Использование продуктов переработки попутного газа

Попутный нефтяной газ, состав, использование и переработка

Попутный нефтяной газ, состав, использование и переработка.

Попутный нефтяной газ – это полезное ископаемое, природный углеводородный газ, растворенный в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных и газоконденсатных месторождений.

Попутный нефтяной газ:

Попутный нефтяной газ – это полезное ископаемое , природный углеводородный газ, растворенный в нефти или находящийся в «шапках» нефтяных и газоконденсатных месторождений .

Для обозначения попутного нефтяного газа используют аббревиатуру ПНГ.

В английском языке попутный нефтяной газ называется как «associated petroleum gas», сокращённо – APG. В дословном переводе означает «связанный, объединённый нефтяной газ».

Попутный нефтяной газ, как и природный газ , – это смесь газов и парообразных углеводородных и неуглеводородных компонентов.

По сути, попутный нефтяной газ этот тот же самый природный газ, но с большим количеством примесей. Поэтому по своим физическим свойствам попутный нефтяной газ аналогичен природному газу.

ПНГ не имеет ни цвета, ни запаха. Легче воздуха в 1,8 раза. Горюч и взрывоопасен. При утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.

Попутный нефтяной газ растворен в самой нефти , а также находится в пространстве между горной породой и залежами нефти, именуемой «шапкой». При вскрытии нефтяных пластов обычно сначала начинает фонтанировать газ нефтяных шапок. Впоследствии основную часть добываемого ПНГ составляют газы, растворенные в нефти .

ПНГ является побочным продуктом при добыче нефти. Так, только на одну тонну извлекаемой нефти в зависимости от района добычи и месторождения приходится от 25 до 800 м 3 извлекаемого ПНГ.

Долгое время его считали вредной примесью нефти, и ПНГ просто сжигался непосредственно в месте добычи нефти на нефтеносной скважине, загрязняя окружающую среду. Однако не так давно признали, что попутный нефтяной газ, хотя и сопутствует добыче нефти, является ценным сырьем для дальнейшей переработки. Поэтому нефтяные компании стали все больше уделять внимание рациональному использованию попутного газа.

Попутный нефтяной газ подразделяется на:

– типы – по содержанию целевых компонентов – углеводородов от С₃ и выше: тощий, средний, жирный и особо жирный,

– классы – по содержанию содержанию сернистых соединений: бессернистый, малосернистый, сернистый и высокосернистый,

– группы – по содержанию негорючих компонентов: безбалластный, малобалластный, среднебалластный и высокобалластный,

– виды – по содержанию механических примесей: чистый, слабозагрязненный, загрязненный и сильнозагрязненный.

Химический состав попутного нефтяного газа:

Попутный нефтяной газ, как и природный газ, является газообразной смесью углеводородных и неуглеводородных компонентов.

Его состав разнится от месторождения к месторождению, от характера самого месторождения, от стадии освоения месторождения. Кроме того, одно и то же месторождение в течение нескольких лет способно существенно поменять процентное соотношение входящих в него компонентов. Попутный нефтяной газ, находящийся в газовых «шапках» и извлекаемый в начале эксплуатации месторождения, является более «легким» по составу (с большим содержанием метана и с меньшей долей – тяжелых углеводородных газов) в отличие от растворенного в нефти газа. В дальнейшем при эксплуатации месторождения газ из газовых шапок сокращается и уступает место растворенному в нефти попутному газу, содержащему большую долю тяжелых углеводородов.

Так как попутный газ извлекается из нефти (или газового конденсата) при ее (его) сепарации (3 ступени), то состав получаемого попутного нефтяного газа также будет отличаться после каждой ступени сепарации.

Возможны как сезонные, так и разовые колебания состава ПНГ.

Углеводородные компоненты попутного нефтяного газа представлены метаном СН₄ и его гомологами: этаном С₂Н₆, пропаном С₃Н₈, бутаном С₄Н₁₀, пентаном С₅Н₁₂, гексаном С₆Н₁₄, гептаном С₇Н₁₆, октаном С₈Н₁₈, нонаном С₉Н₂₀, деканом С₁₀Н₂₂ и т.д. вплоть до доказана С₂₂Н₄₆.

Неуглеводородные компоненты попутного нефтяного газа: Ar, H₂, He, N₂, H₂S, водяные пары – H₂O, CO, CO₂ и пр. серосодержащие соединения и инертные газы.

От обычного природного газа ПНГ отличается большим разнообразием и большой долей содержащихся в нем тяжелых углеводородов.

Примерный состав попутного нефтяного газа, извлекаемого из нефтяного месторождения, приведен ниже в таблице.

Состав	% объема*
Метан	45,6
Этан	16,6
Пропан	21,1
Бутан	7,8
Пентан	3,7
Гексан	1,1
Гептан	0,4
Прочие тяжелые углеводороды	3,2
Прочие примеси	0,5

* В таблице приведен один из примеров. Реальный состав добываемого ПНГ из конкретного нефтяного месторождения может существенно отличаться от приведенного примера.

Таким образом, получается, что ПНГ, извлекаемый из нефтяного месторождения в представленном примере, – это жирный (сырой) природный газ.

В газонефтяных и нефтегазоконденсатных месторождениях доля метана значительно больше, а доля тяжелых углеводородов соответственно меньше.

Получение и добыча попутного нефтяного газа:

Добыча попутного нефтяного газа осуществляется на любой стадии добычи и переработки нефти. Эта особенность обусловлена неразрывной связью ПНГ с нефтью.

В первую очередь извлекается попутный нефтяной газ, который содержится в нефтяных «шапках». Он сам выходит из скважины из-за разницы давления. После этого, происходит извлечение газа из самой нефти путем ее сепарации на специальных установках – многоступенчатых сепараторах за счет различного давления и температуры.

Переработка, использование и применение попутного нефтяного газа:

Извлеченный из нефти попутный нефтяной газ представляет собой смесь различных легких и тяжелых углеводородов, а также механических примесей (частиц пыли и грунта). Причем доля тяжелых углеводородов высока, а механические и неуглеводородные примеси снижают функциональные свойства ПНГ.

В первозданном виде ПНГ практически не применяется (если не рассматривать его обратную закачку в нефтяной пласт). Чтобы использовать ПНГ по назначению, необходимо удалить механические примеси, серу, двуокись углерода, азот и извлечь из него тяжелые углеводородные фракции. Достигается это различными способами: с помощью криогенной, мембранной , адсорбционной технологий или с помощью технологии 3s сепарации .

Конечными продуктами переработки ПНГ являются природный газ, сухой отбензиненный газ, сжиженный газ , газовый конденсат, широкая фракция легких углеводородов, стабильный газовый бензин, газовое моторное топливо, отдельные фракции тяжелых углеводородов.

Соответственно они могут быть использованы следующим образом:

– в качестве топлива , в т.ч. для выработки электроэнергии на энергетических установках,

– как ценное химическое сырье в химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности.

Кроме того, попутный нефтяной газ может быть использован путем его обратной закачки в нефтеносный пласт с целью интенсификации нефтеотдачи. К сожалению, после извлечения нефти и этот закаченный газ также следует переработать, т.к. обратная закачка лишь отсрочивает проблему утилизации и рационального использования газа.

Оптимальный вариант применения попутного нефтяного газа зависит от размера месторождения: малого, среднего или крупного, от доступа к транспортной инфраструктуре или наличия модульных мобильных установок очистки, переработки и сжижения газа .

Утилизация и сжигание попутного нефтяного газа:

Сжигание попутного нефтяного газа в факелах нефтеносных скважин не только причиняет непоправимый вред окружающей среде, нарушает экологическую обстановку в нефтепромысловых районах и в целом по всем мире, но и приводит к существенным экономическим потерям, составляющим сотни миллиардов рублей в год.

Во-первых, при сжигании газа помимо диоксида углерода образуется твердые отходы в виде активной сажи, объем которой за год накапливается до 0,5 миллионов тонн.

Во-вторых, при сжигании газа образуется лишний СО₂, который увеличивает количество парниковых газов на планете Земля .

В-третьих, метан, содержащийся в ПНГ, полностью не сгорает при сжигании. В итоге он попадает в атмосферу и еще больше способствует росту парникового эффекта . Помимо несгоревшего метана в атмосферу попадают окись азота, сернистый ангидрид и прочие несгоревшие тяжелые углеводороды, опасные для человека, растений и животных .

В-четвертых, вокруг факела нефтеносной скважины радиус термического разрушения почв колеблется в пределах 10-25 метров, растительности – от 50 до 150 метров.

В итоге, такое нерациональное использование – утилизация попутного нефтяного газа приводит к значительным выбросам твердых загрязняющих веществ, к ухудшению экологической обстановки в нефтепромысловых районах и во всем мире, к увеличению заболеваемости местного населения: раком легких, бронхов, поражениям печени и желудочно-кишечного тракта, нервной системы, зрения.

Постановлением Правительства России от 8 января 2009 г. № 7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» был установлен целевой показатель сжигания попутного нефтяного газа в размере не более 5 процентов от объема добытого попутного нефтяного газа. По предварительным оценкам экспертов ежегодно в России сжигается порядка 25 миллиардов м3 попутного нефтяного газа. Хотя и эта цифра может быть существенно занижена из-за отсутствия на многих месторождениях узлов учета газа.

Переработка и утилизация попутного нефтяного газа

Попутный нефтяной газ (ПНГ) образуется во время добычи нефти. Этот невосполнимый природный ресурс в США, России и других нефтяных державах на протяжении многих лет уничтожали путём сожжения в факельных установках. Но утилизация при помощи сожжения опасна для здоровья людей и влияет на биосферу. Для уменьшения наносимого ущерба разработаны технологии, позволяющие перерабатывать данный ресурс. Переработка ПНГ позволяет рационально использовать сырьё и сократить урон, наносимый экологии.

Необходимость утилизации ПНГ

Большинство нефтедобывающих объектов расположено в удалённых регионах. Отсутствие инфраструктуры мешает утилизировать ПНГ безопасными методами. Бесконтрольное сожжение ресурсов наносит ущерб окружающей среде. При горении происходит выброс:

диоксида серы;
углекислого газа;
сажи;
бутана;
пропана и др.

Повышение концентрации опасных веществ в атмосфере – причина усиления парникового эффекта, влияющего на климат. Вредные элементы негативно сказываются на здоровье населения, вызывают генетические патологии и рак.

Неразумное сжигание природных ресурсов ведёт к экономическим потерям. Рациональная утилизация ПНГ способствует развитию нефтяной промышленности. Обработанное сырьё служит топливом и используется для работ на станции.

Россия занимает первое место по объёмам неконтролируемого сжигания ПНГ. Это связано с:

Большими расстояниями между скважинами и пунктами переработки.
Отсутствием организованного сбора и перевозки газовых ресурсов.
Присутствием в сырье примесей, которые усложняют переработку.
Невысокой стоимостью полученного продукта.
Штрафы за сжигание в факельных установках ниже, чем расходы на переработку.

Из-за ухудшения экологической ситуации правительство РФ неоднократно обсуждало методы решения проблемы нефтяного газа. Вводятся новые правила и штрафы. С 2009 года действует постановление о мерах по снижению объёмов сожжения ПНГ на факельных установках.

Продукты переработки попутного нефтяного газа

ПНГ имеет высокую энергетическую ценность. Сфера применения:

Источник топлива и электроэнергии.
Переработанное сырьё используется для обслуживания технического оборудования.
Продукты ПНГ в России применяют для отопления труднодоступных вахтовых поселений, подогрева нефти.

Переработка непосредственно на скважине повышает скорость нефтедобычи. После прохождения всех стадий обработки образуется ценный продукт, пригодный для дальнейшего использования. Основные продукты переработки попутного нефтяного газа:

сухой отбензиненный газ;
газообразный метан;
технический пропан-бутан;
газовый конденсат;
синтетическое топливо.

Виды и способы утилизации ПНГ

Существуют различные методы утилизации попутного нефтяного газа. Выбор метода утилизации зависит от объёмов добычи, расположения станции, её размеров и топлива, которое планируется получить в результате переработки. В России используют такие методы, как передача отходов нефтегазовой промышленности на ГПЗ, выработка электроэнергии, химическая переработка, создание газлифта или сайклинг-пресса.

Основная проблема утилизации – высокая стоимость оборудования. Затраты компенсирует получение электроэнергии. Этот способ переводит станцию на самообеспечение, что важно для объектов, расположенных в труднодоступных местах.

Переработка на ГПЗ

При наличии инфраструктуры в месте добычи отправка попутного газа в ГПЗ (газоперерабатывающий завод) – наиболее простой метод утилизации. Возможно строительство мини-ГПЗ для нефтедобывающих станций с большими объёмами добычи. Метод не подходит для удалённых скважин.

Потребуется установка следующего оборудования:

пароконденсационные холодильные установки;
теплообменники;
сепараторы;
Компрессоры и т.д.

Выработка электроэнергии (применение ГТЭС, ГПЭС)

Благодаря своей энергетической ценности переработанный попутный газ служит техническим топливом. Полученное в результате данного способа утилизации попутного нефтяного газа топливо служит для газокомпрессорного оборудования и производства электричества для газотрубных установок. На масштабных нефтедобывающих станциях целесообразно создание электростанций и передача электричества в районные электросети (при наличии вблизи месторождения городов, посёлков, деревень и т.д.).

Для получения электроэнергии сырьё подвергают дополнительной очистке. Потребуется установка сепаратора, ГТЭС или ГПЭС.

Химическая переработка

При помощи технологий, разработанных ПАО «НИПИгазпереработка», сырьё перерабатывается в бензол, толуол и другие ароматические углеводороды, которые соединяют с основным потоком нефти и пускают в нефтепровод. Но для внедрения метода химической утилизации на месторождении необходимо развитие инфраструктуры. Расходы на установку оборудования высокие.

Газохимические процессы

Метод Фишера-Тропша – сложный газохимический процесс. Этот метод переработки позволяет получать из попутного нефтяного газа синтетические углеводороды, которые применяют в производстве топлива. Сырьё обрабатывают термическим окислением в высоких температурных условиях. Потребуется установка теплообменников, сепараторов, каталитических реакторов и т.д.

Применение для технологических нужд промысла сайклинга (Газлифт)

Сайклинг – технология создания нефтяного пласта внутри месторождения. Пласт вызывает повышение давления в скважине. Это увеличивает скорость добычи нефтяных продуктов. Метод отличается простотой в применении и невысокими денежными расходами. При этом не происходит окончательная утилизация нефтяного газа, поэтому потребуются дополнительные меры по переработке.

Газлифт – технология, в которой энергия ПНГ используется для выкачки нефти из недр. Для установки газлифта скважину обустраивают сепараторами, насосами, компрессорами и другим оборудованием.

Оборудование для переработки попутного нефтяного газа

В России оборудование для утилизации нефтегазовых продуктов устанавливается преимущественно на масштабных месторождениях. Поэтому разрабатываются технологии и механизмы, которые позволяют утилизировать газ вне зависимости от объёмов производства.

Сегодня создаются и совершенствуются мини-заводы и мобильные ГПЗ. Для использования нефтяного газа необходима установка оборудования, которое обеспечит бесперебойную и экономичную работу. Оборудование для переработки должно работать с неочищенным попутным газом, состав которого может отличаться.

На месторождениях часто используют одновременно несколько способов переработки газа. С помощью ПНГ повышается скорость нефтедобычи, вырабатывается электричество, необходимое для самообеспечения вахтового поселения и работ на месторождении.

Переработка газа, образующегося во время добычи нефти – необходимая мера для защиты экологии от негативного воздействия продуктов горения. Внедрение данной технологии позволит уменьшить ущерб от нефтедобывающей промышленности и рационально использовать природные ресурсы.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Влияние добычи нефти на окружающую среду

Экологические проблемы топливно-энергетического комплекса

Закон о скважинах на воду в частном доме и на даче 2022

Экологические проблемы при добыче нефти

Влияние газовой промышленности на окружающую среду

Загрязнение мирового океана нефтью и нефтепродуктами

Плюсы и минусы геотермальной энергетики

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Утилизация бурового шлама: захоронение, переработка, центрифугирование

Геотермальные электростанции: плюсы и минусы выработки электроэнергии ГеоТЭС

Что такое пиролиз и продукты, получаемые на выходе из пиролизных установок