Авторы: С.Н. Половодов; С.В. Балмашева (Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №9/2015
Утилизация нефтяного газа является в настоящее время одной из самых актуальных экономических и экологических проблем в нефтедобывающей отрасли. Решением проблемы использования попутного нефтяного газа (ПНГ) является формирование условий, ориентированных на реализацию инновационных проектов, разработка и внедрение новых технологий утилизации ПНГ.
Еще одной актуальной областью в энергетике нефтяной отрасли является внедрение альтернативных источников энергии. Использование данного вида ресурсов станет решением проблемы энергоснабжения малых и крупных объектов нефтяной отрасли.
Развитие данных направлений может способствовать повышению экономической и экологической эффективности нефтяного сектора, реализации задач в сфере повышения энергоэффективности.
Технологии использования попутного нефтяного газа
Основные способы использования ПНГ, получившие наибольшее распространение в мировой практике:
- транспорт газа по газопроводам для дальнейшей переработки на ГПЗ;
- переработка ПНГ на промысле с получением сжиженного нефтяного газа (пропан-бутан) и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), стабильного газового бензина и др.;
- использование на собственные нужды месторождения:
- утилизация и переработка попутного газа в жидкие углеводороды (технологии GTL);
- закачивание газа в продуктивные пласты с целью поддержания пластового давления; водогазовое воздействие; закачивание в подземные хранилища газа;
- выработка электро-, тепловой и механической энергии с использованием газотурбинных (ГТЭС) и газопоршневых (ГПЭС) электростанций.
Согласно официальным данным, уровень использования ПНГ в нашей стране в 2012 г. составил в среднем 76%, из них 44% пошло на ГПЗ.
Выбор конкретного способа утилизации для каждого месторождения осуществляется с учетом геологофизических характеристик объекта и его близости к транспортно-промышленной инфраструктуре. При этом изучается текущее положение с использованием ПНГ на объекте, проводится анализ перспективных отечественных и зарубежных технологий и оборудования для утилизации ПНГ, а также исследование рынка сбыта продукции переработки газа и необходимых трудовых ресурсов.
В зависимости от объемов производства рекомендуется использовать ресурсы ПНГ следующим образом.
| Объем производства | Использование ПНГ |
| Небольшой | Покрытие собственных энергетических нужд |
| Увеличенный | Производство электроэнергии и первичная переработка с получением СОГ как топлива для котельных и ШФЛУ для сброса в нефтяной коллектор |
| 50…150 млн. м3/год | Переработка с получением СОГ и электроэнергии |
| Более 150 млн. м3/год | Переработка в СОГ, ШФЛУ |
Перспективные технологии утилизации ПНГ
Переработка ПНГ непосредственно на месторождении. Традиционно переработка ПНГ была ориентирована в первую очередь на крупные месторождения.
А для средних и малых месторождений создания инфраструктуры не предполагалось. В связи с этим сегодня актуальна задача разработки и реализации таких технологических схем и оборудования, которые позволят эффективно решать проблему утилизации ПНГ практически для всех нефтяных и газовых месторождений.
Одним из основных направлений в решении этой задачи является переход к разработке и изготовлению в заводских условиях небольших модульных газоперерабатывающих установок (мини-заводов), мобильного блочного оборудования, работающего как по упрощенной схеме переработки ПГ с выделением ШФЛУ, так и с более глубокой переработкой – по технологии GTL.
Сухой газ, оставшийся после выделения ШФЛУ, может быть направлен на газоэлектрогенераторы для получения электроэнергии, а также использоваться для газоснабжения близлежащих населенных пунктов и промышленных объектов; «синтетическую нефть» можно смешивать с природной нефтью и транспортировать по существующим нефтепроводам.
Закачивание ПНГ в пласт. Не менее перспективным способом использования ПНГ на месторождениях с низкопроницаемыми коллекторами является закачивание газа (газовое, водогазовое воздействие) в продуктивный пласт, газовую шапку месторождений, пласты, используемые в качестве подземных хранилищ газа, а также закачивание газа в составе мелкодисперсной водогазовой смеси (ВГС). При закачивании ВГС не нужны дорогие компрессоры высокого давления с развитой инфраструктурой вспомогательных систем подготовки газа.
Внедрение объектов малой энергетики. Использование ПНГ для выработки электроэнергии в настоящее риант, практически не имеющий альтернативы.
При строительстве газотурбинных и газопоршневых установок используется блочно-модульное оборудование высокой заводской готовности с инженерными системами, обеспечивающими его надежную и экономичную работу, что позволяет менять мощность, увеличивая или уменьшая число модулей. Это оборудование способно работать на неподготовленном ПНГ с переменным компонентным составом, различной теплотворной способностью и содержанием сероводорода до 7%.
Совмещение способов утилизации ПНГ. На практике в большинстве случаев способы утилизации совмещают.
Так, для обеспечения закачки в пласт или сжатия для транспортировки часть газа отправляют на питание приводящего компрессора с целью генерации электроэнергии на месте предварительно подготавливают топливный газ, а из образующегося при компримировании конденсата получают стабильный конденсат, закачиваемый в сырую нефть. Более перспективными могут быть технологии сочетающие закачку ПНГ с переработкой. Из пласта извлекается нефть вместе с растворенным и попутными газами. Из газа отделяется конденсат и часть осушенного газа сжигается на электростанции для получения электроэнергии с образованием выхлопных газов. Выхлопные газы закачиваются в газоконденсатную шапку («сайклинг-процесс») для повышения конденсатоотдачи.
Комбинированные методы использования ПНГ
Комплексы использования попутного нефтяного газа типа «ИПГ». Применение комплексов использования ПНГ типа «ИПГ» на месторождениях и других объектах нефтяной отрасли. Суть технологии заключается в термической переработке ПНГ с рекуперацией вырабатываемой тепловой энергии, используемой для подогрева нефти (перед подачей в нефтепровод) и пластовой воды (перед закачкой в скважину) или для других нужд нагрева любых сред.
При этом в рамках процесса дополнительно происходит:
- термическое уничтожение сточных вод;
- использование свободной тепловой энергии на иные нужды объекта.
Производительность комплексов (модельный ряд):
- по ПНГ – 800…10 000 м3/ч;
- по стокам – 0,5…6,0 м3/ч.
Комплексы термического обезвреживания отходов типа «КТО». Использование комплексов термического обезвреживания отходов типа «КТО». Назначение комплексов КТО – это экологически чистое уничтожение отходов производства и потребления методом высокотемпературного сжигания с последующей очисткой дымовых газов.
Виды отходов к обезвреживанию (в зависимости от исполнения):
- нефтешламы и отработанные масла, нефтепленка и т.д.;
- твердые бытовые и строительные отходы;
- нефтезагрязненные грунты, буровые растворы;
- отходы после очистки сточных вод;
- хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды;
- любые иные отходы III–V классов опасности в твердой, жидкой, шламообразной и газообразной форме.
Использование комплексов «ИПГ» и «КТО» имеет ряд преимуществ:
| Соответствие технологии экологическим требованиям, наличие всей необходимой разрешительной документации и широкий опыт применения | Гарантия прохождения экспертизы и отсутствия проблем с надзорными органами при эксплуатации объекта |
| Возможность уничтожения широкого перечня отходов (в том числе в рамках одной единицы оборудования) | Решение проблем с отходами на объекте, сокращения изымаемой площади, капитальных и эксплуатационных расходов |
| Максимальное сокращение объема отходов | Оптимизация процесса и сокращение затрат на обращение с отходами |
| Возможность использования широкого перечня видов топлива (дизельное топливо, природный газ, ПНГ, печное топливо и т.д.) | Универсальность при размещении, сокращение расходов |
| Возможность применения в условиях Крайнего Севера | Универсальность (часто безальтернативность) применения |
| Возможность рекуперации тепловой и электрической энергии | Сокращение расходов при эксплуатации объекта |
При этом возможна одновременная подача отходов различной формы.
Новые технологии подготовки ПНГ
Все методы утилизации нефтяного газа требуют предварительной подготовки. Для одних методов подготовка газа является обязательной, без нее процесс утилизации технически не может быть реализован. Для других методов использование неподготовленного газа допустимо, но снижает их эффективность.
Подготовка газа с помощью мембранной технологии позволяет понизить температуру точки росы по воде и углеводородам, увеличить метановое число, уменьшить содержание сероводорода и меркаптанов. Мембранные установки размещаются в стандартных контейнерах в виде модулей.
Предлагаемые методы утилизации ПНГ
Существует несколько способов эффективного использования ПНГ:
- переработка ПНГ на месте добычи с использованием метода криогенного разделения на фракции (строительство модульных комплексов для выработки электрической и тепловой энергии и получения сжиженных углеводородных газов);
- использование ПНГ в системах двухтопливного режима работы дизель-генераторных установок (модернизация дизель-электрических станций);
- транспорт продукции скважин мультифазными установками на центральные пункты подготовки и перекачки нефти или крупные ГПЗ;
- перевод существующих котельных, печей и путевых подогревателей на месторождениях и объектах предприятий на ПНГ и использование в качестве топливного газа (передача сторонним организациям).
Необходима разработка нормативных документов, регламентирующих проведение технико-экономических расчетов по выбору вариантов использования ПНГ.
Реализация объектов утилизации ПНГ ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»
Утилизация ПНГ на месторождениях ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» осуществляется посредством:
- подготовки ПНГ к транспорту и подачи на переработку основным потребителям газа. В рамках проектов предусматривается строительство минигазокомпрессорных станций и газопроводов;
- выработки электроэнергии.
В выполненных проектах по утилизации ПНГ в Пермском крае решены следующие задачи:
- повышение процента эффективной утилизации ПНГ;
- обеспечение собственной электроэнергией технологических объектов на месторождениях;
- улучшение экологичной обстановки.
Использование нетрадиционных источников энергии на нефтепромыслах
Создание интеллектуальной системы управления технологическими процессами жизнеобеспечения (отопления, вентиляции, кондиционирования и ГВС) с использованием теплового насоса в административно-бытовых и производственных зданиях. В настоящее время в нефтяной отрасли отмечается стремительное уменьшение запасов активной нефти, в связи с чем требуется освоение месторождений трудноизвлекаемой нефти. Как правило, такие месторождения располагаются в удаленных и труднодоступных районах, где нет необходимой инфраструктуры и освоенных территорий. В связи с этим обустройство данных месторождений требует колоссальных затрат.
Решением комплекса проблем по энергообеспечению в обустройстве вновь вводимых месторождений (и существующих) может стать создание эффективной интеллектуальной системы управления технологическими процессами жизнеобеспечения (отопление, вентиляция, кондиционирование, ГВС) с использованием теплового насоса в административно-бытовых и производственных зданиях. Данная система является независимой от внешней инфраструктуры и не требует высоких эксплуатационных затрат.
В рамках разработки системы был проведен расчет, проектирование и технико-экономическое сравнение двух вариантов систем для типового административнопроизводственного здания (см. рисунок).
- вариант 1 – система отопления и теплоснабжения, работающая от тепловых сетей;
- вариант 2 – система отопления и теплоснабжения, работающая от теплового насоса, утилизирующего низкопотенциальную теплоту.
По результатам расчетов и итогам проведенного технико-экономического анализа была выбрана система на основе теплового насоса. Разработан пробный проект системы отопления и вентиляции типового административно-производственного здания.
В данной системе тепловой насос принят в качестве основной установки для теплоснабжения здания. Резервным источником тепловой энергии является электрокотел, который подключен параллельно.
Для устойчивой работы теплового насоса необходим источник низкопотенциальной теплоты. В проекте в качестве источника условно принята любая жидкая среда с температурой не менее 5°С в зимний период. Это может быть подтоварная вода, нагретая нефтяная эмульсия, нагретая нефть после стадии подготовки, вода для нужд ППД, а также геотермальная теплота или иные источники низкопотенциальной теплоты. Система отопления и вентиляции типового здания спроектирована на наружные параметры окружающей среды Пермского края.
Представленный проект возможен к применению для зданий различного функционального назначения, расположенных в районах с неразвитой инфраструктурой, труднодоступных районах, а также для реконструируемых зданий и сооружений.
Создание автономных систем теплоснабжения и энергоснабжения с использованием гелиоколлекторов и фотоэлектрических станций. Гелиоколлекторы – это устройства, которые, поглощают солнечное излучение, преобразуют его в тепловую энергию и в дальнейшем передают ее теплоносителю. Фотоэлектрическая станция – инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию.
Для создания независимых систем энергоснабжения объектов обустройства месторождений предлагается совместное применение установок, в основе которых лежит использование нетрадиционных источников энергии. С помощью гелиоколлекторов и фотоэлектрических станций возможно получение тепловой и электрической энергии, т.е. создание автономной систем теплоснабжения и энергоснабжения объекта. Применение данных систем возможно для временных сооружений на момент разведки и бурения; модульных и легковозводимых сооружений; зданий и сооружений на удаленных месторождениях, а также для административно-бытовых и технологических зданий на производственных площадках.
Таким образом, современный уровень развития технологий позволяет практически полностью утилизировать ПНГ.
Применение новых технологий для эффективного использования ПНГ требует оснащения промыслов необходимой инфраструктурой и, как следствие, привлечения значительных финансовых ресурсов. В связи с этим важной задачей является нахождение экономически целесообразных вариантов использования ПНГ.
Использование ПНГ как ресурса для газонефтехимии обусловлено рядом причин, в том числе:
- необходимостью освоения капиталоемких нефтяных месторождений с высоким содержанием жирных газовых фракций;
- необходимостью эффективного «безотходного» и глубокого использования всей углеводородной цепочки;
- необходимостью инновационного развития нефтегазового сектора.
Развитие газонефтехимии может стать коммерчески выгодным видом деятельности, позволит повысить экономику региона и улучшить экологическую обстановку на территории в целом.
Внедрение альтернативных источников энергии – перспективная задача, решение которой позволит снять комплекс проблем, связанных с энергообеспечением малых и крупных объектов нефтяной отрасли.
Использование инновационных методов построения технологических процессов в обустройстве и эксплуатации добывающих месторождений позволит значительно снизить затраты на содержание отдельного здания, производственного комплекса и в целом месторождения, что снизит себестоимость добытой нефти.
