Выбор оптимальной технологии утилизации гелия при добыче и подготовке продукции скважин нефтегазоконденсатного месторождения
|
Введение 7
1 Общее представление о состоянии гелиевой промышленности в России 9
1.1 Современный мировой рынок гелия 10
1.2 Основная нормативно-техническая документация, регулирующая подсчет
запасов гелия 12
1.3 Газогелиевые месторождения России 17
1.4 Текущая ситуация по утилизации гелия в России 21
2 Обзор современных технологий извлечения гелия 26
2.1 Криогенный способ выделения гелия из природного газа 27
2.2 Обзор некриогенных методов выделения гелия из природного газа 32
2.3 Мембранные методы разделения газовых смесей 33
2.4 Мембранная технология для получения гелия 39
2.5 Адсорбционные технологии выделения гелия 44
2.6 Получение гелия гидратообразованием 45
2.7 Обобщение информации по технологиям извлечения гелия 46
2.8 Качественные характеристики товарного гелия газообразного (сжатого) 47
3 Характеристика объекта исследования 51
3.1 Физико-географическое описание района нефтегазоконденсатного
месторождения 51
3.2 Геологическое строение нефтегазоконденсатного месторождения 53
3.2.1 Ботуобинский продуктивный горизонт 57
3.2.2 Хамакинский продуктивный горизонт 60
3.2.3 Талахский продуктивный горизонт 62
3.3 Характеристика коллекторских свойств продуктивных горизонтов 63
3.4 Свойства и состав пластовых флюидов 64
3.4.1 Газ 64
3.4.2 Конденсат 65
3.4.3 Нефть 67
3.4.4 Вода 69
4 Динамика разработки нефтегазоконденсатного месторождения 70
4.1 Факторы осложняющие разработку и основные подходы к формированию
концепции разработки нефтегазоконденсатного месторождения 71
4.2 Экранная технология разработки тонких подгазовых нефтяных оторочек
с использованием многоствольных многофункциональных скважин 73
5 Общие принципы организации системы сбора и подготовки на стадии
опытно-промышленной эксплуатации объекта исследования 74
5.1 Технология подготовки газа и конденсата на УКПГ-3 76
6 Применение мембранной технологии для утилизации гелия, с учетом
характеристик добываемой среды и технологических возможностей нефтегазоконденсатного месторождения 79
6.1 Обзор альтернативной схемы утилизации гелия для рассматриваемого
нефтегазоконденсатного месторождения 81
6.2 Технологические решения по извлечению гелия из гелийсодержащего
газа нефтегазоконденсатного месторождения 85
6.3 Способ хранения гелия на нефтегазоконденсатном месторождении 90
7 Повышение эффективности утилизации гелия при использовании
мембранной технологии 92
7.1 Выбор и принятие исходных данных для осуществления расчета 93
7.2 Определение оптимальных условий процесса разделения бинарной смеси
гелий-метан на нефтегазоконденсатном месторождении 96
7.1.1 Определение влияния термобарических параметров на процесс
мембранного газоразделения смеси гелий-метан 99
7.1.2 Приближенный расчет одноступенчатой мембранной схемы
разделения смеси гелий-метан 103
7.1.3 Построение и анализ графиков зависимости концентрации гелия от изменения давления в напорном канале 108
7.3 Обсуждение результатов выполненного расчета и обобщение выводов 111 8 Безопасность и экологичность 113
8.1. Анализ потенциальных опасных и вредных производственных факторов
при проведении работ 113
Наименование 115
видов работ 115
Наименование фактора 115
Влияние на человека 115
Регулирующие документы 115
8.2. Инженерные и организационные решения по обеспечению безопасности
работ 116
8.3. Санитарные требования к помещению и размещению используемого
оборудования 117
8.4. Обеспечение безопасности технологического процесса 120
8.5. Обеспечение взрывопожарной и пожарной безопасности 122
8.6. Обеспечение безопасности в аварийных и чрезвычайных ситуациях ... 124
8.7. Экологичность проекта 126
Заключение 128
Список сокращений 129
Список использованных источников 131
Приложение А. Результаты расчета одноступенчатой мембранной схемы разделения бинарной смеси гелий-метан с использованием мембраны из Matrimid 5218® исходного исполнения 150
Приложение Б. Результаты расчета одноступенчатой мембранной схемы разделения бинарной смеси гелий-метан с использованием мембраны из Matrimid 5218®, полученной газофазным фторированием
1 Общее представление о состоянии гелиевой промышленности в России 9
1.1 Современный мировой рынок гелия 10
1.2 Основная нормативно-техническая документация, регулирующая подсчет
запасов гелия 12
1.3 Газогелиевые месторождения России 17
1.4 Текущая ситуация по утилизации гелия в России 21
2 Обзор современных технологий извлечения гелия 26
2.1 Криогенный способ выделения гелия из природного газа 27
2.2 Обзор некриогенных методов выделения гелия из природного газа 32
2.3 Мембранные методы разделения газовых смесей 33
2.4 Мембранная технология для получения гелия 39
2.5 Адсорбционные технологии выделения гелия 44
2.6 Получение гелия гидратообразованием 45
2.7 Обобщение информации по технологиям извлечения гелия 46
2.8 Качественные характеристики товарного гелия газообразного (сжатого) 47
3 Характеристика объекта исследования 51
3.1 Физико-географическое описание района нефтегазоконденсатного
месторождения 51
3.2 Геологическое строение нефтегазоконденсатного месторождения 53
3.2.1 Ботуобинский продуктивный горизонт 57
3.2.2 Хамакинский продуктивный горизонт 60
3.2.3 Талахский продуктивный горизонт 62
3.3 Характеристика коллекторских свойств продуктивных горизонтов 63
3.4 Свойства и состав пластовых флюидов 64
3.4.1 Газ 64
3.4.2 Конденсат 65
3.4.3 Нефть 67
3.4.4 Вода 69
4 Динамика разработки нефтегазоконденсатного месторождения 70
4.1 Факторы осложняющие разработку и основные подходы к формированию
концепции разработки нефтегазоконденсатного месторождения 71
4.2 Экранная технология разработки тонких подгазовых нефтяных оторочек
с использованием многоствольных многофункциональных скважин 73
5 Общие принципы организации системы сбора и подготовки на стадии
опытно-промышленной эксплуатации объекта исследования 74
5.1 Технология подготовки газа и конденсата на УКПГ-3 76
6 Применение мембранной технологии для утилизации гелия, с учетом
характеристик добываемой среды и технологических возможностей нефтегазоконденсатного месторождения 79
6.1 Обзор альтернативной схемы утилизации гелия для рассматриваемого
нефтегазоконденсатного месторождения 81
6.2 Технологические решения по извлечению гелия из гелийсодержащего
газа нефтегазоконденсатного месторождения 85
6.3 Способ хранения гелия на нефтегазоконденсатном месторождении 90
7 Повышение эффективности утилизации гелия при использовании
мембранной технологии 92
7.1 Выбор и принятие исходных данных для осуществления расчета 93
7.2 Определение оптимальных условий процесса разделения бинарной смеси
гелий-метан на нефтегазоконденсатном месторождении 96
7.1.1 Определение влияния термобарических параметров на процесс
мембранного газоразделения смеси гелий-метан 99
7.1.2 Приближенный расчет одноступенчатой мембранной схемы
разделения смеси гелий-метан 103
7.1.3 Построение и анализ графиков зависимости концентрации гелия от изменения давления в напорном канале 108
7.3 Обсуждение результатов выполненного расчета и обобщение выводов 111 8 Безопасность и экологичность 113
8.1. Анализ потенциальных опасных и вредных производственных факторов
при проведении работ 113
Наименование 115
видов работ 115
Наименование фактора 115
Влияние на человека 115
Регулирующие документы 115
8.2. Инженерные и организационные решения по обеспечению безопасности
работ 116
8.3. Санитарные требования к помещению и размещению используемого
оборудования 117
8.4. Обеспечение безопасности технологического процесса 120
8.5. Обеспечение взрывопожарной и пожарной безопасности 122
8.6. Обеспечение безопасности в аварийных и чрезвычайных ситуациях ... 124
8.7. Экологичность проекта 126
Заключение 128
Список сокращений 129
Список использованных источников 131
Приложение А. Результаты расчета одноступенчатой мембранной схемы разделения бинарной смеси гелий-метан с использованием мембраны из Matrimid 5218® исходного исполнения 150
Приложение Б. Результаты расчета одноступенчатой мембранной схемы разделения бинарной смеси гелий-метан с использованием мембраны из Matrimid 5218®, полученной газофазным фторированием
Актуальность. С развитием гелиевой промышленности связывают будущий рост экономики России, так как страна обладает крупнейшей в мире сырьевой базой «солнечного газа». Свободные и попутные нефтяные газы разрабатываемых месторождений Восточной Сибири и Республики Саха (Якутия) в качестве компонента-примеси содержат гелий в его уникальных концентрациях. В результате чего возникает необходимость поиска оптимальной технологии его утилизации, что обусловлено энергетической стратегией России, которая запрещает осуществлять газодобычу гелийсодержащих газов без его последующего извлечения. Это требует разработки новых технологий, методик и технических устройств, сводящих к минимуму капитальные вложения и эксплуатационные затраты, а также позволяющих не тормозя газодобычу быстро и качественно отделять гелий от основного продукта, не зависимо от выбранной технологии утилизации. В связи с чем, тема выпускной квалификационной работы бакалавра «Выбор оптимальной технологии утилизации гелия при добыче и подготовке скважинной продукции нефтегазоконденсатного месторождения» актуальна.
Цель ВКР. Повышение эффективности извлечения гелия из природного газа в системах сбора и подготовки продукции скважин нефтегазоконденсатного месторождения.
Для достижения указанной цели, необходимо выполнить задачи:
1. Анализ современного мирового рынка гелия и перспектив развития гелиевой промышленности России;
2. Анализ современных технологий извлечения гелия из природного газа с определением их достоинств и недостатков;
3. Постановка задачи исследования на основе исходных характеристик месторождения и продукции скважин;
4. Представление технических решений по модернизации блока утилизации гелия;
5. Расчет оптимальных условий и показателей процесса газоразделения в мембранном модуле для оценки эффективности использования предлагаемого решения;
6. Анализ необходимых требований по обеспечению безопасности проводимых работ и экологичности проекта.
Объект исследования. Чаяндинское нефтегазоконденсатное месторождение.
Предмет исследования. Технология утилизации гелия.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы в будущей деятельности для развития профессиональных компетенций с учетом требований профессиональных стандартов. Выпускная квалификационная работа может быть заложена в основу НИР при обучении в магистратуре по направлению 21.04.01 «Нефтегазовое дело».
Цель ВКР. Повышение эффективности извлечения гелия из природного газа в системах сбора и подготовки продукции скважин нефтегазоконденсатного месторождения.
Для достижения указанной цели, необходимо выполнить задачи:
1. Анализ современного мирового рынка гелия и перспектив развития гелиевой промышленности России;
2. Анализ современных технологий извлечения гелия из природного газа с определением их достоинств и недостатков;
3. Постановка задачи исследования на основе исходных характеристик месторождения и продукции скважин;
4. Представление технических решений по модернизации блока утилизации гелия;
5. Расчет оптимальных условий и показателей процесса газоразделения в мембранном модуле для оценки эффективности использования предлагаемого решения;
6. Анализ необходимых требований по обеспечению безопасности проводимых работ и экологичности проекта.
Объект исследования. Чаяндинское нефтегазоконденсатное месторождение.
Предмет исследования. Технология утилизации гелия.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы в будущей деятельности для развития профессиональных компетенций с учетом требований профессиональных стандартов. Выпускная квалификационная работа может быть заложена в основу НИР при обучении в магистратуре по направлению 21.04.01 «Нефтегазовое дело».
Определено, что, на сегодняшний день, предварительное извлечение избыточных объемов гелия на месторождении и закачка их в ПХГ является оптимальной технологией утилизации данного компонета-примеси.
Обосновано, что при осуществлении мембранного процесса газоразделения бинарной смеси гелий-метан в области высоких давлений необходимо учитывать изменение проницаемости компонентов смеси от давления в напорном канале мембранного модуля.
Подтверждено результатами расчета, что мембраны из полиимида исходного и фторированного исполнения отвечают требованиям и задачам процесса газоразделения при заданных на нефтегазоконденсатном месторождении технологических условиях и позволяют осуществить процесс по одноступенчатой схеме;
Доказано, что модифицированная фторированием мембрана, относительно исходной, обладает рядом преимуществ при технологических условиях нефтегазоконденсатного месторождения:
- снижение потерь CH4в селективно проникающем потоке до |Ц%;
- повышение концентрации гелия в пермеате на первой ступени до Ц%;
- высокая селективность мембраны равная 841;
- низкая проницаемость по метану Ц41 л/м2*ч*атм;
- потребная поверхность мембраны составляет ЦЦ м2, что в 4 раза меньше по сравнению с исходной
Обосновано, что при осуществлении мембранного процесса газоразделения бинарной смеси гелий-метан в области высоких давлений необходимо учитывать изменение проницаемости компонентов смеси от давления в напорном канале мембранного модуля.
Подтверждено результатами расчета, что мембраны из полиимида исходного и фторированного исполнения отвечают требованиям и задачам процесса газоразделения при заданных на нефтегазоконденсатном месторождении технологических условиях и позволяют осуществить процесс по одноступенчатой схеме;
Доказано, что модифицированная фторированием мембрана, относительно исходной, обладает рядом преимуществ при технологических условиях нефтегазоконденсатного месторождения:
- снижение потерь CH4в селективно проникающем потоке до |Ц%;
- повышение концентрации гелия в пермеате на первой ступени до Ц%;
- высокая селективность мембраны равная 841;
- низкая проницаемость по метану Ц41 л/м2*ч*атм;
- потребная поверхность мембраны составляет ЦЦ м2, что в 4 раза меньше по сравнению с исходной