Способы добычи попутного нефтяного газа добыча

Что такое попутный нефтяной газ?

В месторождениях «черного золота» всегда встречался попутный нефтяной газ. Его просто выжигали. И только в последние десятилетия человечество оценило его полезность, причем не только как топлива. Об особенностях и видах такого полезного энергоресурса, технологии его добычи, очистки, переработки и утилизации, вреде для окружающей среды и сфере применения пойдет речь в этой статье.

Что такое ПНГ

Попутный нефтяной газ не тождественен обычному природному ни по составу, ни по способам добычи, ни даже по сфере применения. Вернее, основа у них одна – метан. Это бесцветный газ без запаха, который относится к классу предельных углеводородов. Но только природный газ – это практически чистый метан, доля которого может доходить до 98%. Оставшаяся часть приходится на бутан, этан и пропан.

В попутном нефтяном газе (ПНГ) доля метана значительно ниже за счет большего количества примесей, чем в природном «собрате». ПНГ растворен в нефти. Он может существовать и в другой форме – как «шапка» нефтяного месторождения (т. е. как скопление свободного газа над пластом «черного золота»).

Добыча

В России ПНГ встречается в основном в растворенном виде. Газовых шапок значительно меньше. Соотношение примерно 62% на 38%. ПНГ локализован в следующих регионах:

• Ямало-Ненецкий автономный округ (Русское, Новопортовское, Восточное и Западное Мессояхские разработки);
• Красноярский край (Ванкорская и Юрубчено-Тохомская нефтяные зоны);
• Иркутская область (Верхнечонское месторождение);
• Ханты-Мансийский автономный округ;
• на шельфе Охотского моря;
• в Краснодарском крае;
• в Республике Коми;
• на острове Сахалин;
• Оренбургская область;
• Пермский край;
• в Якутии (Талаканское месторождение).

Основные разработчики этих залежей – «Газпромнефть» и «Роснефть».

Специально добычей нефтяного газа никто не занимается. Он недаром назван «попутным». ПНГ является неотъемлемым спутником «черного золота». При вскрытии пласта нефти сразу высвобождается «фонтан» этого энергоресурса. Растворенный газ получают уже в процессе переработки нефти.

Состав

В попутной разновидности метана меньше, но гораздо больше примесей. Помимо пропана, этана и бутана, которые встречаются и в природном газе, есть и другие элементы:

• азот;
• гексан;
• изобутан;
• н-бутан;
• пентан;
• двуокись углерода;
• бензол;
• гептан;
• октан;
• нонан;
• толуол;
• декан;
• сероводород;
• производные перечисленных веществ.

Также в меньшей концентрации могут встречаться и другие примеси.

Особенность

Его главная особенность в том, что он всегда является спутником нефти. Концентрация ПНГ в нефтяном пласте может достигать нескольких тысяч кубических метров. Причем чем глубже залегает нефть, тем богаче она растворенным газом.

Еще одна особенность – низкое давление ПНГ. При таких показателях его невозможно транспортировать. Поэтому давление нужно повысить. Достигается это путем использования компрессора (так называемая процедура компримирования). В ходе нее газ сжимается, проходя несколько ступеней повышения давления. После этого он готов течь по газопроводу, заполнять подземные хранилища и пр.

Основные виды

По способу залегания выделяют газ:

• существующий в виде газовой шапки над нефтяным месторождением;
• растворенный в самой нефти в качестве примеси.

По содержанию метана и других углеводородов (начиная с С₃) выделяют сухой (тощий), средний, жирный и особо жирный ПНГ. Содержание углеводородов (пропана и выше) здесь не превышает 100 г на кубический метр, а в особо жирном превышает 351 г/м 3 . В сухой разновидности этого энергоресурса содержание метана достигает 96%. Но чаще встречается ПНГ второго типа.

По концентрации меркаптановой серы и сероводорода попутный газ подразделяется на:

• бессернистый;
• малосернистый;
• сернистый;
• высокосернистый.

По содержанию азота, диоксида углерода и кислорода, т.е. негорючих компонентов, бывает безбалластный, малобалластный, среднебалластный и высокобалластный. Такие компоненты снижают ценность этого энергоресурса за счет уменьшения его теплотворной способности.

По содержанию механических примесей (частиц породы, строительного шлака, включений воды и пр.) ПНГ классифицируют на чистый, слабозагрязненный, загрязненный и сильнозагрязненный.

Способы разделения

К способам утилизации можно отнести:

• Обогащение пласта нефти путем закачки в него ПНГ. Это повышает уровень добычи на 5000-10000 тонн «черного золота» в год.
• Фракционное разделение ПНГ.

В настоящее время применяется два способа: с помощью компрессионной установки и адсорбционно-ректификационный способ.

Компрессионный метод чаще всего используют для жирных и особо жирных ПНГ, где большое количество ценных тяжелых углеводородов.

Применяется в несколько ступеней, на каждой из которых газ охлаждается. При понижении температуры высококипящие углеводороды отделяются. Впоследствии эта смесь компонентов также разделяется на составляющие.

Второй способ реализуется с помощью специальных адсорберов, т. е. средств, предназначенных для поглощения адсорбентом (чаще всего слоем активированного угля) растворенных или газообразных веществ. Процесс поглощения называется гиперсорбция. Обратный процесс, то есть извлечение поглощенных газов, называется десорбция. Она проводится с помощью водяного пара:

• Выжигание нефтяного газа в тех районах, где транспортировка выходит дороже его стоимости.
• Транспортировка на нефтеперерабатывающий завод, но только если проложены газопроводы. Иным способом транспортировать этот ресурс чересчур затратно.
• Качественная очистка для последующего использования в качестве источника энергии для электростанций.

Сфера применения

Из ПНГ можно получить:

• Полиэтилен. Имеет широкий спектр применения: для изготовления пакетов, пленки, скотча, пластиковых бутылок и иной тары, электроизоляционного материала, брони, термоклея, теплоизоляции и пр.
• Стабильный газовый бензин.
• Гелий.
• Сероводород, серу и серную кислоту.
• Газовое моторное топливо.
• Ацетилен, используемый для производства карбидных ламп, взрывчатых веществ; для получения различных растворителей, этилового спирта, синтетического каучука, уксусной кислоты, пластмасс.

Опасность для окружающей среды

Сам по себе ПНГ вреда не представляет. Разве что его основной компонент, метан, обладает слабым наркотическим действием.

Вред природе и здоровью человека приносит сжигание этого энергоресурса. Высокий газовый факел буквально «выжигает» всю растительность в радиусе 10 м. Здесь она просто гибнет. В радиусе 100 м растения вялые и медленно растут. Продукты горения провоцируют образование озоновых дыр.

Оксид азота и ангидрид, содержащиеся в «попутке», негативно сказываются на здоровье людей, повышают риск заболевания раком, понижают иммунитет, вызывают бесплодие.

Таким образом, попутный нефтяной газ – ценный ресурс, не стоит отказываться от его освоения.

Источник

Использование попутного нефтяного газа

Состав попутного нефтяного газа

Добыча нефти сопровождается выделением попутных газов. В состав попутного нефтяного газа по разным типам месторождения входят следующие вещества:

• в нефтяном месторождении из общего объема ПНГ почти 2/3 приходятся на метан, около 8% — на этан, 17 %- пропан, 8% — бутан и его производные;
• газонефтяном месторождении доля метана еще выше — до 89 процентов.

После прохождения трех этапов сепарации ПНГ легкий метан испаряется, но становятся пригодными к использованию другие ценные компоненты: пентан, гексан, гептан, бензол.

Наличие большого спектра компонентов и изменяющимся основные свойства ПНГ не позволяют определить его точную химическую формулу.

По основным компонентам формула попутного нефтяного газа будет иметь вид:

Физические свойства попутного газа не отличаются стабильностью. Он относится к жирному типу газа, плотнее обычного природного газа.

Способы разделения

Для выделения отдельных составляющих ПНГ на нефтяных месторождениях чаще всего применяется компрессионный и адсорбционный способы разделения и переработки попутного нефтяного газа. Компоненты добытой газовой смеси в разной мере способны к сопротивлению воздействию пара. По плотности попутный нефтяной газ разделяют на тяжелую и легкую фракцию. Более тяжелые углеводороды отделяются, оставшаяся фракция легких углеводородов сжижается и может закачиваться в трубы для подачи на тепловые электростанции.

При применении адсорбционной технологии используется принцип короткоцикловой адсорбции. При прохождении газовой смеси через попеременно функционирующие адсорберы, наполненные углеродным молекулярным ситом (УМС), газы разделяются на фракции.

Какие фракции выделяют из попутного нефтяного газа? На завершающей стадии переработки ПНГ – ректификации, он разделяется на фракции:

• метановую;
• пропановую;
• бутан-бутиленовую;
• этиленовую;
• пропиленовую;
• амилен-бензольную.

Точный состав и количество фракций разделения зависит от применяемой технологии (компрессионной ректификации, адсорбционный метод Воронова, мембранный способ).

Основные виды

По способу залегания выделяют газ:

• существующий в виде газовой шапки над нефтяным месторождением;
• растворенный в самой нефти в качестве примеси.

По содержанию метана и других углеводородов (начиная с С₃) выделяют сухой (тощий), средний, жирный и особо жирный ПНГ. Содержание углеводородов (пропана и выше) здесь не превышает 100 г на кубический метр, а в особо жирном превышает 351 г/м 3 . В сухой разновидности этого энергоресурса содержание метана достигает 96%. Но чаще встречается ПНГ второго типа.

По концентрации меркаптановой серы и сероводорода попутный газ подразделяется на:

• бессернистый;
• малосернистый;
• сернистый;
• высокосернистый.

По содержанию азота, диоксида углерода и кислорода, т.е. негорючих компонентов, бывает безбалластный, малобалластный, среднебалластный и высокобалластный. Такие компоненты снижают ценность этого энергоресурса за счет уменьшения его теплотворной способности.

По содержанию механических примесей (частиц породы, строительного шлака, включений воды и пр.) ПНГ классифицируют на чистый, слабозагрязненный, загрязненный и сильнозагрязненный.

Получение и добыча попутного нефтяного газа:

Добыча попутного нефтяного газа осуществляется на любой стадии добычи и переработки нефти. Эта особенность обусловлена неразрывной связью ПНГ с нефтью.

В первую очередь извлекается попутный нефтяной газ, который содержится в нефтяных «шапках». Он сам выходит из скважины из-за разницы давления. После этого, происходит извлечение газа из самой нефти путем ее сепарации на специальных установках – многоступенчатых сепараторах за счет различного давления и температуры.

Сжечь или заработать

Варианты утилизации ПНГ универсальны по всему миру, но используются в разных пропорциях. Сжигание на факелах месторождений долгое время было основным способом, ценное углеводородное сырье и энергия горючих компонентов уходили в воздух с ущербом для окружающей среды. С середины прошлого века развитые страны начали серьезно ограничивать сжигание ПНГ.

Столь же удобный с точки зрения логистики, как и сжигание, но экологичный способ утилизации — закачка ПНГ обратно в пласт. Нередко этот метод применяют для повышения нефтеотдачи пласта, хотя эффективным он оказывается не всегда. Газ при дальнейшей добыче все равно вернется, но гидродинамика залежи может быть уже хуже. Еще один вариант использования ПНГ на месторождении — промысловая генерация электроэнергии: ПНГ направляется на газотурбинные и газопоршневые установки. Выхлопной газ можно использовать в системах теплоснабжения объектов месторождения или опять-таки закачивать в пласт для повышения нефтеотдачи. Промысловая генерация электроэнергии очень широко используется в России.

Эффективную монетизацию обеспечивает полноценная переработка попутного нефтяного газа, но это и стоит намного дороже. Тут есть свои сложности — ПНГ нестабилен по составу, в нем много примесей и влаги, требуется сложная подготовка. На выходе получают метан-этановую фракцию, по своим свойствам близкую к сухому природному газу, а также широкую фракцию легких углеводородов — ценное сырье для нефтехимических предприятий и производства сжиженного углеводородного газа (СУГ), использующегося для коммунально-бытовых нужд и в качестве топлива для автотранспорта.

Газоперерабатывающие заводы изначально строились возле крупных месторождений, позже для малых месторождений были предложены компактные блочные решения для переработки сырья.

Существует и сложная технология химической переработки ПНГ gas-to-liquids ( GTL ), позволяющая получать из газа жидкие нефтепродукты, характерные для традиционной нефтепереработки, а также метанол и базовые химические полуфабрикаты. В качестве альтернативы применяют мягкий паровой риформинг. Это, по сути, обратная GTL : жидкие остатки переработки нефтяного газа и газоконденсата трансформируются в газ, который затем можно использовать как топливо для генерации электроэнергии или транспортировать по обычному газопроводу.

«Выбор наиболее экономически привлекательных опций утилизации ПНГ зависит от конкретных факторов в привязке к конкретному месторождению. В целом глубокая переработка ПНГ наиболее экономически эффективна, но, например, при малых объемах доступного газа предпочтительна утилизация на месторождении, — говорит руководитель аналитического центра интегрированной газоперерабатывающей и нефтехимической компании «СИБУР» Ксения Каретина. — Также имеет значение состав ПНГ, спрос на локальных рынках и нетбэки на газ, электричество, тепло, дизель и т. д. Существенным фактором становится наличие инфраструктуры для транспортировки и переработки газа и расстояние до целевых рынков. К примеру, рост сжигания в мире в последние годы отчасти как раз и связан с освоением новых удаленных месторождений и развитием сланцевой добычи».

Технология утилизации ПНГ

Газовый факел в западносибирской тайге в начале 1980-х годов

Основная проблема при утилизации попутного газа заключается в высоком содержании тяжелых углеводородов. На сегодняшний день существует несколько технологий, повышающих качество ПНГ за счет удаления значительной части тяжелых углеводородов. Одна из них — подготовка ПНГ с помощью мембранных установок. При применении мембран метановое число газа значительно повышается, низшая теплотворная способность (LHV), тепловой эквивалент и температура точки росы (как по углеводородам, так и по воде) снижаются.

Мембранные углеводородные установки позволяют значительно снизить концентрацию сероводорода и диоксида углерода в потоке газа, что позволяет использовать их для очистки газа от кислых компонентов.

Получение

Где встречается попутный нефтяной газ? В первозданном виде ПНГ поступает из нефтяной или нефтегазовой скважины в центральный пункт подготовки нефти. После этого с помощью специального оборудования начинается подготовка попутного нефтяного газа к использованию. Газ после осушки, очистки от серы, углекислого газа и сепарирования поступает в специальные хранилища, на электростанции, в котельные. С помощью вакуумных компрессорных установок, газолифтных систем его предварительно компримируют – увеличивают плотность с одновременным удалением примесей.

Для получения промышленного ПНГ используются:

• маслосистемы с фильтрами тонкой очистки;
• специальная система теплообмена;
• газодожимное оборудование низкого давления;
• установки комплексной подготовки газа.

С помощью газомасляного сепаратора, фильтров – скруберов осуществляется удаление механических примесей.

Очистка

В первозданном виде попутный нефтяной газ не применяется. Его использование становиться возможным только после предварительно очистки. Для этого слои углеводородов, имеющих разную плотность, отделяют друг от друга в специально разработанном для этого оборудовании – многоступенчатый сепаратор давления.

Всем известно, что вода в горах закипает при более низкой температуре. В зависимости от высоты температура кипения ее может опускаться до 95 ºС. Происходит это по причине разницы атмосферного давления. Этот принцип и используется в работе многоступенчатых сепараторов.

Изначально, сепаратор подает давление 30 атмосфер и через определенный промежуток времени постепенно уменьшает его значение с шагом 2-4 атмосферы. Тем самым осуществляется равномерное отделение углеводородов с различной температурой кипения друг от друга. Далее, полученные компоненты отправляют непосредственно на следующий этап очистки на заводы по переработки нефти.

Применение ПНГ в наше время

В настоящее время ПНГ используют 3-мя основными способами — закачивают обратно в пласт, чтобы повысить нефтеотдачу месторождения, используют в качестве топлива на ГТС (Газотурбинных станциях) для выработки электроэнергии, необходимой для работы промысла, либо для продажи потребителю в случае большой удаленности месторождения и невозможности транспортировки ПНГ, и 3-ий способ — переработка ПНГ с целью получения пластиков, полимеров, каучуков, и прочих высоковостребованных и высокомаржинальных продуктов.

Источник