способ подготовки кислого газа для закачки в пласт через нагнетательную скважину

Формула изобретения

Способ подготовки кислого газа для закачки в пласт через нагнетательную скважину, включающий подачу кислого газа последовательно в более чем один блок сжатия-охлаждения, состоящий из установленных последовательно компрессора и холодильника, отличающийся тем, что кислый газ подают последовательно в первый, второй и третий блоки сжатия-охлаждения, дополнительно снабженные сепараторами, установленными после холодильников, в компрессоре первого блока сжатия-охлаждения кислый газ сжимают до давления 0,3÷0,6 МПа, в компрессоре второго блока сжатия-охлаждения - до давления 1,0÷2,0 МПа, а в компрессоре третьего блока сжатия-охлаждения - до давления 2,5÷5,0 МПа, в холодильниках первого, второго и третьего блоков сжатия-охлаждения кислый газ охлаждают до температуры 40÷60°С, с верхней части сепаратора третьего блока сжатия-охлаждения кислый газ подают в абсорбер блока осушки, осушенный кислый газ с температурой 45÷65°С выводят с верхней части абсорбера и переводят в жидкое однофазное состояние путем подачи на сжатие до давления 5,5÷10,0 МПа и охлаждения до температуры 40÷60°С, а затем жидкий кислый газ закачивают через нагнетательную скважину в пласт, с нижней части абсорбера насыщенный водой раствор абсорбента направляют в емкость-экспанзер, в которой выделяют поглощенные абсорбентом кислые компоненты и подают их на смешивание с потоком кислого газа перед его подачей во второй блок сжатия-охлаждения, а раствор абсорбента из емкости-экспанзера подают в теплообменник, в котором нагревают его до температуры 150÷200°С, а затем - в регенератор на регенерацию, в котором осуществляют десорбцию поглощенной влаги при температуре 160÷230°С, после чего регенерированный раствор абсорбента подают в теплообменник на охлаждение, далее его дожимают до давления 2,5÷5,0 МПа, охлаждают до температуры 30÷50°С и направляют на орошение абсорбера, а водяные пары выводят с верхней части регенератора, охлаждают и подают в сепаратор, кислые газы из верхней части которого направляют в печь дожига или на факел, а воду из нижней части направляют на смешивание с водой, выделившейся в сепараторах первого, второго и третьего блоков сжатия-охлаждения, после чего воду отводят на хозяйственные нужды или на закачку в пласт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к способам подготовки кислых газов к закачке в пласт через нагнетательную скважину с целью их утилизации.

Наиболее близким аналогом к данному изобретению является способ подготовки кислого газа для закачки в пласт через нагнетательную скважину в смеси с водой, который заключается в сжатии кислого газа компрессорами в несколько ступеней сжатия с промежуточным охлаждением кислого газа после каждой ступени сжатия. Для смешивания с водой поток кислого газа дожимается до давления 4,55÷14,0 МПа (в зависимости от состава кислого газа). При этом обязательным условием является нахождение кислого газа на выходе из холодильника после последней ступени сжатия в жидком состоянии. Далее сжиженный кислый газ смешивается с водой с определенным показателем рН (не менее 7,5) при одинаковом давлении и подается на головку нагнетательной скважины для закачки в пласт (см. патент США №6149344, НКИ 405/128, опубл. 21.11.2000).

Недостатками известного способа является необходимость наличия значительных ресурсов воды для растворения в ней кислых компонентов. Например, для кислого газа, содержащего 83 мол.% H ₂S и 17 мол.% CO₂, объем воды, требуемой для растворения кислых компонентов, должен не менее чем в два раза превышать объем жидкого кислого газа, а для кислого газа, содержащего 25 мол.% Н₂S и 75 мол.% СО ₂, объем воды, требуемой для растворения кислых компонентов, должен не менее чем в восемь раз превышать объем жидкого кислого газа. Кроме этого, при растворении кислых газов в воде существует риск коррозионных разрушении оборудования и трубопроводов, а также образования гидратов.

При создании данного изобретения решались технические задачи исключения использования воды при закачке кислых газов в пласт, снижения риска коррозионных разрушений оборудования и трубопроводов, а также образования гидратов.

Данные технические задачи решаются в способе подготовки кислого газа для закачки в пласт через нагнетательную скважину, включающем подачу кислого газа последовательно в более чем один блок сжатия-охлаждения, состоящий из установленных последовательно компрессора и холодильника, согласно изобретению кислый газ подают последовательно в первый, второй и третий блоки сжатия-охлаждения, дополнительно снабженные сепараторами, установленными после холодильников.

В компрессоре первого блока сжатия-охлаждения кислый газ сжимают до давления 0,3÷0,6 МПа, в компрессоре второго блока сжатия-охлаждения - до давления 1,0÷2,0 МПа, а в компрессоре третьего блока сжатия-охлаждения - до давления 2,5÷5,0 МПа.

В холодильниках первого, второго и третьего блоков сжатия-охлаждения кислый газ охлаждают до температуры 40÷60°С. С верхней части сепаратора третьего блока сжатия-охлаждения кислый газ подают в абсорбер блока осушки, осушенный кислый газ с температурой 45÷65°С выводят с верхней части абсорбера и переводят в жидкое однофазное состояние путем подачи на сжатие до давления 5,5÷10,0 МПа и охлаждения до температуры 40÷60°С, а затем жидкий кислый газ закачивают через нагнетательную скважину в пласт.

С нижней части абсорбера насыщенный водой раствор абсорбента направляют в емкость-экспанзер, в которой выделяют поглощенные абсорбентом кислые компоненты и подают их на смешивание с потоком кислого газа перед его подачей во второй блок сжатия-охлаждения.

Раствор абсорбента из емкости-экспанзера подают в теплообменник, в котором нагревают его до температуры 150÷200°С, а затем в регенератор на регенерацию, в котором осуществляют десорбцию поглощенной влаги при температуре 160÷230°С, после чего регенерированный раствор абсорбента подают в теплообменник на охлаждение, далее его дожимают до давления 2,5÷5,0 МПа, охлаждают до температуры 30÷50°С и направляют на орошение абсорбера.

Водяные пары выводят с верхней части регенератора, охлаждают и подают на смешивание с водой, выделившейся в сепараторах первого, второго и третьего блоков сжатия-охлаждения, после чего воду отводят на хозяйственные нужды или на закачку в пласт.

Данное изобретение иллюстрируется чертежом, на котором приведена схема установки подготовки кислого газа для закачки в пласт через нагнетательную скважину, реализующей предложенный способ и содержащей три блока сжатия-охлаждения кислого газа.

Установка состоит из трубопровода 1 подачи кислого газа в первый блок сжатия-охлаждения кислого газа, состоящего из компрессора 2, соединенного трубопроводом 3 с холодильником 4, который соединен трубопроводом 5 с сепаратором 6. Верхняя часть сепаратора 6 соединена трубопроводом 7 со вторым блоком сжатия-охлаждения кислого газа, а к нижней части присоединен трубопровод 8 вывода воды из устройства.

Второй блок сжатия-охлаждения кислого газа состоит из компрессора 9, соединенного трубопроводом 10 с холодильником 11, который соединен трубопроводом 12 с сепаратором 13. Верхняя часть сепаратора 13 соединена трубопроводом 14 с третьим блоком сжатия-охлаждения кислого газа, а нижняя часть - трубопроводом 15 с трубопроводом 8 вывода воды из устройства.

Третий блок сжатия-охлаждения кислого газа состоит из компрессора 16, соединенного трубопроводом 17 с холодильником 18, который соединен трубопроводом 19 с сепаратором 20. Верхняя часть сепаратора 20 соединена трубопроводом 21 с абсорбером 22 установки осушки кислого газа, а нижняя часть - трубопроводом 23 с трубопроводом 8 вывода воды из устройства.

Верхняя часть абсорбера 22 соединена трубопроводом 24 с компрессором 25, соединенным трубопроводом 26 с холодильником 27, который соединен трубопроводом 28 с насосом 29, подающим кислый газ на головку нагнетательной скважины (на чертеже условно не показано).

Нижняя часть абсорбера 22 соединена трубопроводом 31, имеющим клапан сброса давления 32, с емкостью-экспанзером 33, верхняя часть которого трубопроводом 34 соединена с трубопроводом 7 подачи кислого газа во второй блок сжатия-охлаждения кислого газа. Нижняя часть емкости-экспанзера 33 соединена с регенератором абсорбента 35 посредством трубопровода 36, проходящего через теплообменник 37.

Регенератор абсорбента 35 снабжен рибойлером 38.

Нижняя часть регенератора абсорбента 35 соединена с насосом 39 посредством трубопровода 40, проходящего через теплообменник 37. Насос 39 соединен трубопроводом 41 с водяным холодильником либо аппаратом воздушного охлаждения 42, который трубопроводом 43 соединен с абсорбером 22.

Верхняя часть регенератора абсорбента 35 трубопроводом 44 соединена с холодильником 45, который трубопроводом 46 соединен с сепаратором 47. Газы из верхней части сепаратора 47 по трубопроводу 48 подаются в печь дожига или на факел. Нижняя часть сепаратора 47 трубопроводом 49 соединена с трубопроводом 8 вывода воды из устройства.

Способ осуществляют следующим образом.

Кислый газ с установки очистки газа от кислых компонентов с давлением 0,1÷0,2 МПа по трубопроводу 1 подают на вход компрессора 2 первого блока сжатия-охлаждения, в котором кислый газ сжимают до давления 0,3÷0,6 МПа. Далее по трубопроводу 3 кислый газ подают в холодильник 4 (который может быть выполнен в виде аппарата воздушного охлаждения), в котором кислый газ охлаждают до температуры 40÷60°С, после чего по трубопроводу 5 направляют в сепаратор 6.

В сепараторе 6 охлажденный кислый газ разделяют на газовую фазу (кислый газ), выводящуюся по трубопроводу 7, и воду, отводящуюся по трубопроводу 8 вывода воды из устройства. Кислый газ из верхней части сепаратора 6 смешивают с рециркулируемым кислым газом, поступающим по трубопроводу 34 из емкости-экспанзера 33, и по трубопроводу 7 подают на вход компрессора 9 второго блока сжатия-охлаждения, в котором его сжимают до давления 1,0÷2,0 МПа. После компрессора 9 кислый газ по трубопроводу 10 подают в холодильник 11 (который может быть выполнен в виде аппарата воздушного охлаждения), в котором кислый газ охлаждают до температуры 40÷60°С, после чего по трубопроводу 12 направляют в сепаратор 13.

В сепараторе 13 происходит отделение влаги, отводящейся по трубопроводу 15 в трубопровод 8 вывода воды из устройства. Кислый газ из сепаратора 13 по трубопроводу 14 направляют на вход компрессора 16 третьего блока сжатия-охлаждения. Кислый газ сжимают компрессором 16 до давления 2,5÷5,0 МПа и по трубопроводу 17 подают в холодильник 18 (который может быть выполнен в виде аппарата воздушного охлаждения), где кислый газ охлаждают до температуры 40÷60°С.

Охлажденный в холодильнике 18 кислый газ по трубопроводу 19 подают в сепаратор 20 для отделения выделившейся при сжатии и охлаждении воды. Затем отсепарированный кислый газ направляют по трубопроводу 21 в абсорбер 22 установки осушки кислого газа, а отделенную воду - по трубопроводу 23 в трубопровод 8 вывода воды из устройства.

Кислый газ с давлением 2,5÷5,0 МПа подают по трубопроводу 21 в абсорбер 22 узла осушки, в котором кислый газ осушают до остаточного содержания воды не более 0,01 мас.%. Абсорбер 22 орошается высококонцентрированным раствором триэтиленгликоля (ТЭГ) (97,5÷99,5 мас.%), подаваемым в абсорбер 22 по трубопроводу 43. В абсорбере 22 раствор ТЭГ взаимодействует с кислым газом с поглощением из последнего избыточной влаги. Осушенный кислый газ с температурой 45÷65°С выводят из верхней части абсорбера 22 по трубопроводу 24 и направляют на вход компрессора 25, где его дожимают до давления 5,5÷10,0 МПа. Далее по трубопроводу 26 кислый газ охлаждают в водяном холодильнике или аппарате воздушного охлаждения 27 до температуры 40÷60°С. При этих условиях поток кислых газов обязательно должен находиться в однофазном жидком состоянии. При невыполнении этого условия необходима дополнительная ступень компримирования.

В зависимости от пластовых условий жидкий кислый газ после водяного холодильника или аппарата воздушного охлаждения 27 по трубопроводу 28 направляют либо на насос 29 для дожатия и подачи на головку нагнетательной скважины, либо сразу на головку нагнетательной скважины для закачки в пласт.

Насыщенный водой раствор ТЭГ с температурой 45÷65°С выводят с низа абсорбера 22 и по трубопроводу 31 через клапан 32, где происходит сброс давления потока раствора ТЭГ до 0,1÷0,3 МПа, направляют в емкость-экспанзер 33, где происходит выделение поглощенных кислых компонентов. Газ экспанзии по трубопроводу 34 рециркулируют в трубопровод 7 подачи кислого газа во второй блок сжатия-охлаждения кислого газа, где его смешивают с потоком кислого газа из верхней части сепаратора 6 и подают на вход компрессора первой ступени 9.

Раствор ТЭГ выводят из экспанзера 33 по трубопроводу 36 и, предварительно нагрев его потоком регенерированного раствора ТЭГ в теплообменнике 37 до температуры 150÷200°С, подают на регенерацию в регенератор абсорбента 35. В регенераторе абсорбента 35 происходит десорбция поглощенной влаги при температуре 160÷230°С. Тепло в регенератор абсорбента 35 подводят с помощью водяного пара, вырабатываемого в рибойлере 38.

Регенерированный раствор ТЭГ выводят из кубовой части регенератора абсорбента 35 по трубопроводу 40, охлаждают, нагревая раствор насыщенного абсорбента, в теплообменнике 37 до температуры 80÷150°С и подают на всас насоса 39. Насосом 39 раствор ТЭГ дожимают до давления 2,5÷5,0 МПа и по трубопроводу 41 подают в водяной холодильник (либо аппарат воздушного охлаждения) 42, где его охлаждают до температуры 30÷50°С, и по трубопроводу 43 подают на орошение абсорбера 22.

Водяные пары выводятся из верхней части регенератора 35 по трубопроводу 44, охлаждаются в холодильнике 45 (который может быть выполнен в виде аппарата воздушного охлаждения) и по трубопроводу 46 подаются в сепаратор 47. Газ из верхней части сепаратора 47 выводится по трубопроводу 48 и направляется в печь дожига или на факел. Кислая вода из нижней части сепаратора 47 по трубопроводу 49 подается в трубопровод 8 на смешивание с водой из сепараторов 6, 13 и 20. Далее эта воду направляется на блок подготовки к закачке в пласт либо на прочие нужды.