Ресурсы и добыча нефти

Состав пластовых вод извлекаемых  вместе с нефтью чрезвычайно различен и зависит от геологического возраста, химического состава, эксплуатируемого горизонта, физико-химических свойств нефтей и газов, пластовой температуры и давления и т.д., поэтому пластовые воды, как в пределах одной нефтяной залежи, так и особенно для важных нефтеносных районов имеет существенные различия. В количественном и качественном и качественном составе растворенных солей, газов, компонентов нефти. Основные характеристики пластовых вод, учитываемых в технологических процессах  сбора, транспорта и подготовки эмульсионных нефтей это плотность, общая минерализация и жесткость. В зависимости от общего содержания  солей и плотности, условно выделяют три основных группы пластовых вод:

• солоноватые
• соленые
• рассольные

Промысловая вода, отделенная от нефти, используется для заводнения пластов, т.е. вновь закачивается в недра земли в технологических целях. К этой воде предъявляются следующие требования:

1. она не должна содержать больших количеств механических примесей и соединений железа;
2. не должна содержать сероводород, углекислый газ, органических примесей (водоросли, бактерии);
3. вода должна быть химически инертна к пластовым жидкостям.

Поэтому на установках подготовки воды (УПВ) имеются специальные водоочистительные  устройства, позволяющие за счёт отстоя добавки  коагулянтов и реагентов  очистить воду до требуемой кондиции.

Минеральные соли. Минеральные соли в пластовой воде находятся практически полностью в растворенном состоянии. По классификации пластовые воды, по химическому составу распространённых в них солей, делят на:

• хлоридно-кальциевые
• щелочные

Первые наиболее распространены. Содержат в своём составе смеси хлоридов натрия, магния, кальция.

Щелочные воды могут быть представлены хлоридо-щелочными и хлоридо-сульфато-щелочными. Растворенные в воде соли нефти ведут  себя различно: хлористый натрий почти не гидролизуется, хлористый кальций в соответствующих условиях может гидролизоваться в количестве до 10% с образованием HCl, хлористый магний гидролизуется на 90% и гидролиз может протекать при низких температурах. Поэтому соли могут быть причиной коррозии нефтяной аппаратуры:

 

MgCl₂ + H₂O « MgOHCl + HCl

Если в нефти находится сероводород  в присутствии воды и при повышенной температуре сероводород начинает реагировать с металлом аппаратуры с образованием сернистого железа

 

Fe + H₂S « FeS + H₂

 

А при наличии ещё хлористого водорода

 

FeS + HCl  « FeCl₂ + H₂S

 

Минерализация или соленость воды измеряются количеством  сухого вещества, оставшегося после выпаривания  одного литра воды. Измеряется в  млг/л. Попутный газ  - это лёгкая углеводородная часть нефти. Выделение газа начинается уже в стволе скважины и затем продолжается на поверхности земли в сепарирующих устройствах установок промысловой подготовки нефти. Углеводородный состав попутного газа на каждой ступени его отделения установленной в соответствии с законами фазового равновесия сложных смесей и зависит от давления и температуры. Но и после многоступенчатой сепарации газа из нефти на промыслы в ней остается в растворенном состоянии, а так же в виде мелких пузырьков. Газ определяется от нефти на стабилизированных установках. Для определения в растворенной нефти легких углеводородов С₁ – С₄. Существует несколько методов: хромотографический и дистилляционный.

 

Установка стабилизация нефти

 

Основное направление стабилизации нефти – это отделение растворенных в ней легких углеводородов от С₁ – С₄ и частично С₅ с целью предотвращения их безвозвратных потерь в атмосферу.

Если нефть не подвергать стабилизации, то на пути от промысла до НПЗ из нефти терятеся до 2% этих фракций. С₁ – С₅ ценное нефтехимическое сырье с одной стороны, а с другой загрязнитель воздушного бассейна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Установка стабилизация нефти

 

1 – сепаратор

2 – ректификационные колонны

3 -  газосепараторы

4 – нагреватель

5 – конденсатор

6 – газовый компрессор

 

I, V – нестабильная и стабильная нефть

II, III – углеводородный газ

IV – сжиженный газ

VI – водный конденсатор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нефть из сепаратора 1 направляется в  ректификационную колонну 2, где за счёт отвода тепла внизу колонны нагревателем 4 от неё отпариваются лёгкие углеводороды. Последние конденсируются в конденсаторе 5 и в сепараторе 3 разделяются на неконденсированный газ III и жидкую фазу IV содержащих углеводород от C₃ до C₅ с небольшой примесью гексана.

 

 

Подготовка газа к  переработке

Природный газ выносит из скважины взвешенную капельную жидкость (газовый  конденсат, воду) и мелкие частицы  горной породы, т.е. газ является дисперсной системой с дисперсной жидкой и твёрдой  фазой.

Необходимо отделить эти фазы с помощью различных сепарационных устройств. Для очистки газа используются различные по конструкции и эффективности очистки сепарационного устройства, которые по своему принципу действия делятся на гравитационные инерционного типа (насадочные), центробежные и фильтрующие. В большинстве случаев конструкции объединяют в себе несколько из этих принципов. Рассмотрим каждый из этих сепараторов:

 

Гравитационный.

Бывают горизонтальные, вертикальные и шарообразные. Общим для них  является

наличие отстойной зоны, где отделения дисперсных частиц происходят под действием сил тяжести, кроме этого на ходе газа имеются, обычно, отбойные пластины, а перед выбором газа из сепаратора каплеулавливающий сетчатый пакет. Внизу сепаратора имеется вынесенный отдельно или встроенный сборник уловленной жидкости и пыли.

 

 

1 и 3 – входная, осадительная  зоны

4 – сборник конденсата

2 – сепаратор

 

I, II – вход и выход газа

III – выход конденсата

Инерционные сепараторы насадочного типа.

Представляют собой сепараторы, заполненные насадками с развитой удельной поверхностью контакта. Улавливание капель происходит за счёт их ударения о поверхность насадки и редких многократных поворотах потока газа в каналах самой насадки. В качестве насадки применяют кольца Рашига, сетчатые  пакеты из проволоки, жалюзи и т.д. Степень улавливания капель такими сепараторами достигает 99%.

 

Центробежные  сепараторы.

Для отделения жидкости от газа в  этом случае используют центробежные силы, возникающие в предварительно закрученном потоке газа.

 

1 – корпус

2 – внутренняя газоотводная  трубка

3 – завихвитель

4 – сборный газоконденсат

 

I, II – вход и выход газа

III – выход конденсата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Центробежные сепараторы имеют  эффективность от 90 до 95% и используются если много механических примесей.

 

Фильтрующие сепараторы.

Используются для окончательной  тонкой очистки газа от частиц жидкости, неулавливаемых другими типами сепараторов.

 

 

1 – входная зона отбойника

2 – фильтр элемента

3 – каркас

4 – фильтрующий материал

5 – выходной отбойник

 

I, II – вход и выход газа

III – выход конденсата

 

Очистка от газа и вредных примесей.

К вредным примесям относят ядовитые, серосодержащие и негорючие инертные газы, снижающие теплоту сгорания углеводородных газов.

В углеводородном газе могут содержаться  такие серосодержащие соединения, как сероводород, серооксид, сероуглерод, меркаптан, а в газовом конденсате сульфиды и сульфиты.

В состав инертных газов входят диоксид  углерода, азот и гелий.

 

ХАРАКТЕРИСТИКА ВРЕДНЫХ  ПРИМЕСЕЙ

Сероводород.

Наиболее активная из серосодержащих соединений. В нормальных условиях бесцветный газ с неприятным запахом  тухлых яиц. Очень ядовит. Острое отравление человека наступает при концентрации 0,2 – 0,3 млг/м³, а концентрация выше 1 млг/м³ смертельна.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) сероводорода в воздухе установлена  не более 0,008 млг/м³. Сероводород хорошо растворим в воде. При контакте с металлами вызывает сильнейшую коррозию.

 

Серооксид углерода.

В нормальных условиях бесцветный, легко воспламеняемый газ, не имеющий запаха, конденсируется при t=-50 ⁰C. Хорошо растворим в сероуглероде, толуоле, этаноле и воде. При нагревании разлагается с образованием оксида углерода, диоксида углерода, и серы.

 

Сероуглерод.

В нормальных условиях бесцветный газ. Хорошо растворим в этаноле и  хлороформе. При нагревании реагирует  с водородом, образуя сероводород. Сероуглерод ядовит, вызывает острые отравления.

 

Меркаптаны (тиолы).

Это сераорганические соединения с резким запахом, нерастворяемые в воде, но хорошо растворимые в органических растворителях. При контакте с металлами вступают с ними в реакцию, образуя меркаптиды металла, а при нагревании до 300⁰ меркаптаны разлагаются с образованием сульфидов и сероводорода.

 

Диоксид углерода.

Бесцветный негорючий газ, обладающий кислыми свойствами. При нормальном давлении и t=-78⁰ переходит в твёрдое состояние (сухой лед) минуя жидкое.

 

Азот и гелий.

Не горючие газы, ухудшающие природные  свойства газа. Гелий содержится в  небольших количествах, но специально извлекается как ценный продукт  для нужд народного хозяйства.

 

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ГАЗА И ХАРАКТЕРИСТИКА ПОГЛОТИТЕЛЕЙ.

 

Природный газ очищают даже при малых количествах сероводорода, поскольку его допустимое содержание в газе, закачиваемом в магистральный газопровод не должно превышать 20 млг/м³. В большинстве случаев очистку газов предпринимают не только для доведения содержания в нём вредных примесей до установленных норм, но и для извлечения с целью промышленной утилизации.

Газы очищают двумя методами: абсорбционным и адсорбционным.

Абсорбционные методы по характеру используемого абсорбента делят на методы химической сорбции (хемосорбции), физической абсорбции, комбинированные и окислительные.

1. Хемосорбционные процессы основаны на химическом взаимодействии H₂S и CO₂ с активными компонентами абсорбента, в качестве которого в этих процессах применяют щёлочи и амины.
2. Физическая абсорбция представляет собой физическое растворение извлекаемой компонентов в абсорбенте, в качестве которого используют N – метилпирамедон, гликоли, метанол и т.д.
3. Комбинированные процессы используют обычно смешанные поглотители. Одним из самых распространённых является сульфинол.
4. Окислительные процессы основаны на необратимом превращении поглощаемого сорбента сероводорода в элементарную серу.

Адсорбционные процессы.

Основаны на селективном (избирательном) физическом поглощении H₂S и CO₂ в порах твёрдых поглотителей, которыми являются активные угли и синтетические цеолиты.

Выбор того или иного метода очистки газа зависит от многих факторов (от концентрации H₂S и CO₂) и сераорганических соединений в исходном газе. Важное значение в любом методе очистки имеет правильный выбор поглотителей, которые должны удовлетворять следующим общим требованиям:

1. Поглотитель должен иметь низкое давление насыщенного пара при температуре сорбции, чтобы потери его с очищающим газом были минимальными;
2. Одновременно поглотитель должен обладать высокой способностью поглощать кислые соединения из газа в широком интервале их парционных давлений;
3. Должен иметь высокую вязкость;
4. Низкую коррозионную активность;
5. Высокую стойкость к окислению.

 

ГЛУБОКАЯ ОСУШКА ПРИРОДНОГО ГАЗА

Наличие паров воды в углеводородных газах связано с контактом газа и воды в пластовых условиях, а так же с условиями их последующей обработки.

Обычно тяжелые углеводородные газы при тех же условиях содержат паров воды меньше, чем легкие.

Наличие в газе H₂S и CO₂ увеличивает содержание паров воды, а наличие азота уменьшает. Влагосодержание газа – это количество паров воды г/м³ в соответствии их насыщения при данной температуре и давлении.

Абсолютной влажностью газа называют фактическое содержание паров воды в г/м³ газа, а отношение абсолютной влажности к влагосодержанию называется относительной влажностью.