Разработка энергосберегающих технологий подготовки газа валанжинских залежей Уренгойского месторождения в компрессорный период эксплуатации

Актуальность проблемы.

Добыча природного газа и газового конденсата в России в обозримой перспективе будет связана с эксплуатацией существующих и новых газовых и газоконденсатных месторождений Крайнего Севера. В настоящее время большинство эксплуатируемых здесь крупных месторождений находится на стадии падающей добычи. Однако и после начала разработки новых месторождений полуострова Ямал и арктического шельфа одним из основных поставщиков углеводородного сырья в стране останется район Большого Уренгоя.

Уренгойское нефтегазоконденсатное месторождение (УНГКМ) имеет сложное геологическое строение и включает газовые, газоконденсатные и нефтяные залежи в широком стратиграфическом диапазоне от сеномана до юры. Основные разрабатываемые запасы жидких углеводородов сосредоточены в ва-ланжинских залежах, выработанность которых на сегодняшний день находится на уровне 30%, при этом пластовое давление составляет около 50% от начального.

Подготовка газа и конденсата осуществляется по-технологии" низкотемпературной сепарации (НТС) на валанжинских установках комплексной подготовки газа (УКПГ), совмещенных по технологическим площадкам с сеноман-скими установками подготовки газа. Необходимая температура сепарации газообразной и жидкой фаз достигается посредством дросселирования газа, источником энергии которого на начальном этапе эксплуатации месторождения. является пластовое давление. По мере его истощения для поддержания оптимальных термобарических параметров сепарации и обеспечения межпромыслового транспорта газа и конденсата на валанжинских УКПГ предусмотрено строительство двух очередей дожимных компрессорных станций (ДКС), сроки ввода и объемы капитальных вложений которых необходимо определять с учетом того, что сеноманские УКПГ уже оснащены двумя ступенями компрессорных станций. В период падающей добычи газа загрузка сеноманских ДКС становится ниже номинальной, что ведет к снижению коэффициента полезного действия существующих газоперекачивающих агрегатов и сопровождается нерациональным использованием их энергетического потенциала.

В связи с этим актуальной проблемой является обеспечение дальнейшего эффективного функционирования промысловых объектов добычи и подготовки углеводородов Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения в компрессорный период эксплуатации за счет разработки и внедрения энергосберегающих технологий низкотемпературной сепарации. В создание технологий, направленных на эффективную подготовку продукции газоконденсатных скважин методом низкотемпературной сепарации, значительный вклад внесли Арутюнов А. И., Великовский А. С., Юшкин В. В., Гриценко А. И., Берго Б. Г., Халиф A. JL, Бекиров Т. М., Сиротин A.M., Туревский Е. Н., Язик А. В., Бурмистров А. Г., Истомин В. А., ЛанчаковГ.А., Зиберт Г. К., Кубанов А. Н., Толстов В. А. и другие. Однако постоянное изменение геолого-технических условий эксплуатации газоконденсатных залежей выдвигает новые задачи по обеспечению эффективного функционирования процессов добычи и подготовки газового конденсата.

Цель работы.

Целью диссертационной работы является создание энергосберегающих технологий промысловой подготовки конденсатсодержащих газов в компрессорный период эксплуатации, обеспечивающих максимальное извлечение различных групп углеводородов с учетом текущих и перспективных потребностей рынка при эффективном использовании существующих технологических и энергетических мощностей (на примере Уренгойского месторождения).

Задачи исследования.

1. Анализ и классификация технологических проблем и осложнений при эксплуатации системы сбора и подготовки углеводородов валанжинских залежей Уренгойского НГКМ.

2. Технологическое моделирование процессов фазовых превращений газоконденсатных смесей с применением различных моделей для определения сравнительных термобарических параметров низкотемпературной сепарации.

3. Разработка и реализация энергосберегающих технологий и технологических схем процесса низкотемпературной сепарации, обеспечивающих оптимальный состав нестабильного конденсата при эффективном использовании существующих мощностей сеноманского и валанжинского комплексов.

4. Планирование, организация и проведение комплексных промысловых газоконденсатных исследований в процессах низкотемпературной сепарации по проектной и разработанным технологическим схемам подготовки продукции валанжинских скважин УНГКМ.

5. Технико-экономическая оценка эффективности предлагаемых решений.

Методы исследований.

Методы прикладной термодинамики для расчета фазовых равновесий газоконденсатных смесей и моделирования технологических процессов. Промысловые и лабораторные газоконденсатные исследования с последующей обработкой их результатов методами математической статистики.

Научная новизна.

В результате исследований процессов фазового разделения пластового валанжинского газа в системе «установка комплексной подготовки газа — установка деэтанизации конденсата» выведены зависимости степени извлечения отдельных групп углеводородов от термобарических параметров низкотемпературной сепарации и концевой ступени дегазации установки НТС.

На основе данных зависимостей разработаны технологические принципы процесса низкотемпературной сепарации с дросселированием газа в две ступени и межпромысловым транспортом конденсата за счет энергии подготовленного газа. В зависимости от требований к составу и объему подготавливаемой продукции с учетом эффективной загрузки теплообменного оборудования установлены соотношения между перепадами давлений на каждой ступени дросселирования.

Защищаемые положения.

1. Результаты расчетов термобарических параметров энергосберегающих режимов работы системы «валанжинские УКПГ — установки деэтанизиции конденсата» Уренгойского месторождения на последующий период эксплуатации, положенные в основу:

— технологии двухступенчатого дросселирования газа в процессе низкотемпературной сепарации для продления работы валанжинской УКПГ без подключения собственной ДКС при понижении входного давления на установку до 5,5 МПа;

— технологии межпромыслового транспорта конденсата за счет энергии газа по конденсатопроводам «УКПГ — установка деэтанизации конденсата».

2. Результаты промысловых испытаний процесса низкотемпературной сепарации на УКПГ-2 В и промысловые данные по эксплуатации четырёх модернизированных валанжинских УКПГ.

3. Разработанные энергосберегающие технологии подготовки углеводородной продукции валанжинских залежей с использованием сеноманских ДКС, обеспечивающие за счет изменения термобарических параметров процесса НТС получение конечной продукции заданного состава.

Практическая значимость работы.

Предложенные технологические схемы двухступенчатого дросселирования газа, межпромыслового транспорта конденсата и подключения сеноманских дожимных компрессорных станций к валанжинским УКПГ-1АВ- 2 В, 5В- 8 В Уренгойского месторождения внедрены в, промысловую1 практику., В ходе промысловых испытаний на действующих УКПГ разработанных технических решений установлено, что фактические параметры температуры и давления в низкотемпературном сепараторе находятся в соответствии с расчетными, а общие технологические потери Cs+в в газе сепарации не превышают 5 г/м. Предложенные решения использованы при реконструкции и техническом перевооружении ООО «Уренгойгазпром» в 2003;2006 гг. (утверждены департаментом инвестиций и капитального строительства ОАО «Газпром»), включены в «Про7 грамму реконструкции и технического перевооружения объектов добычи газа на период до 2010 года» (одобрена постановлением № 41 Правления ОАО «Газпром» 11 сентября 2006 г.) и в проекты по разработке и обустройству ва-ланжинских залежей на полное развитие. Внедрение разработок обеспечивает значительный экономический эффект за счет:

— отсрочки ввода валанжинских ДКС на 5−10 лет и исключения из проекта второй очереди ДКС на четырех валанжинских УКПГ;

— увеличения извлечения из пластового газа группы углеводородов.

С3+в;

— повышения КПД сеноманских ДКС и сокращения при этом удельного расхода газа на собственные нуждыисключения реконструкций четырех вторых ступеней сеноманских ДКС, связанных с заменой газоперекачивающих агрегатов на меньшую мощность.

Адаптированные математические модели процесса НТС с последующей деэтанизацией конденсата, а также технические решения по двухступенчатому дросселированию газа и безнасосному транспорту конденсата могут быть использованы при проектировании вновь вводимых газоконденсатных месторождений.

Практическая реализация разработанных технологий обеспечивает эффективную совместную работу валанжинских и сеноманских промыслов. Достигнута дополнительная добыча нестабильного конденсата в объеме около 40 тыс. тонн в год. В результате отказаот строительства вторых очередей ком-примирования на четырех валанжинских ДКС и за счет переноса на более поздний период сроков ввода первых очередей этих станций уменьшается металлоемкость валанжинских ДКС, повышается надежность их эксплуатации. При этом возможно использование существующих апробированных конструкций компрессоров с давлением нагнетания до 7,5 МПа. Суммарная мощность валанжинских ДКС снижается на 150 МВт, что сокращает необходимое количество газоперекачивающих агрегатов на 15 единиц.

Экономический эффект в 2006 г. от внедрения результатов исследований, выполненных в настоящей работе, с учетом вклада автора составляет 12,72 млн руб.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на отраслевой научно-практической конференции (п. Ямбург, 7−10 июня 2004 г.), четырнадцатом международном конгрессе «CITOGIC 2004 — ASTRAKHAN» (сентябрь 2004 г.), шестнадцатом международном конгрессе «CITOGIC 2006 — TOMSK» (сентябрь 2006 г.), международной конференции International Gas Research Conference, Vancouver, Canada (November, 2004) и получили положительную оценку на научно-техническом совещании ОАО «Газпром» (22−25 октября 2005 года, г. Анапа).

Публикации.

Содержание работы опубликовано в 10 научных трудах (4 статьи опубликованы в перечне рецензируемых научных журналов и изданий в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ), в том числе 2 патента РФ, 2 работы опубликованы без соавторов.

Объём работы.

Диссертация включает введение, четыре главы, выводы и приложения, изложена на 142 стр., содержит 61 рис., 18 табл.

Список литературы

включает 96 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.

1. Проведен анализ осложнений в работе систем подготовки газа и конденсата валанжинских залежей УНГКМ, и выполнена классификация основных технологических проблем. Установлено, что в компрессорный период разработки Уренгойского месторождения для обеспечения эффективной работы валанжинского комплекса необходимо обоснование новых термобарических условий процесса низкотемпературной сепарации. Для дальнейшей эффективной промысловой подготовки углеводородного сырья на УНГКМ требуется создание энергоэффективных технологических схем совместной работы сеноманских и валанжинских промыслов.

2. В результате выполненных на основе технологического моделирования исследований поведения системы «валанжинские УКПГ — установка деэтанизации конденсата» установлено, что максимальный выход в нестабильный конденсат групп углеводородов происходит в интервале давлений: метан-этановой фракции — при 5,5⁶, 5 МПа, пропан-бутановой фракции — при 4,5-^-5,5 МПа, фракций Сз+в — при 4,(Н5,0 МПа и фракций Cs+bпри 3,5-^-4,5 МПа: Для получения’максимального выхода" деэтанизированного конденсата в системе УКПГ-УДК давление в НТС необходимо поддерживать на уровне 4−5 МПа, а в низкотемпературном разделителе и буферной емкости 2−2,5 МПа.

3. С учетом обоснования оптимальных термобарических параметров процесса низкотемпературной сепарации, возможности эксплуатации валанжинских промыслов с ДКС на' выходе с УКПГ и наличия достаточных для компримирования валанжинского газа высвобождающихся мощностей сеноманских ДКС разработаны защищенные патентами Российской Федерации энергосберегающие технологии двухступенчатого дросселирования валанжинского газа и безнасосной транспортировки нестабильного конденсата. Расчетами установлено, что технология двухступенчатого дросселирования позволяет снизить на 1,5−2,0 МПа перепад давления газа между входом на УКПГ и низкотемпературным сепаратором с обеспечением в нем температуры минус 30 °C. Технология безнасосной подачи конденсата обеспечивает поступление конденсата в конденсатопровод под давлением 3,7−5,3 МПа для различных УКПГ при поддержании давления в разделителе и буферной емкости в диапазоне 2,0−5,0 МПа.

4. Результаты промысловых испытаний подтвердили правильность разработанных технических решений. Установлено, что в условиях эксплуатации валанжинских залежей УНГКМ проектное решение поддерживать давление 6 МПа в НТС с точки зрения извлечения углеводородов Сз+в и Cs+в оказалось нерациональным. Внедрение новых технологических схем обеспечивает:

— увеличение объемов добычи деэтанизированного конденсата;

— перенос на более поздний период сроков ввода валанжинских ДКС и отказ от строительства четырех цехов валанжинских ДКС (вторых очередей) с сокращением потребной мощности;

— рациональную загрузку существующих мощностей сеноманских ДКС.

4. Обоснованы принципиальные технологические схемы и этапы работы валанжинских промыслов в компрессорный период эксплуатации-УНГКМ. На основе разработанных энергосберегающих технологий с использованием вышеуказанной номограммы, а также прогнозных показателей разработки Уренгойского месторождения определены сроки внедрения каждого этапа с вводом валанжинских ДКС и установок транспортировки конденсата. Выполнены расчеты экономического эффекта от внедрения результатов исследований, полученных при подготовке настоящей диссертационной работы.