Автореферат: Разработка методов исследования эффективности работы установок промысловой подготовки природного газа

На правах рукописи

25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УСТАНОВОК ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Донских Борис Дмитриевич

Москва - 2011

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий -Газпром ВНИИГАЗ» и Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина.

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Истомин Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Гужов Николай Александрович

кандидат технических наук Касперович Александр Геннадьевич

Ведущая организация: ООО «Газпром добыча Надым»

Защита диссертации состоится 2011 г. в 13 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 511.001.01, созданного при ООО «Газпром ВНИИГАЗ», по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка, ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.г.-м.н. Н.Н. Соловьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время многие газовые и газоконденсатные месторождения России вступили в стадию падающей добычи, что усложнило промысловую подготовку газа, особенно в части обеспечения показателей качества. Для соблюдения нормативных требований к качеству природного газа, поставляемого в магистральные газопроводы, необходимо совершенствование расчетно-технологических и измерительных методов исследования эффективности работы технологических аппаратов осушки газа. Для уточнения термодинамических методов расчета влагосодержания и температуры точки росы по водным фазам (жидкой воде, льду, водометанольному раствору и гидрату) требуются дополнительные экспериментальные исследования фазовых равновесий в системе «природный газ - вода - метанол». С целью совершенствования инструментальных методов требуется доработка систем пробоподготовки и алгоритмов измерения технологических параметров. Повышение точности расчетно-технологического моделирования и измерения технологических параметров позволяет оптимизировать капитальные вложения и эксплуатационные затраты при подготовке природного газа. Поэтому разработка и усовершенствование методов определения технологических параметров аппаратов осушки природного газа является актуальной темой исследований.

Цель работы

Совершенствование методов определения технологических параметров аппаратов осушки природного газа: точки росы газа по водным фазам и его влагосодержания, а также массовой доли воды в абсорбентах.

Основные задачи исследований:

1. Провести анализ приборного парка и методов определения технологических параметров, характеризующих процесс осушки природного газа. Выявить источники погрешности и предложить способы совершенствования изученных методов.

2. Выполнить сравнительные промысловые и лабораторные исследования методов определения технологических параметров, характеризующих процесс осушки природного газа и уточнить границы их применимости.

3. Разработать установку и методику экспериментального изучения кинетики и термодинамики конденсации паров воды из природного газа на зеркале конденсационного визуального гигрометра.

4. Провести эксперименты и получить уточненные термодинамические корреляции для расчёта влагосодержания и точки росы природного газа по водным фазам при наличии в природном газе паров метанола.

5. Обосновать необходимость применения контрольного метода определения температуры точки росы природного газа по водным фазам и осуществить выбор контрольного метода.

6. Разработать оперативный метод определения массовой доли воды в абсорбентах, используемых для осушки природного газа.

7. Создать расчетно-методические основы комплексного исследования эффективности работы аппаратов осушки природного газа с применением усовершенствованных методов определения технологических параметров.

Методы решения поставленных задач

Решение поставленных задач осуществлялось в процессе проведения лабораторных и промысловых экспериментов с применением физико-химических и аналитических методов. Использованы методы прикладной термодинамики для расчета фазовых равновесий в системе «природный газ - вода - метанол», а также моделирование технологических процессов с привлечением современных программных продуктов. Промысловые исследования выполнены на предприятиях газовой промышленности России с использованием систем пробоотбора и средств измерения, применяемых в организациях ОАО «Газпром». осушка природный газ термодинамика

Научная новизна работы

Создана установка для экспериментального исследования термодинамики и кинетики конденсации паров воды из природного газа. Впервые разработана методика экспериментальных исследований, основанная на визуализации процессов конденсации из природного газа водных фаз на охлаждаемой поверхности конденсационного гигрометра.

Получены новые экспериментальные данные по равновесным влагосодержанию и метанолосодержанию природного газа при температурах от минус 20,0 С до 20,0 С и давлениях до 7,0 МПа.

Выявлены закономерности кинетики конденсации паров воды в системе «природный газ - вода» при температурах от минус 20,0 С до 20,0С и давлениях до 7,0 МПа. Получены эмпирические зависимости скорости конденсации паров воды от температуры и давления.

Разработаны научно-методические основы контрольного измерения температуры точки росы природного газа по водным фазам.

Основные защищаемые положения:

1. Методика экспериментальных исследований термодинамики и кинетики конденсации жидкой воды, льда, водометанольного раствора и гидрата природного газа на охлаждаемой поверхности гигрометра, позволяющая визуализировать процессы конденсации водных фаз.

2. Уточненные термодинамические корреляции для определения влагосодержания природного газа равновесного с различными водными фазами при температурах от минус 40,0 С до 20,0 С и давлениях до 10,0 МПа на основе полученных экспериментальных данных.

3. Контрольный метод измерения температуры точки росы газа по водным фазам с использованием визуального конденсационного прибора, обеспечивающий достоверную идентификацию конденсирующейся фазы.

4. Метод определения массовой доли воды в абсорбентах для осушки природного газа с использованием конденсационного гигрометра, позволяющий проводить измерения в промысловых условиях.

Практическая ценность работы

Разработанная методика проведения контрольного измерения температуры точки росы газа по воде включена в национальный стандарт ГОСТ Р 53763-2009 «Газ горючий природный. Определение температуры точки росы по воде».

Методика определения влажности абсорбентов для осушки природного газа с применением автоматических конденсационных приборов аттестована ФГУП «ВНИИМС» и подтверждена свидетельством № 65-08. Методика утверждена и применяется при обследовании аппаратов осушки газа специалистами ИТЦ ООО «Газпром добыча Надым».

Разработанные в диссертации методы определения технологических показателей эффективности работы аппаратов осушки нашли применение при проведении обследований УКПГ северных месторождений ОАО «Газпром», в том числе Медвежьего, Ямсовейского, Юбилейного, Ямбургского, Уренгойского.

Апробация работы

Основные результаты исследований докладывались на следующих конференциях и семинарах:

1. IV научно-практической конференции в ООО «Надымгазпром», г. Надым, 16_19 марта 2005 г.

2. Седьмой всероссийской конференции «Новые технологии в газовой промышленности» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, г. Москва, 25_28 сентября 2007 г.

3. Научных семинарах кафедры Разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

4. Семинарах и секциях ученого совета ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Публикации

Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 9 печатных изданиях, в т.ч. 3 в журналах, входящих в Перечень ВАК РФ.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 135 наименований. Работа изложена на 144 страницах, содержит 55 рисунков, 29 таблиц и 2 приложения.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.х.н., профессору В.А. Истомину. Автор также благодарит за ценные замечания, помощь и поддержку при написании диссертации К.С. Басниева, Ю.Н. Васильева, К.М. Давлетова, К.И. Джафарова, С.И. Долгаева, В.Г. Квона, А.В. Елистратова, М.В. Елистратова, А.И. Ермолаева, С.В. Крашенникова, А.В. Козлова, Б.Е. Сомова, В.Т. Крушневича, А.Н. Кубанова, А.А. Макинского, Н.Н. Соловьева, С.А. Степанова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность тематики работы, сформулирована её цель, перечислены основные задачи исследований, отмечены научная новизна и практическая значимость результатов исследований, приведены сведения о промышленном внедрении и апробации результатов работы.

В 1 главе представлен анализ технологических показателей, существенных при обследовании аппаратов осушки природного газа (см. таблицу 1): точки росы газа по водным фазам, влагосодержания природного газа, а также массовой доли воды в абсорбенте для осушки газа.

Проведен анализ источников погрешности при исследовании эффективности работы абсорбционных аппаратов осушки природного газа. Выполнена оценка вклада в общую погрешность определения массообменной эффективности аппарата осушки, погрешностей определения влагосодержания (точки росы по водным фазам) природного газа на входе и выходе аппарата осушки, а также массовой доли воды в насыщенном и регенерированном абсорбентах.

Таблица 1 - Технологические параметры, характерные для исследований эффективности работы различных установок подготовки природного газа

Далее рассмотрено влияние типа процесса подготовки газа на точность приборов и методов измерения точки росы по водным фазам (жидкой воде, льду, гидратам, ВМР, далее - ТТРв) и влагосодержания (далее - ВС) природного газа. Приведена характеристика основных способов промысловой подготовки природного газа к транспорту с точки зрения наличия в газе технологических и естественных примесей, затрудняющих корректное измерение ТТРв и ВС (см. таблицу 2).

Таблица 2 - Характеристика процессов подготовки природного газа по количеству капельных и парообразных примесей

Выполненные автором промысловые исследования показали, что наличие в природном газе технологических и естественных примесей свыше 150200 мг/м3 затрудняет корректное измерение ВС и ТТРв, а в некоторых случаях, делает невозможным достоверную интерпретацию результатов измерений ТТРв. Это дает основания применять селективные сорбенты для пробоподготовки в целях получения достоверных значений ТТРв и ВС. В связи с этим проведён анализ основных методических и приборных составляющих погрешности методов измерения ВС и ТТРв природного газа. Здесь мы опирались на труды ведущих специалистов научно-исследовательских и производственных организаций газовой отрасли: А.Г. Агальцова, П.И. Бахметьева, Т.М. Бекирова, Л.Н. Гухмана, К.М. Давлетова, Б.В. Дегтярева, А.М. Деревягина, А.В. Елистратова, В.Г. Квона, М.В. Елистратова, В.А. Истомина, А.Г. Касперовича, С.В. Крашенникова, В.А. Клюсова, А.Н. Кубанова, Ю.А. Лаухина, Г.А. Ланчакова, И.Н. Москалева, В.В. Сайкина, С.В. Селезнева, В.А. Ставицкого, А.Л. Халифа, В.Б. Щипачева, а также зарубежных специалистов: K. Althaus, K. Aoyagi, R.F. Bukachek, A. Chapoy, J.P. O'Connell, W.M. Deaton, E.M. Frost, D.L. Katz, R. Kobayashi, J.J. McKetta, H.J. Ng, L.R. Oellrich, R.M. Olds, J.M. Prausnitz, D. Richon, E.D. Sloan, K.Y. Song, B. Tohidi.