообменника, происходит с периодичностью 1.. .7 ч.
В период испытаний подача КИГ с устья скважины в шлейф для обеспечения безгид-ратного режима работы исследуемого участка промысловой системы осуществлялась в режиме понижающихся дозировок (удельных расходов) 15, 12, 9 и 6 л/сут. При первых трех дозировках ингибитора система работала без образования гидратов в течение 91 ч. При удельном расходе КИГ 6 л/сут (0,25 л/ч) началось образование газовых гидратов (наблюдалось по росту давления на БВН). В связи с тем что провести дальнейшую оптимизацию удельного расхода КИГ между 6 и 9 л/сут по объективным причинам не представилось возможным, для рассматриваемых условий оптимальной принята дозировка ингибитора 9 л/сут (0,4 л/ч).
Объем добываемого природного газа из скв. 21 в течение проведения промысловых испытаний КИГ изменялся в пределах 32.50 тыс. м3/сут со средним значением 45 тыс. м3/сут. Анализ результатов испытаний подтверждает эффективность КИГ, так как в сравнении с метанолом достигнуты больший период времени до образования газовых гидратов (91 ч, или ~4 сут, против 1.7 ч) и в 5.6 раз меньший удельный расход ингибитора.
Таким образом, проведение комплексных теоретических, лабораторных и промысловых исследований ингибиторов кинетического действия сохраняет актуальность
и целесообразность с точки зрения определения основных условий успешной реализации мероприятий по предотвращению проблем, обусловленных образованием газовых гидратов. Кроме того, ситуация Крайнего Севера, в которой находится основная часть газодобывающих объектов ПАО «Газпром», требует применения новых эффективных и безопасных технологий, поэтому использование на промыслах экологически безопасных химических реагентов, в том числе ингибиторов гидратообразования, является
весьма перспективным направлением оптимизации производственного процесса добычи и промысловой подготовки углеводородов.
Список литературы
1. Пат. 2481375 Ш, МПК С09К 8/524. Ингибитор гидратообразования кинетического действия / В.А. Волков, В. Д. Балашова, И.А. Чернышев и др. - № 2011150053/03; заявл. 08.12.2011; опубл. 10.05.2013, бюл. № 13.
Field tests of the environment-friendly kinetic low-consumption inhibitor of gas hydrates
V.D. Balashova1*, LA Chernyshov2, O.Yu. Konovalchuk1
1 Ukhta Subsidiary of Gazprom VNIIGAZ LLC, Bld. 1a, Sevastopolskaya street, Ukhta, Komy Republic, 169314, Russian Federation
2 Gazprom Invest LLC, Bld. 6D, Startovaya street, St.-Petersburg, 196210, Russian Federation * E-mail: [email protected]
Abstract. Nowadays, domestic facilities of gas and oil production mostly apply methanol (poison) as a hydrate inhibitor, and as yet there is no alternative to methanol for correspondent industrial applications.
A new "KIG-Delta" environment-friendly kinetic low-consumption hydrate inhibitor is developed, patented and tested. Field tests of "KIG-Delta" have been carried out according to a previously prepared and adopted program in two stages: first stage supposed confirmation of gas hydrates generation inside the process equipment at a site being studied; second stage included testing and performance estimation of the said kinetic inhibitor.
Analysis of the field test results confirms efficiency of "KIG-Delta", as in comparison with methanol it gave greater time delay before beginning of hydrate generation (91 h against 1-7 h) and reduced (5-6 times) specific consumption of inhibitor.
Keywords: kinetic inhibitor, gas hydrates, methanol, polymer, low consumption, field tests, efficiency. References
1. GAZPROM PJSC. Hydrate growth inhibitor of kinetic action [Ingibitor gidratoobrazovaniya kineticheskogo deystviya]. Inventors: VOLKOV, V.A., V.D. BALASHOVA, I.A. CHERNYSHEV et al. 10 May 2013. Appl: 8 December 2011, no. 2011150053/03; RU 2481375, Int. Cl. am 8/524.
