Сбор и подготовка продукции нефтяных скважин

Углекислый газ вреден тем, что снижает теплоту сгорания газа, а также приводит к коррозии оборудования.  

 

5.4.1 Очистка  газа от механических примесей  

 

Для очистки природного газа от мехпримесей используются аппараты 2-х типов:

¨       работающие по принципу «мокрого» улавливания пыли (масляные пылеуловители);

¨       работающие по принципу «сухого» отделения пыли (циклонные пылеуловители);

На рисунке 5.12 представлена конструкция вертикального масляного пылеуловителя. Это вертикальный цилиндрический сосуд со сферическими днищами. Пылеуловитель состоит из трех секций:

·         промывочной А (от нижнего днища до перегородки 5), в которой все время поддерживается постоянный уровень масла;

·         осадительной Б ( от перегородки 5 до перегородки 6), где газ освобождается от крупных частиц масла;

·         отбойной (скрубберной) секции В (от перегородки 6 до верхнего днища), где происходит окончательная очистка газа от захваченных частиц масла.  

 

Рисунок 5.12 — Вертикальный масляный пылеуловитель

1 — трубка для слива  загрязненного масла; 2 — трубка  для долива свежего масла; 3 —  указатель уровня; 4 — контактные  трубки; 5,6 — перегородки; 7 — патрубок  для вывода газа; 8 — скруббер; 9 — козырек; 10 — патрубок для  ввода газа; 11 — дренажные трубки; 12 — люк для удаления шлама 

 

Пылеуловитель работает следующим образом. Очищаемый газ  входит в аппарат через патрубок 10. Натекая на козырек 9, он меняет направление  своего движения. Крупные же частицы  мехпримесей, пыли и жидкости по инерции  продолжают двигаться горизонтально. При ударе о козырек их скорость гасится, и под действием силы тяжести они выпадают в масло. Далее газ направляется в контактные трубки 4, нижний конец которых расположен в 20...50 мм над поверхностью масла. При этом газ увлекает за собой масло в контактные трубки, где оно обволакивает взвешенные частицы пыли.

В осадительной секции скорость газа резко снижается. Выпадающие при  этом крупные частицы пыли и жидкости по дренажным трубкам 11 стекают вниз. Наиболее легкие частицы из осадительной секции увлекаются газовым потоком в верхнюю скрубберную секцию В. Ее основной элемент — скруббер, состоящий из нескольких рядов перегородок 8, расположенных в шахматном порядке. Проходя через лабиринт перегородок, газ многократно меняет направление движения, а частицы масла по инерции ударяются о перегородки, и стекают сначала на дно скрубберной секции, а затем по дренажным трубкам 11 в нижнюю часть пылеуловителя. Очищенный газ выходит из аппарата через газоотводящий патрубок 7.

Осевший на дно пылеуловителя шлам периодически (раз в 2 ... 3 месяца) удаляют через люк 12. Загрязненное масло через трубку 1 сливают в отстойник. Взамен загрязненного в пылеуловитель по трубе 2 доливается очищенное масло. Контроль за его уровнем ведется по шкале указателя уровня 3.

Наряду с «мокрым» для очистки газов от твердой  и жидкой взвеси применяют и «сухое»  пылеулавливание. Наибольшее распространение  получили циклонные пылеуловители.

Схема, поясняющая работу циклонного пылеуловителя, приведена  на рисунке 5.13. Газ входит в аппарат через патрубок 2 и попадает в батарею циклонов 3. Под действием центробежной силы твердые и жидкие частицы отбрасываются к периферии, затормаживаются о стенку циклона и выпадают в нижнюю часть аппарата, откуда выводятся через патрубок 6. А очищенный газ, изменяя направление движения, попадает в верхнюю часть аппарата, откуда выводится через патрубок 7.

В товарном газе содержание мехпримесей не должно превышать 0.05 мг/м³. 

 

Рисунок 5.13 — Циклонный  пылеуловитель

1 — корпус; 2 — патрубок  для ввода газа; 3 — циклон; 4, 5 — перегородки; 6 — патрубок для  удаления шлама; 7 — патрубок для  вывода газа; 8 — винтовые лопасти  

 

5.4.2 Осушка  газа 

 

Для осушки газа используются следующие методы:

v      охлаждение;

v      абсорбция;

v      адсорбция.

Пока пластовое давление значительно больше давления в магистральном  газопроводе газ охлаждают, дросселируя излишнее давление. При этом газ расширяется и в соответствии с эффектом Джоуля-Томсона охлаждается. Если пластовое давление понижено, то охлаждение газа производится на установках низкотемпературной сепарации. Эти установки очень сложны и дороги.

Технологическая схема абсорбционной осушки газа с помощью диэтиленгликоля (ДЭГ), приведена на рисунке 5.14. 

 

Рисунок 5.14 — Принципиальная схема осушки газа методом абсорбции

1 — абсорбер; 2, 10, 11 —  насосы; 3, 9 — емкости; 4, 6 — теплообменники; 5 — выветриватель; 7 —десорбер; 8 — конденсатор - холодильник; 12 — холодильник 

 

Газ, требующий осушки, поступает в абсорбер 1. В нижней скрубберной секции он очищается  от взвешенных капель жидкости и поднимается  вверх, проходя через систему  тарелок. Навстречу газу по тарелкам стекает концентрированный раствор ДЭГ, закачиваемый в абсорбер насосом 2 из емкости 3. Раствор ДЭГ поглощает пары воды. Далее газ проходит через верхнюю скрубберную секцию, где освобождается от захваченных капель раствора и выходит из аппарата.

Остальная часть технологической схемы служит для восстановления абсорбента.

Недостатками абсорбционной  осушки газа являются унос абсорбента и относительная сложность его  регенерации.

Технологическая схема  осушки газа методом адсорбции приведена на рисунке 5.15. Влажный газ поступает в адсорбер 1, где он проходит снизу вверх через слой адсорбента — твердого вещества, поглощающего пары воды и далее выводится из аппарата. Процесс осушки газа осуществляется в течение определенного (12 ... 16 ч) времени. После этого влажный газ пускают через адсорбер 2, а адсорбер 1 отключают и выводят на регенерацию. Для этого через регулятор давления 3 типа «после себя» из газовой сети отбирается сухой газ, и воздуходувкой 6 подается в подогреватель 7, где газ нагревается до температуры 180 ... 200 ⁰С. Далее он подается в адсорбер 1, где отбирает влагу от адсорбента, после чего поступает в холодильник 4. Сконденсировавшаяся вода собирается в емкости 5, а газ используется для осушки повторно и т. д. Процесс регенерации адсорбента продолжается 6 ... 7 ч. После этого в течение около 8 ч адсорбер остывает.  

 

Рисунок 5.15 — Принципиальная схема осушки газа методом адсорбции

1, 2 — адсорберы; 3 —  регулятор давления типа "после себя"; 4 — холодильник; 5 — емкость; 6 — газодувка; 7 — подогреватель газа. 

 

Осушку газа адсорбентами проводят, как правило, в тех случаях, когда необходимо достичь точку  росы менее — 30 ⁰С. В качестве адсорбентов используют бокситы, хлористый кальций в твердом виде, цеолиты, силикагель и др. 

 

5.4.3 Очистка  газа от сероводорода 

 

Очистка газа от сероводорода осуществляется методами адсорбции  и абсорбции.

Принципиальная схема  очистки газа от Н₂S методом адсорбции аналогична схеме осушки газа адсорбционным методом. В качестве адсорбента используются гидрат окиси железа и активированный уголь.

Принципиальная схема  очистки газа от Н₂S методом абсорбции приведена на рисунке 5.16. Очищаемый газ поступает в абсорбер 1 и поднимается вверх через систему тарелок. Навстречу газу движется концентрированный раствор абсорбента. Роль жидкого поглотителя в данном случае выполняют водные растворы этаноламинов: моно-этаноламина (МЭА), диэтаноламина (ДЭА) и триэтаноламина. Температура кипения при атмосферном давлении составляет соответственно МЭА — 172 °С, ДЭА — 268 °С, ТЭА — 277 °С.

Абсорбент вступает в  химическую реакцию с сероводородом, содержащимся в газе, унося продукт  реакции с собой. Очищенный газ выводится из аппарата через скрубберную секцию, в которой задерживаются капли абсорбента.

На регенерацию абсорбент  подается в выпарную колонну 2 через  теплообменник 3. В нижней части колонны  он нагревается до температуры около 100 °С. При этом происходит разложение соединения сероводорода с абсорбентом после чего Н₂S, содержащий пары этаноламинов, через верх колонны поступает в холодильник 4. В емкости 5 сконденсировавшиеся пары абсорбента отделяются от сероводорода и насосом 6 закачиваются в выпарную колонну. Газ же направляется на переработку. 

 

Рисунок 5.16 — Принципиальная схема очистки газа от сероводорода

1 — абсорбер; 2 — выпарная  колонна (десорбер); 3 — теплообменник; 4, 8 — холодильник; 5 — емкость - сепаратор; 6, 7 — насосы 

 

Горячий регенерированный абсорбент из нижней части колонны 2 насосом 7 подается для нового использования. По пути абсорбент отдает часть своего тепла в теплообменнике 3, а затем окончательно остужается в холодильнике 8.

Из полученного сероводорода вырабатывают серу.

Работа этаноламиновых газоочистных установок автоматизирована. Степень очистки газа составляет 99 % и выше. Недостатком процесса является относительно большой расход газа. 

 

5.4.4 Очистка  газа от углекислого газа 

 

Обычно очистка газа от СО₂ проводится одновременно с его очисткой от сероводорода, т.е. этаноламинами.

При высоком содержании СО₂ (до 12 ... 15 %) и незначительной концентрации сероводорода применяют очистку газа водой под давлением (Рисунок 5.17). Газ, содержащий СО₂ подается в реактор 1, заполненный железными или керамическими кольцами Рашига, которые орошаются водой под давлением. Очищенный газ проходит в водоотделитель 2 и идет по назначению.

Вода, насыщенная углекислым газом, насосом 3 подается в экспанзер 4 для отделения СО₂ методом разбрызгивания. Для полного удаления СО₂ вода подается в дегазационную градирню 5, откуда насосом 6 возвращается в емкость 1.

Выделяемый углекислый газ используется для производства соды, сухого льда и т. п.  

 

Рисунок 5.17 — Принципиальная схема очистки газа от двуокиси углерода водой под давлением

1 — реактор; 2 — водоотделитель; 3, 6 — насосы; 4 — экспанзер; 5 — дегазационная колонна  

 

5.5 ПРОМЫСЛОВАЯ ПОДГОТОВКА  ВОДЫ 

 

Полученная в результате очистки нефти пластовая вода закачивается в продуктивные пласты для поддержания пластового давления.

Вода, отделенная от нефти  на УКПН, поступает на установку подготовки воды (УПВ), расположенную также на ЦПС.

Особенно большое количество воды отделяют от нефти на завершающей  стадии эксплуатации нефтяных месторождений, когда содержание воды в нефти  может достигать до 80 %, т.е. с каждым кубометром нефти извлекается 4 м³ воды.

Пластовая вода, отделенная от нефти, содержит механические примеси, капли нефти, гидраты закиси и  окиси железа и большое количество солей. Механические примеси забивают поры в продуктивных пластах и  препятствуют проникновению воды в  капиллярные каналы пластов, а следовательно, приводят к нарушению контакта "вода-нефть" в пласте и снижению эффективности поддержания пластового давления. Этому же способствуют и гидраты окиси железа, выпадающие в осадок. Соли, содержащиеся в воде, способствуют коррозии трубопроводов и оборудования. Поэтому сточные воды, отделенные от нефти на УКПН, необходимо очистить от механических примесей, капель нефти, гидратов окиси железа и солей, и только после этого закачивать в продуктивные пласты. Допустимые содержания в закачиваемой воде механических примесей, нефти, соединений железа устанавливают конкретно для каждого нефтяного месторождения.

Для очистки сточных  вод применяют закрытую (герметизированную) систему очистки.

В герметизированной  системе в основном используют три метода: отстой, фильтрования и флотацию.

Метод отстоя основан  на гравитационном разделении твердых  частиц механических примесей, капель нефти и воды. Процесс отстоя проводят в горизонтальных аппаратах —  отстойниках или вертикальных резервуарах-отстойниках.

Метод фильтрования основан  на прохождении загрязненной пластовой  воды через гидрофобный фильтрующий  слой, например через гранулы полиэтилена. Гранулы полиэтилена «захватывают»  капельки нефти и частицы механических примесей и свободно пропускают воду.

Метод флотации основан  на одноименном явлении, когда пузырьки воздуха или газа, проходя через  слой загрязненной воды снизу вверх, осаждаются на поверхности твердых  частиц, капель нефти и способствуют их всплытию на поверхность.

Очистку сточных вод  осуществляют на установках очистки вод типа УОВ-750, УОВ-1500, УОВ-3000 и УОВ-10000, имеющих пропускную способность соответственно 750, 1500, 3000 и 10000 м³/сут. Каждая такая установка состоит из четырех блоков: отстойника, флотации, сепарации и насосного.

Вместе с очищенной  пластовой водой в продуктивные пласты для поддержания пластового давления закачивают пресную воду, полученную из двух источников: подземных (артезианских скважин) и открытых водоемов (рек). Грунтовые воды, добываемые из артезианских скважин, отличаются высокой степенью чистоты и во многих случаях не требуют глубокой очистки перед закачкой в пласты. В то же время вода открытых водоемов значительно загрязнена глинистыми частицами, соединениями железа, микроорганизмами и требует дополнительной очистки.