Использование программного обеспечения Unisim Design в моделировании промысловых сетей сбора и объектов подготовки нефти и газа

В статье рассмотрены осложнения при добыче и транспортировке нефти и газа — актуальная проблема нефтегазовых предприятий. В целях прогнозирования образования газогидратов, асфальтосмолопарафиновых отложений, а также для оптимизации промысловых сетей и объектов подготовки нефти целесообразно использовать современные программные комплексы, а именно Unisim Design. На основе данного программного обеспечения была смоделирована и усовершенствована установка низкотемпературной сепарации газа.

Ключевые слова: программный комплекс, низкотемпературная сепарация, подготовка газа, осложнения при добыче.

Падение качества добываемых углеводородов и, как следствие, трудности получения их производных, осложнения при транспортировке нефти и газа, подбор эффективного и износостойкого оборудования в технологических схемах подготовки сырья — одни из существующих проблем в нефтегазовой отрасли. Причинами этого является ряд осложняющих факторов при добыче углеводородного сырья, к ним относятся запасы месторождений поздней стадии, где увеличивается доля трудноизвлекаемых запасов, тяжелой нефти. Трубопроводный транспорт сталкивается с осложнениями в виде различного рода осложнений, среди которых асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО), эмульсии, гидраты и неорганические соли.

АСПО представляют собой сложную смесь углеводородов с массовыми долями парафинов и асфальтосмолистых компонентов 25 % и 75 % соответственно. Катализаторами образования данного рода отложений являются снижение температуры в насосно-компрессорных трубах, изменение скорости движения продукции скважины в них, фазовые переходы между компонентами. Это приводит к твердым отложениям на стенках труб и оборудования, что в свою очередь ведет к падению добычи, снижению эффективности работы оборудования и его износу [1].

Для газопроводного транспорта характерно образование газогидратных отложений, твердых кристаллических соединений, выпадающих из легких газовых компонентов и водяных паров. Основными причинами их образования являются определенные термобарические условия, а именно, низкая температура и высокое давление, а также большая доля свободной воды в составе газа [2].

Со всеми видами приведенных осложнений найдены с различной эффективностью методы борьбы от механических до химических способов воздействия. Тем не менее, это лишь одна из сторон проблемы, с целью прогнозирования данных осложнений, оптимизации и проектировании и трубопроводного транспорта, систем сбора и подготовки необходимо использовать существующие цифровые технологии и программные комплексы. Одним из таких является программное обеспечение Unisim Design от компании Honeywell [3].

UniSim Design — это удобная интерактивная программная среда для создания моделей технологических процессов, позволяющая инженерам создавать статические и динамические модели, применяемые для проектирования технологических установок, контроля производственных показателей, поиска и устранения неполадок, оптимизации производственных операций, планирования деятельности предприятия и управления активами.

Целый ряд существенных компонент, которые входят в программу UniSim Design, делают ее мощным инструментом моделирования стационарных режимов работы технологических схем [4]. Опыт использования программного обеспечения UniSim Design в моделировании объектов подготовки нефти и газа представлен далее.

В программном комплексе UniSim Design была смоделирована схема подготовки газа методом низкотемпературной сепарации. В начале разработки месторождения для контроля за температурным режимом в технологической схеме был предусмотрен клапан, в котором за счет эффекта Джоуля-Томсона достигались необходимые параметры работы низкотемпературного сепаратора (НТС). Были проведены расчеты с целью установления влияния термобарических условий на долю выхода жидкой фазы углеводородов. В точке максимальной конденсации при увеличении давления растет доля жидкой фазы (рисунок 1), увеличение температуры газа влечет за собой уменьшение доли конденсированных углеводородов и паров (рисунок 2)

Рис. 1. Влияние давления на выход жидкой фазы

Рис. 2. Влияние температуры на выход жидкой фазы

В процессе работы с исходной технологической схемой выяснилось, что подготовленный газ не соответствует отраслевым стандартам (рисунок 3).

Рис. 3. Исходная схема подготовки с дросселем

Исходя из этого, в схему подготовки была введена компрессорная установка (рисунок 4).

Рис. 4. Технологическая схема с компрессором

Результаты расчетов при перепаде давления в 3.7 МПа в сравнении дросселя и компрессорной установки приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнение параметров и свойств газа

В результате данных оптимизационных расчетов следует вывод, что применение компрессорной установки для достижения более низких температур эффективнее исходной компоновки схемы с дросселем. Компрессорная установка позволила обеспечить необходимый температурный коэффициент и параметр точки росы, и, как следствие, изменение качества подготовки газа и его соответствие отраслевому стандарту. Объем конденсата удалось сократить на 137 000 м ³ /сут, содержание в нем легких компонентов углеводородной смеси сократилось на 8 %.

Таким образом, программное обеспечение UniSim Design соответствует требованиям по инструментальным критериям для моделирования, оптимизации и решения промысловых задач в трубопроводном транспорте, объектах подготовки нефти и газа.

Литература:

1. Мазгаров, А. М. Технологии очистки попутного нефтяного газа от сероводорода / А. М. Мазгаров, О. М. Корнетова. — Казань: Казанский университет, 2015. — 70 c.
2. Швыдкий, В. С. Теоретические основы очистки газов: учебник для вузов / В. С. Швыдкий, М. Г. Ладыгичев, Д. В. Швыдкий. — Москва: Машиностроение- 1, 2001. — 502 с
3. Honeywell, UniSim Design tutorials and applications, Honeywell, 2010.
4. Al-Naumani, Y. H. Gas Phase Train in Upstream Oil & Gas Fields: Part-I Model Development / Y. H. Al-Naumani,