Файл: Утилизация и рациональное использование попутного нефтяного газа.pdf

 – виды
– по содержанию механических примесей: чистый, слабозагрязненный, загрязненный и сильнозагрязненный.
1.4. Добыча
попутного нефтяного газа.
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.

Раздел II.
Применение попутного нефтяного газа.
2.1. Применение ПНГ в наше время
Специфика добычи попутного нефтяного газа (ПНГ) состоит в том, что он является побочным продуктом нефтедобычи. По геологическим характеристикам различают газ газовых шапок и газ, растворенный в нефти. ПНГ представляет собой смесь газо- и парообразных углеводородных и неуглеводородных компонентов, выделяющихся из нефтяных скважин и из пластовой нефти при ее разгазировании.
Основными компонентами попутных нефтяных газов являются углеводороды от метана до гексана, включая изомеры C4 – C6. Неуглеводородные компоненты попутных нефтяных газов могут быть представлены азотом, углекислым газом, гелием, аргоном, а также сероводородом, количество которого достигает иногда нескольких процентов, в ряде случаев встречается водород.
В настоящее время доля утилизации ПНГ в развитых странах – США, Канаде,
Норвегии – составляет 99 – 100%, тогда как в России, странах Ближнего Востока и Африки значительная часть попутного газа сжигается в факелах. Основные направления квалифицированного использования попутного нефтяного газа представлены на рисунке.

Большинство попутных, особенно низконапорных газов, относятся к категории жирных и особо жирных. С лёгкой нефтью обычно добывают более жирные газы, с тяжёлыми нефтями – в основном сухие (тощие и средние) газы. С увеличением содержания углеводородов С
3+
возрастает ценность попутного нефтяного газа. В отличие от природного газа, имеющего в своём составе до 98 % метана, сфера применения нефтяного газа гораздо шире. Ведь этот газ можно использовать не только для получения тепловой или электрической энергии, но и как ценное сырьё для нефтегазохимии.
Ассортимент продукции, которую возможно получить из попутного газа физическим разделением, достаточно широк:

Сухой отбензиненный газ (СОГ);

Широкая фракция лёгких углеводородов (ШФЛУ);

Стабильный газовый бензин;

Газовое моторное топливо (автомобильный пропан-бутан);

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) для коммунально-бытовых нужд;

Этан и другие узкие фракции, в том числе индивидуальные углеводороды
(пропан, бутаны, пентаны).
Сфера применения:
Из попутного нефтяного газа 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.

Раздел III.
Утилизация и переработка попутного нефтяного газа.
Утилизация попутных нефтяных газов может осуществляться по трем направлениям:
1.Энергетическая утилизация попутных газов.
Попутный газ отправляется на выработку электрической энергии, теплоснабжения бытовых и промышленных объектов;
2.Нефтехимическая утилизация попутных газов. В данном случае попутный газ применяется для производства каучука, пластмасс, компонентов высокооктанового бензина;
3.Технологическая утилизация попутного газа. В этом случае попутный газ закачивается обратно в пласт. Этот способ самый капиталоемкий и дорогостоящий. Для его выполнения необходимо строительство сетей внутренних газопроводов, установки по подготовке и очистке газа от вредных примесей, компрессорные станции. Главной причиной не полной утилизации попутного газа является экономическая нецелесообразность его использования, так как в его состав входят большое количество примесей в виде влаги, газоконденсата и нефти, в связи с этим, газ без дополнительной очистки неприемлем для использования. Все разрабатываемые скважины на первоначальном этапе не связаны с сетью коммуникаций в связи, с чем транспортировка попутного газа требует огромных капитальных вложений.
Кроме того, стоимость сепарационного оборудования и его пуско-наладка очень высока.
Поэтому большинство склоняется к тому, что сбрасывание огромных избыточных объемов попутного газа для сжигания на факеле является неизбежным мероприятием.

3.1. Методы переработки попутного нефтяного газа
Ещё в середине прошлого века ПНГ, неизбежно получаемый в процессе производства нефти, почти полностью сжигался в факелах. Переработка этого побочного продукта считалась настолько нерентабельной, что негативным последствиям от его сжигания долго не уделялось должного внимания со стороны общественности. Однако концентрация продуктов горения в атмосфере влекла за собой значительное ухудшение здоровья населения, что поставило перед химической промышленностью трудную задачу: переработка ПНГ и его практическое применение. Существует несколько наиболее востребованных способов утилизации попутного нефтяного газа
Фракционный способ
Данный метод переработки ПНГ представляет собой разделение газа на составляющие. В результате процесса получают сухие очищенные газы и широкую фракцию легких углеводородов: эти и другие продукты пользуются большой популярностью на мировом рынке. Существенный недостаток этой

схемы – необходимость транспортировки сырья конечным пользователям по трубопроводу. Поскольку СУГ, ПБТ и ШФЛУ тяжелее воздуха, они обладают свойством накапливаться в низинах и образовывать взрывоопасные облака, которые при взрыве способны нанести значительные разрушения.
Закачка ПНГ в пласт для интенсификации нефтеотдачи.
Попутный нефтяной газ нередко используется для повышения нефтеотдачи на месторождениях через его обратную закачку в пласт – так давление повышается, и из одной скважины можно добыть на 10 тыс. т. нефти больше. Данный способ применения газа считается дорогостоящим, поэтому не получил широкого распространения на территории РФ и используется преимущественно в Европе.
Основное преимущество способа заключается в его дешевизне: предприятию необходимо закупить лишь необходимое оборудование. В то же время подобные меры не утилизируют ПНГ, а лишь отсрочивают проблему на некоторое время.

Установка энергоблоков
Ещё одна значимая сфера эксплуатации попутного газа – это обеспечение энергией электростанций.
При условии нужного состава сырья способ отличается высокой эффективностью и пользуется большой популярностью на рынке.
Ассортимент установок широк: компании наладили выпуск как газотурбинных, так и поршневых энергоблоков. Эти устройства позволяют обеспечить полноценное функционирование станции с возможностью вторичного использования вырабатываемого на производстве тепла.
Подобные технологии активно внедряются в нефтехимическую промышленность, так как компании стремятся к независимости от поставок электроэнергии РАО.
Однако целесообразность и высокая рентабельность схемы может быть обусловлена только близким расположением электростанции к месторождению,

так как затраты на транспортировку ПНГ превысят потенциальную экономию средств. Для безопасного функционирования системы газ нуждается в предварительной сушке и очистке
Переработка в сжиженный газ
Способ основан на криогенном процессе сжатия с использованием однопоточного холодильного цикла. Сжижение подготовленного ПНГ происходит через его взаимодействие с азотом в искусственно созданных условиях.
Потенциал рассматриваемого метода зависит от целого ряда условий:

производительность установки;

давление исходного газа;

запас газа;

содержание тяжелых углеводородов, этана и сернистых соединений и т. д.
Наиболее эффективно схема проявит себя, если устанавливать криогенные комплексы на распределительных станциях.
Мембранная очистка
Одна из наиболее перспективных на данный момент технологий. Принцип работы метода заключается в различной скорости, с которой компоненты попутного газа проходят сквозь специальные мембраны. С появлением половолоконных материалов способ приобрёл массу преимуществ над традиционными способами очистки и фильтрации ПНГ.
Очищенный газ подвергается сжижению и затем проходит через процедуру разделения в двух промышленных сегментах: для получения топлива или нефтехимического сырья. В результате процесса, как правило, образуется отбензиненный газ, который легко транспортируется, и ШФЛУ, которые

отправляются на предприятия для производства каучука, пластмасс и топливных присадок.

3.2. Методы утилизации попутного нефтяного газа.
Факельный метод утилизации ПНГ.
Длительное время попутный нефтяной газ принимали за бесполезную примесь нефти, поэтому его никак не использовали. Простейшим способом избавления от газа считалось сжигание - преднамеренное и контролируемое уничтожение горючего газа на специальных факельных установках, факелах. Такой метод чаще всего используется на малых нефтепромыслах, где качественная переработка или транспортировка ПНГ на газоперерабатывающие заводы не представляется рентабельной.
Полученный в результате нефтедобычи газ обязательно подвергается либо утилизации, либо переработке (глубокой или не глубокой). Обычный выпуск в атмосферу ПНГ вредит экологии – более того, газ может легко загореться или даже взорваться.
Один из простейших способов утилизации – сжигание попутного нефтяного газа в факелах. На производственной площадке месторождения устанавливаются факельные установки. К ним подводятся трубопроводы, по которым ПНГ подаётся по трубопроводам к факельной трубе – в ней и проходит процесс сжигания.
Факельные установки бывают двух типов – открытого и закрытого. В открытой факельной системе газ выходит через вертикальный ствол высотой до 4 метров.
Факельные системы закрытого типа (наземные факелы) чаще всего представляют собой мобильные горизонтальные установки, размещённые на треногах. При сжигании в них ПНГ не выделяется дым и пар, отсутствует запах, шум, тепловой шлейф, а также нет видимого пламени. Перед подачей в факельную систему для более эффективного сжигания осуществляют подготовку попутного нефтяного газа. Его очищают от тяжёлых углеводородов, влаги, солей, сероводорода и других примесей – для предотвращения попадания лишних составляющих в промысловый факел.

В частности, обезвоживание газа избавляет от образования кристаллогидратов, очистка от тяжёлых углеводородов позволяет избежать жидкостных пробок, а отсутствие сероводорода и двуокиси углерода предупреждает образование коррозий на оборудовании.
При таком способе промышленность не только теряет ценное сырьё, но и загрязняет атмосферу выбросами вредных веществ, усиливающими парниковый эффект. В ПНГ, поступающем на факел, можно обнаружить практически все вещества, содержащиеся в обычной нефти, шлейфах и вследствие в пластовых водах. Такой богатый состав обуславливает разнообразие продуктов горения газа.
Главными продуктами горения после двуокиси углерода (CO
2
) являются: оксиды азота, угарный газ, бенз(а)пирен, «нетронутые углеводороды», бензол, толуол, фосген, производные серы, тяжёлые металлы. Каждое вещество имеет свойство аккумулироваться в почве, источниках пресной воды, растениях и животных.

3.3. Влияние попутного нефтяного газа на окружающую среду.
Последствий сжигания попутного нефтяного газа на факелах показывает, что из- за этого происходит заметное ухудшение качества природной среды, в результате которого возникают:
• Загрязнения окружающей среды компонентами сгорания;
• Деградация и вывод части земель из хозяйственного оборота, из-за теплового воздействия;
• Снижение численности животного вида.
Ухудшение качества природной среды приводит к снижению качества жизни населения, что выражается:
• в росте заболеваемости среди населения различными видами болезней;
• в ускоренной деградации и разрушении объектов инфраструктуры.
В аналитическом обзоре Мирового банка, посвящённом проблемам использования углеводородного сырья, отмечается, что при сжигании на факелах
ПНГ, особенно, если хоть немного, но нарушаются оптимальные режимы, в которых должно происходить это сгорание, в атмосферный воздух происходит выброс разнообразных и многочисленных загрязняющих веществ, среди которых обнаруживаются следы:
 более 250 опасных химических соединений;
 тяжёлых металлов, таких как ртуть, мышьяк и хром;

 оксидов азота и серы, а также сероводорода.
При этом, достаточно редко можно встретить в литературе полный список всех вредных веществ, образующихся при сжигании ПНГ, в общем представлении это в основном СО
2
, не более. Во-первых, безусловно, репутация нефтяной промышленности изначально подпорчена её антиэкологичной деятельностью, поэтому ее стараются по возможности беречь. Во-вторых, многие нефтяные месторождения находятся в регионах, где население на прилегающих территориях освоения ресурсов немногочисленно, поэтому к факельным выбросам относятся снисходительно. В-третьих, для обнаружения вредных веществ, требуется очень непростая техника и, следовательно, требуются большие материальные затраты.
Таким образом, именно процесс сжигания ПНГ стал постоянной причиной влияния на ОС. В тоже время ПНГ рассматривается как ценный ресурс, сопровождающий добычу нефти на большинстве месторождений, которому просто необходимо найти рациональное применение.
В настоящий момент в России распределение долей ПНГ осуществляется следующим образом:
* около 80% ресурсов ПНГ утилизируется;
* примерно 20% ПНГ сжигается на промыслах без предварительной сепарации.
В результате горения газа в факелах в России ежегодно образуется огромное количество выбросов СО
2
. Сжигание на факелах просто преступно, так как газ в них не может сжигаться полностью на 100%. Следовательно, в атмосферу попадает, в том числе, не сгоревший метан, гораздо более активный парниковый газ, чем углекислый газ.