В данной статье рассмотрен процесс подготовки продукции газовых скважин, который осуществляется в несколько этапов, а также различные методы подготовки, применяемые в наше время.
Ключевые слова : газ, примеси, подготовка газа, сорбция, сепарация.
Природный газ, получаемый с промыслов, содержит посторонние примеси: твердые частицы (песок и оскалину), конденсат тяжелых углеводородов, водяные пары и часто сероводород, и углекислый газ.
Присутствие в газе влаги, жидких углеводородов, агрессивных компонентов и механических примесей негативно влияет на пропускную способность газопроводов, увеличивает расход ингибиторов, способствует возникновению коррозионных процессов, повышает необходимую мощность газоперекачивающих агрегатов и т. д.
Все это приводит к снижению надежности работы технологических систем, повышает аварийные риски на компрессорных станциях и газопроводах. Более того, различные твердые механические примеси изнашивают металл и осаживаются на поверхностях теплообменных аппаратов, что приводит к ухудшению их тепловых характеристик [1].
Газ подготавливают, основываясь на следующих требованиях:
1) газ при транспорте не должен вызывать коррозию трубопровода, арматуры и т. д.;
2) качество газа должно обеспечить его транспорт в однофазном состоянии, то есть без выпадения и образования в газопроводе газовых гидратов, водяного конденсата и углеводородной жидкости;
3) товарный газ не должен создавать проблем у потребителя при его использовании.
Для соблюдения указанных требований, необходимо рассчитывать точку росы по воде, определять содержание углеводорода и содержание в газе механических примесей, кислорода и сернистых соединений [2].
Подготовка природного газа — это сложный комплексный процесс, который проводится в условиях непрерывного изменения состава сырья в результате снижения пластового давления при продолжительной эксплуатации месторождения.
Далее в статье будут рассмотрены основные этапы и методы подготовки газа на месторождении для дальнейшего транспорта к потребителю.
Для поддержания нормальной работы оборудования транспортной системы из газа необходимо удалить механические примеси. Этот этап осуществляется с использованием специальных пылеуловителей и в комбинации при разделении газожидкостных потоков в обычных газосепараторах.
Существует несколько видов аппаратов для очистки газа от механических примесей, которые различаются по принципу действия:
1) аппараты «сухого» принципа; отделение механических примесей осуществляется с использованием гравитационных и инерционных сил; к таким аппаратам относятся циклонные пылеуловители, гравитационные сепараторы, различные фильтры (тканевые, металлокерамические и др.);
2) аппараты «мокрого» принципа; в данном случае газовый поток смачивается промывочной жидкостью, полученная взвесь удаляется из установки для регенерации и затем возвращается в работу; к данным аппаратам относятся вертикальные и горизонтальные масляные пылеуловители и др.;
3) аппараты на основе принципа электроосаждения; подобные аппараты почти не используются для очистки природного газа.
Подбор типа пылеуловителя осуществляется на основе размера механических частиц и требуемой степени очистки [3].
Далее после удаления механических примесей газ необходимо осушить. Для этого широко применяются методы абсорбционной и адсорбционной осушки, а также метод низкотемпературной сепарации.
Абсорбция — избирательное поглощение газов и паров абсорбентами (жидкими поглотителями). В данном процессе осуществляется переход поглощаемого вещества из газовой в жидкую фазу. Обратный процесс, т. е. переход вещества из жидкой в газовую фазу, называется десорбцией. Как правило, оба процесса существуют в одном производственном цикле. В процессе десорбции целевой компонент удаляется из объема абсорбента. Условия протекания процесса абсорбции и десорбции противоположны. В процессе абсорбции газ растворяется в жидкости при повышенном давлении и пониженной температуре. Насыщенный абсорбент поступает в десорбер, где происходит его регенерация. Далее регенерированный абсорбент охлаждается и вновь поступает в абсорбер. Таким образом, получается замкнутая абсорбционно-десорбционная система.
В качестве примера абсорбции можно привести гликолевую осушку газа. В данном случае гликоль (диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ)) поглощает пары воды из газа. После регенерации раствор вновь подается в абсорбер.
Процессы адсорбции применяются, когда необходимо глубокое охлаждение газа для удаления влаги и тяжелых углеводородов. В этой ситуации можно получить точку росы (минус 30 0 С и ниже), которая требуется при транспортировке газа в районах севера.
Важное преимущество адсорбции — отсутствие необходимости в обязательной первичной осушке газа, т. к. гидрофильные адсорбенты (твердые поглотители) вместе с углеводородами поглощают и воду.
Адсорбенты — это твердые пористые вещества, имеющие большую удельную поверхность: активированный уголь (S уд = 500 1800 м 2 /г); силикагель — продукт обезвоживания гидрогеля кремниевой кислотой (S уд = 300 800 м 2 /г); цеолит — минералы, являющиеся водными алюмосиликатами кальция и натрия, а также искусственные цеолиты — пермутиты (S уд = 320 500 м 2 /г).
В процессе адсорбции извлекаемые компоненты концентрируются в объеме микропор на поверхности твердого сорбента. Эффективный радиус микропоры составляет 5 10 мкм. Эти капиллярные поры соизмеримы с молекулами адсорбируемого вещества, а его концентрация осуществляется в результате действия межмолекулярных сил. Процесс десорбции основан на том, что с увеличением температуры возрастает энергия сорбированных молекул, и они могут отделяться от адсорбента. Обычно десорбция осуществляется при температуре 180 320 0 С.
Адсорбционная установка как минимум из двух адсорберов. Процессы адсорбции и десорбции происходят в одном и том же аппарате попеременно. Когда в одном аппарате осуществляется насыщение адсорбента извлекаемым веществом, то в другом происходит десорбция и охлаждение.
Если в газе присутствует конденсат, то наряду с абсорбционной и адсорбционной осушкой, преимущественно в условиях газоконденсатных месторождений северных районов, используют метод низкотемпературной сепарации (НТС). Охлаждение газа и газового конденсата при НТС основано на двух методах: дросселирование и использование холодильных машин. Дросселирование основано на эффекте Джоуля-Томсона («дроссель-эффект»). Этот эффект заключается в изменении температуры газа при понижении давления на местном препятствии потоку газа, т. е. на дросселе.
Очистка природных газов от сероводорода и углекислоты осуществляется также сорбционными методами с применением твердых и жидких поглотителей. Абсорбционный метод называют мокрым, а адсорбционный — сухим методом очистки газа от кислотных компонентов [4].
В адсорбционном методе применяются такие твердые поглотители, как активированные угли, цеолит, окись цинка, гидрат окиси железа. Данный метод используется для очистки малых объемов газа.
Абсорбционный метод экономичнее и позволяет очищать большие объемы газа с повышенным содержанием кислых компонентов, а также дает возможность полностью автоматизировать процесс.
В абсорбционном методе различают несколько способов поглощения вещества абсорбентом:
1) поглощение кислых компонентов в результате их физического растворения абсорбентом (трибутилфосфатом, ацетоном);
2) поглощение кислых компонентов за счет физического растворения и при протекании химической реакции;
3) поглощение компонентов обусловлено их химическим взаимодействием с активной частью абсорбента.
В последнем случае поглощение кислых компонентов осуществляется при высоком давлении и умеренной температуре, а регенерация — при низком давлении и пониженной температуре. Примером служат процессы, где в качестве абсорбента используются алканоамины: моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (ТЭА), горячий раствор карбоната калия (поташ).
Фактически для очистки больших объемов газа с различным содержанием сероводорода и углекислого газа широко применяется абсорбционный метод с использованием водных растворов МЭА или ДЭА. Данные абсорбенты имеют щелочные свойства, поглощают угдекислый газ и сероводород, образуя карбонаты и бикарбонаты, сульфиды и бисульфиды.
Выбор технологической схемы очистки зависит от состава газа, необходимой глубины очистки и направления использования газа. Технологическая схема очистки газа от сероводорода и углекислого газа включает в себя оборудование для первичной очистки газа от твердых и жидких примесей, контакторы-абсорберы, аппараты для регенерации насыщенного раствора, а также аппаратуру по переработке сероводорода в элементарную серу и т. д.
Важным моментом является предупреждение гидратообразования. Для этого необходимо устранять основные условия образования гидратов: свободную влагу в газе, низкую температуру и высокое давление.
В соответствии с этим для предупреждение гидратообразования осуществляют осушку газа от влаги, поддерживают температуру газа выше температуры выпадения гидратов, а давление ниже давления гидратообразования [5].
Однако, наиболее эффективный метод предупреждения гидратообразования — ввод ингибитора в поток газа. На практике в качестве ингибиторов широко применяют гликоли, спирты и электролиты. Растворяясь в воде, находящейся в газовом потоке, ингибиторы понижают давление паров воды. При этом, если гидраты и будут образовываться, то только при более низкой температуре. Введение ингибитора при уже образовавшихся гидратах также снижает давление паров воды и равновесие «гидрат-вода» нарушается, упругость паров воды над гидратами становится большей, чем над водным раствором, что и приводит к разложению гидратов. В качестве антигидратных ингибиторов широко используют хлористый кальций и диэтиленгликоль (ДЭГ) и др.
В конечном итоге выбор способа очистки продукции газовых скважин зависит от состава сырья и требований к конечному продукту.
Литература:
- Эксплуатация магистральных нефтегазопроводов [Текст]: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки «Нефтегазовое дело» / С. Ю. Подорожников [и др.]; под общ. ред. Ю. Д. Земенкова; ТюмГНГУ. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2014
- Техника и технологии сбора и подготовки нефти и газа [Текст]: учебное пособие для студентов образовательных организаций высшего образования, обучающихся по направлению подготовки «Нефтегазовое дело» / Ю. Д. Земенков [и др.]; ред. Ю. Д. Земенков; — Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. — 159 с.
- Слышенков В. А. Оборудование для сбора и подготовки нефти и газа [Текст]: учебное пособие / В. А. Слышенков, А. В. Деговцов — Москва: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2012. — 64 с.
- Шаймарданов В. Х. Процессы и аппараты технологий сбора и подготовки нефти и газа на промыслах [Текст]: учебное пособие / В. Х. Шаймарданов. — Ижевск: НИЦ Регулярная и хаотичная динамика, Институт компьютерных исследований, 2013. — 508 с.
- Сбор и подготовка нефти и газа [Текст]: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» направления «Нефтегазовое дело» / Ю. Д. Земенков [и др.]. — Москва: Академия, 2009. — 159 с.
