Разработка предложений по очистке природного газа и переработки кислых газов с получением товарной продукции (серы) (на примере Карачаганакского месторождения)
Сформировавшемуся в последнее время нефтегазовому комплексу Республики Казахстан отводится ведущая роль в топливно-энергетическом балансе и экономике страны. При нынешних темпах развития производительных сил и освоения углеводородных ресурсов вопросы охраны окружающей природной среды приобретают особую остроту и социальную значимость. Это обусловлено тем, что производственная деятельность предприятий нефтяной и газовой промышленности неизбежно связана с техногенным воздействием нефтегазодобычи на объекты природной среды. Как показывает практика, геохимический техногенез свойственен всем этапам освоения месторождений от бурения до введения в эксплуатацию, а также на протяжении всего периода эксплуатации.
Увеличение темпов добычи, объемов разведывательного и эксплуатационного бурения, и соответственно, транспорта, особенно в шельфе Каспийского моря, сырой нефти, газа и конденсата ставит вопрос необходимости создания собственных новых и реконструкции уже существующих мощностей переработки углеводородного сырья. В силу специфики состава углеводородов (повышенное содержание соединений серы) переработка сырья уменьшила бы экологический риск в процессе транспортировки продукции, а также увеличила бы количество экспортируемой продукции нефтегазовой отрасли.
Очистка и переработка природного газа Карачаганакского месторождения позволит решить вопрос снабжения дешевым природным газом потребителей данного региона и топливным газом собственных установок по подготовке газа к транспортированию. Создание установки очистки и переработки природного газа природного газа приведет к созданию собственной инфраструктуры переработки газа и конденсата, а это в свою очередь, увеличит количество рабочих мест в этом районе.
В перспективе при увеличении объемов добычи газа и конденсата в последние годы создание очистных и перерабатывающих мощностей снимет угрозу экологических катастроф при транспортировании углеводородов, так как природный газ и конденсат Карачаганакского месторождения содержат повышенное количество токсичных компонентов, в частности, сероводород. Извлечение сероводорода и других соединений серы в виде элементной серы позволит снизить выбросы в атмосферу оксидов серы и увеличит ассортимент получаемой продукции.
Наиболее актуальной инженерно-экологической проблемой для нефтегазовых производств является оптимизация и комплексная автоматизация всех технологических процессов и операций по экологическим факторам.
В данной работе сделана попытка освещения и разработки предложений по очистке природного газа и переработки кислых газов с получением товарной продукции (серы) на Карачаганакском месторождении.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕДПРИЯТИИ
1.1 Природно-климатическая характеристика района расположения предприятия
Западно-Казахстанская область расположена на северо-западе Казахстана, на рубеже двух частей света: Европы и Азии. Географические координаты ее 51о35' и 48 с.ш. и 45о30' в.д. Максимальная протяженность области с севера на юг составляет 350 км, с запада на восток – 555 км. Общая площадь ее превышает 15 млн. га. На севере она граничит с Оренбургской, на северо-западе – с Саратовской, на западе – с Волгоградской и Астраханской областями Российской Федерации, на юге – с Атырауской и востоке – с Актюбинской областями Республики Казахстан.
Большая часть территории области занята северной частью Прикаспийской низменности, представляющей собой однообразную равнину. В пределах области она подразделяется на две части: северную и южную. Северная часть отличается плоской поверхностью, лишь кое-где нарушается лиманами и впадинами. Среди равнины встречаются одиночные невысокие возвышенности. На севере Прикаспийская низменность переходит в южные отроги Общего Сырта. На востоке – в западную окраину Подуральского плато.
Подуральское плато – это увалисто-волнистая равнина с абсолютными высотами 110-260 м, расчлененная системой довольно широких речных долин. В своем основании Подуральское плато сложено породами мелового возраста, которые сверху обычно покрыты четвертичными желтовато-бурыми суглинками, супесями и песками. Изредка встречаются небольшие сланцы, сложенные меловыми породами. В долине р.Утвы и некоторых участках Утва-Илекского водораздела отложения мела нередко выходят на поверхность.
По гидрографическим условиями территорию области можно разделить на три района:
- реки Подуральского плато, впадающие в р.Урал, ниже Уральска;
- низовья р.Урал и ее древние потоки;
- бессточные реки восточной части Прикаспийской низменности.
Самой крупной рекой области является р.Урал, которая протекает через всю область с севера на юг.
Реки Илек и Утва впадают в р.Урал, пересекая территорию района с юго-востока на северо-запад и имеют долины шириной более 25 км. Долины протоков р.Илек-Березовка, Шиели, Сук-Булак сложены двумя пойменными и четырьмя надпойменными террасами.
Распределение озер в области неравномерно. В южной части и юго-восточной их мало. Значительно больше безводных замкнутых впадин с горько-соленой грязью. Характерной особенностью почти всех озер является их бессточность, а также сильное сокращение водной поверхности или пересыхание в конце лета.
Почвенный покров области представлен южными черноземами, темно-каштановыми, средне-каштановыми, светло-каштановыми и бурыми почвами.
В пойме р.Урал развиты пойменные почвы. Они образуются вследствие затопления поймы паводковыми водами и отложениями взмученного материала на поверхности почвы.
По растительному покрову в области выделается степная, пустынно-степная и пустынная зоны.
Климат региона отличается высокой континентальностью, которая возрастает с северо-запада на юго-восток. Континентальность проявляется в резких температурных контрастах дня и ночи, зимы и лета, в быстром переходе от зимы к лету. Для всей области характерны дефицит атмосферных осадков, малоснежье, сильное сдувание снега с полей, сухость воздуха. Зима холодная, но не продолжительная, а лето жаркое и длительное.
Среднегодовая температура + 4,2оС.
Самым холодным месяцем является январь, средняя температура которого равна –16,4оС. Абсолютный минимум достигает –43оС.
Повсеместно средняя температура самого теплого месяца – июля – составляет 26,4 оС. Абсолютная максимальная температура равна 43-44оС.
Для района характерны частые и сильные ветры восточного, юго-восточного направлений. В зимнее время преимущественно южного и юго-восточного направления со скоростью до 6,2 м/с, а в летнее время – северного, северо-западного и восточного направления со средней скоростью до 4,3 м/с.
Среднегодовое количество осадков колеблется от 239 до 300 мм и распределяется по сезонам года равномерно: до 40% всех осадков приходится на зимне-весенний период, а 60% - на летне-осенний.
Средняя высота покрова колеблется в пределах 24-27 см.
Глубина промерзания почвы колеблется от 1,0 до 1,64 м.
Гидрографическая сеть представлена рекой Урал, к северо-востоку рекой Илек.
В междуречье р.Илек и р.Утва находится Карачаганакское нефтегазоконденсатное месторождение в соответствии с рис. 1.
1.2 Характеристика Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения
Месторождение Карачаганак – это крупное нефтегазоконденсатное месторождение, открытое в 1979 г. Оно занимает площадь примерно 30000 гектаров и содержит более 1200 млн. тонн нефти и конденсата и более 1350 млрд. куб. м газа.
Месторождение расположено в зоне природных степей Приуралья на территории Западно-Казахстанской области и административно входит в Бурлинский район, центром которого является г.Аксай. Население г.Аксая составляет около 25000 человек.
Рисунок 1. Ситуационная карта-схема Карашыганакского нефтегазоконденсатного месторождения
Географически месторождение находится к северо-востоку от 51-й параллели с.ш. и 50-го меридиана восточной долготы, в 16 км от г.Аксай, в 150 км на восток от г.Уральска, на высоте 80-130 м под уровнем моря.
Ближайшими населенными пунктами являются: Тунгуш (вплотную прилегает к контуру месторождения), Березовка (3 км), Успеновка (9 км), Каракемир (8 км), Жанаталап (4 км), Карашыганак (6 км), Димитров (9 км), Жарсуат (9 км), Бестау (4 км). В 15 км южнее месторождения проходит железнодорожная линия Уральск-Илек. Площадь месторождения пересекает автодорога с твердым покрытием Уральск-Оренбург. В 35 км к северо-востоку от месторождения проходит газопровод "Оренбург-Западная граница", а в 160 км к западу – нефтепровод "Мангышлак-Куйбышев". От КНГКМ до Оренбургского газоперерабатывающего завода (ОГПЗ), расположенного в 30 км северо-западнее г. Оренбург (ст. Каргала) проложены газо- и конденсатопроводы протяженностью 120 км. Расстояние от Карачаганакского до Оренбургского месторождения – 80 км. По западной части месторождения в северо-восточном направлении проложена линия электропередач ЛЭП-35, а через месторождение проходит ЛЭП-110.
Рельеф месторождения характеризуется слабо-волнистой равниной с уклоном к реке Березовка, абсолютные высоты района заключены в пределах 80-200 м над уровнем моря. Площадь изрезана балками с пологими склонами.
В сельскохозяйственном производстве земли в районе месторождения используются под пашни и пастбища. Почвы, находящиеся в пашне, подвержены эрозии и требуют противоэрозионной защиты.
Гидрографическая сеть представлена рядом постоянных и временных водотоков рек Урала, Утвы, Илека и значительным количеством бессточных озер, имеющих хозяйственное значение (орошение, водопой скота).
Грунтовые воды залегают на глубине от 2,5 м (в пойме р.Березовка) до 6 м и более (на основной площади) месторождения. Грунтовые воды на территории месторождения сильно минерализованы (4 мг/л и более).
КНГКМ расположено в зоне безлесных сухих степей. Растительный покров представлен в основном ковыльно-кипчаковыми ассоциациями с участием ковыля и кипчака, полыни и незначительного количества разнотравья.
Животный мир представлен мелкими хищниками (хорьки, лисицы и др.), грызунами (суслики, тушканчики). Из птиц характерны дневные хищники. Из пресмыкающихся встречаются змеи, ящерицы. В водоемах водятся рыбы.
С 1984 года ведется опытно-промышленная эксплуатация КНГКМ. Месторождение выделяется глубиной залегания до 5300 м, большим этажем продуктивности (1600 м), небольшой площадью газоносности (200 км2), высоким содержанием конденсата (до 900 г/м3) и сероводорода (3,7% об.) и представляет собой широкую карбонатную платформу с рифовыми пиками. Это огромное накопление углеводородов – мощный газоконденсатный коллектор толщиной 1400 м, под которым залегает нефтяная оторочка толщиной 200 м. Группа разработки месторождения занимается подготовкой плана разработки месторождения не весь 40-летний период, основываясь на точных геологических моделях и моделях пласта. Моделирование пласта используется для прогнозирования добычи и уровней закачки. А также для оптимизации добычи и определения места бурения новых скважин.
По возможности пласт будет разрабатываться через существующие скважины, а также за счет бурения новых добывающих и нагнетательных скважин, предусмотренных в ходе этапа II разработки. Осуществляется капитальный ремонт 84 и углубление 15 существующих скважин. Из общего числа имеющихся скважин 86 будут использоваться для добычи и около 13 – для закачки.
Объекты промысловой переработки в настоящее время включают УКПГ-3, которая принимает газ и конденсат со скважин, сепарирует и частично стабилизирует их до подачи на экспорт в Оренбург. Ведется реконструкция этих сооружений.
Новые объекты промысловой подготовки добычи будут включать:
1) Установка 2 – это установка сепарации газа и конденсата, откуда необработанный конденсат будет направляться на новый Карачаганакский перерабатывающий комплекс (КПК).
2) Карачаганакский перерабатывающий комплекс (КПК). Конденсат будет стабилизироваться перед подачей в трубопровод КТК, а газ перерабатываться перед обратной закачкой или экспортом.
3) Повторное закачивание газа. На установке 2 будут установлены три нагнетательных компрессорных агрегата для доставки газа к 20-ти существующим скважинам, которые будут преобразованы для их использования в качестве нагнетательных скважин.
4) Добыча со скважин будет подводиться к спутниковым сборным станциям для подачи на УКПГ-2, УКПГ-3 и КПК.
5) Внутрипромысловые трубопроводы. Газовые и жидкостные трубопроводы для соединения между собой Установки 3, установки 2 и КПК.
6) Экспортный трубопровод. Для транспортировки жидкостей с КПК в Атырау, где он будет врезан в трубопровод Каспийского трубопроводного консорциума (КТК), ведущего к Новороссийску, для экспорта.
7) К 2013 года на КНГКМ будет 240 добывающих и 60 нагнетательных скважин.
Схема сбора конденсата на месторождении принята лучевая: от скважин до УКПГ проложены индивидуальные газопроводы-шлейфы. Шлейфы рассчитаны на статическое давление 35 МПа, которое является наибольшим при остановке скважин. Фонтанная арматура скважин оборудована приводными отсечными задвижками, закрывающимися автоматически при аварийных ситуациях – разрывах шлейфов, превышения давления в шлейфах, при пожаре на скважине.
Подготовка газа и конденсата проводится методом низкотемпературной сепарации в соответствии с рисунком 2. Газ собирается на блоке входных монифольдов и оттуда поступает в подогреватель, а затем в сепаратор I-ой ступени, и после него в сепаратор капельной жидкости. Жидкость из обоих сепараторов поступает в подогреватель, а затем в трехфазный разделитель, в котором оставшийся газ отделяется от жидкости и подается в сепаратор II-ой ступени, а жидкость разделяется на конденсат и метанольную воду. Конденсат подается в трубопровод, а метанольная вода в трубопровод пластовой воды.
Сепаратор II-ой ступени служит для тонкой газоочистки. Жидкая фаза из сепаратора II-ой ступени подается в дегазатор конденсата. Газы дегазации возвращаются в сепаратор II-ой ступени. Конденсат после подогрева направляется на ГНС (при современном уровне добычи газа и конденсата). При увеличении уровня добычи – 70% конденсата отправляется на ГНС и 30% в конденсатопровод. Осушенный газ поступает в теплообменник, а затем в замерный узел и магистральный газопровод.