Способ разработки газоконденсатного месторождения

 

СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ путем добычи углеводородов через добывающую скважину, переработки части их до получения сухого водородсодержащего газа и подачи его в пласт через нагнетательную скважину, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности отдачи пласта по условному топливу за счет использованиядля подачи в пласт газа больпгего удельного объема и давления, переработку части углеводородов осуществляют тер.гическим разложением на углерод и водород с последующим воздействием на углерод железом и водой с получением водорода и окиси углерода , причем в пласт через нагнетательные скважипы подают водород, а окись углерода используют при термическом разложении углеводородов. г (Л о со о tc

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1070302 А

3(50 Е 21 В 4300 (21) 3462037/22-03 (22) 05.07.82 (46) 30.01.84. Бюл. № 4 (72) А. И. Гриценко, Ю. Н. Васильев, Л. С. Золотаревский и С. Н. Бузинов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов (53) 622.276 (088.8) (56) 1. Мирзаджанзаде А. Х. и др. Разработка газоконденсатных месторождений. М., «Недра», 1967, с. 285.

2. Патент С ША № 3150716, кл. 166 — 11, опублик. 1964 (прототип). (54) (57) СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ путем добычи углеводородов через добываю1 —щую скважину, переработки части их до получения сухого водородсодержащего газа и подачи его в пласт через нагнстательную скважину, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности отдачи пласта llo условному топливу за счет использованиядля подачи в пласт газа болыпего удельного объема и давления, переработку части углеводородов осуществляют термическим разложением на углерод и водород с последующим воздействием на углерод железом и водой с получением водорода и окиси углерода, причем в пласт через нагнетательные скважины подают водород, а окись углерода используют при термическом разложении углеводородов.

С0

CO

CQ

Ю

hvl

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1070302

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к способам добычи и переработки природного газа.

Известен способ разработки газоконденсатного месторождения путем поддержания пластового давления закачкой сухого газа в пласт (1).

Недостатком известного способа является сни жение интенсивности отдачи месторождением условного топлива, вследствие расхода высококаллорийного газа на поддсржанис пластового давления. Кроме того, кол и чсство получаемого от месторождения сухого газа оказывается недостаточным для поддержания пластового давления на постоянном уровне, вследствие чего приходится использовать дополнительные источники сухого газа.

Известен также способ разработки газоконденсатного месторождения путем добычи углеводородов через добывающую скважину, переработки части их до получения сухого водородсодержащего газа и подачи его в пласт через нагнстатсльную скважину (2).

Недостатком указанного способа является сравнительно высокая обьсмная теплота сгорания смеси газов, подаваемых в пласт.

Цель изобретения - — повышение интенсивности отдачи пласта по условному топливу за счет использования для подачи в пласт газа большего удельного обьсма и давления.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу разработки газоконденсатного месторождения путем добычи углеводородов через добывающуK) скважину, перер 150ТКН части их до получения сухого водородсодержащего газа и подачи его в пласт через нагнетательную скважину, переработку части углеводородов осуществляют термическим разложением на углерод и водород с последующим воздействием на углерод железом и водой с получением водорода и окиси углерода, причем в пласт через нагнстательные скважины подают водород, а окись углерода используют при термическом разложении углеводородов.

При реа.чизации способа осуществляют следуюгцие технологичсские процессы: добычу углеводородов через добывающую cKHdжину, отделение от добываемого продукта тяжелых углеводородов одним из известных методов, например путем конденсации захолаживанием; доведение массы отделенной части до требуемого значения путем смешения с частью более легких углеводородов, не отделившихся на первой стадии; нагрев отделенной части без доступа воздуха до температуры, приводящей к разложению углеводородов на водород и углерод, выпадающий в виде сажи; смешение углерода сажи) с окислами железа, которое можно осуществлять в процессе образования сажи, 30

55 нагревая углеводороды в присутствии окислов железа; осуществление железоуглеродного способа получения водорода, состоящего в нагреве смеси углерода и окислов железа без доступа воздуха до температуры восстановления железа углеродом по реакции Fe,O> + ЗС вЂ” 2Ге + ЗСО с образованием металлического железа и окиси углерода и последующем замещении водорода в воде металлическим железом по реакции

2Fe + ЗН,O Fe О, + ЗН, с образованием свободного водорода и окиси железа, которая направляется для восстановления, завершая тем самым цикл обращения. Образующаяся при осуществлении железоуглеродного способа получения водорода окись углерода и получающийся при выработке сажи водород в смеси и.чи раздельно используются в качестве топлива, сгорание которого обеспечивает теплом реакцию разложения углеводородов и восстановления окислов железа. Дополнительно с той же целью может быть использована часть отделенных для переработки углеводородов. Далее следует закачка полученного железоуглеродным способом водорода в пласт для поддержания в нем давления. Количество отделенных для переработки углеводородов зависит от состава добываемого продукта.

Для получения всего продукта в газовой фазе количество отделяемого продукта должно быть не меньше количества, образующегося при подготовке к транспорту конденсата. Для обеспечения постоянства давления в пласте количество отделяемой для переработки части должно быть таковым чтобы об ьем получаемого в результате водорода был бы не меньшим, чем объем полученного от месторождения продукта при одинаковых прочих условиях. Из бруттореакции железоуглеродного способа получения водорода С + Н,Π— СО + Н, следует, что на получение 1 моль или 224 м при нормальных условиях водорода расходуется

12 кг углерода. Следовательно для замещения в пласте 1 нм продукта водородом нужно затратить 12: 22,4 = 0,55 кг углерода.

Поэтому перерабатываемая часть добытых углеводородов должна содержать не менее

0,55 кг углерода на 1 м добытого продукта.

Процесс разложения углеводородов осуществляется без доступа воздуха при

800 — 900 К. Восстановительная часть железоуглсродного цикла производится при атмосферном дав.чении и температуре 1100— !

200 К. При этом за счет сгорания окиси углерода, образующейся на второй стадии железоуглеродного цикла, и водорода, образующегося при выделении углерода из углеводородов, а также при необходимости дополнительного количества углеводородов в процесс вводят тепло в количестве

12800 кДж/кг углерода. Процесс выделения водорода из воды осуществляют при давле1070302

3 нии, которое необходимо для последующего прямого использования водорода, и температуре, если требуемое давление ниже

10,0 МПа, в интервале 770 — 800 К, для чего реактор охлаждается с интенсивностью отвода тепла 1400 кДж/кг получаемого водорода. Если требуемое давление выше 10,0 МПа то процесс осуществляют при 850 — 900 К, а к железу добавляют кремний (до 10 мас.%) что позволяет выделять водород при давлении до 50 МПа за счет сопряжения реакций вытеснения водорода из воды железом и кремнием Si + 2Н, 2SiO, + 2Н . Восстановление получающейся при этом смеси окислов Fe, О и SiO осуществляют при

1200 — 1300 К с подводом тепла 13350 кДж/кг

10 углерода.

Положительный эффект, выражающийся в повышении интенсивности добычи природного газа в эквиваленте условному топливу достигается путем закачки в пласт водорода.

При этом наибольшая разница в теплоте сгорания имеет место при переработке тяжелых углеводородов. Так, низшая теплота сгорания смеси, стехиометрически полученной при конверсии согласно прототипу, равна для метана 2500, пентана 2530 ккал/м газа при давлении 0,1013 МПа и температу- 25 ре 293 К. Теплота сгорания водорода при тех же условиях 2400 ккал/м . Кроме того, каталитическая конверсия, примененная в прототипе, является эндотермической реак- цией и требует для протекания подвода тепла, части добытого или полученного со сторо. З0 ны топлива. Поскольку теплота сгорания продуктов реакции по прототипу превышает теплоту сгорания водорода уже в идеальном случае затраты топлива по прототипу должны превышать затраты по предлагаемому способу на 4 — 5%.

Поскольку реакция выделения водорода при железоуглеродном способе его получения может протекать при давлении до

10 МПа, а исходные вещества реакции (вода и железо) находятся в жидком и твердом 40 состояниях, подача водорода в пласт может осуществляться без применения компрессоров, что дает дополнительный эффект упрощения применяемого оборудования.

Когда требуемое давление превышает

10 МПа (с целью обеспечения протекания реакции замещения водорода в воде) к железу добавляют до 10% кремния, а температуру в реакторе высокого давления поддерживают в пределах от 770 до 850 К, причем восстановление получающихся окислов же- 50 леза и кремния углеродом осуществляют при

1500 К.

На фиг. 1 представлена схема переработки углеводородов в водород; на фиг. 2— график введения кремния в железоуглеродный цикл.

Добываемый продукт 1, являющийся смесью легких (метан, этан) 2 и тяжелых (пропан, бутаны, пентаны) 3 углеводородов, разделяют 4 на легкую 5 и тяжелую 6 фракции.

Причем тяжелая фракция 6 является обогащенной тяжелыми углеводородами 3 части исходного продукта 1, а легкая фракция 5 обедненной тяжелыми углеводородами 3. Тяжелая фракция 6 подвергается термической без доступа воздуха обработке 7, вследствие чего разделяется на углерод 8 и водород 9. Углерод 8 в смеси с окисью железа 10 подвергается тепловой обработке 11, в результате которой образуются окись углерода 12 и металлическое железо 13. Железо и пары воды 14, подаваемой от постороннего источника, при 770 — 800 К взаимодействуют 15, образуя в результате водород 16 и окись железа 10. Часть полученного водорода 16 подается 17 в пласт, другая часть смешивается 18 с легкой фракцией 5, образуя природный газ с нормированной теплотой сгорания 19, который подается 20 потребителю. Для осуществления тепловых обработок 7 и 11 образующиеся в процессе их осуществления водород 9 и окись утлерода 12, а также при необходимости часть тяжелых фракций 6 в смеси или llo отдельности сжигают 21, и выделяющееся при сгорании тепло известными методами, например теплопередачей через стенку, вводят 22 в технологические процессы тепловой обработки 7 и 9. Для возможности протекания взаимодействия 15 паров воды и железа при высоком, более 10 МПа, давлении к железу 13 добавляют до 10% металлического кремния, который в процессе 15 окисляется в двуокись кремния, которая оказывается в смеси с окисью железа 10 и вместе с ней восстанавливается до металлического кремния при тепловой обработке 11. Процессы 11 и 15 образуют железоуглеродный цикл 23 получения водорода.

Эффект от введения кремния в железоуглеродный цикл 23 поясняется графиком (фиг. 2), на котором приведены зависимости равновесного давления водорода в реакции вытеснения из воды металлом при температурах 770, 820 и 870 К (соответственно кривые 1, 2, 3) от содержания кремния в железосилициевом сплаве. Графики рассчитаны по стандартному изменению изобарноизотермического потенциала в процессе реакции. Как видно из графика„требуемый для подачи водорода в скважину уровень давления до 50 МПа обеспечивается добавкой кремния до 10%. Увеличение содержания кремния. свыше 10% приводит к увеличенному тепловыделению процесса (кривая

4), что снижает его эффективность. Кроме того, увеличение содержания кремния требует повышения температуры процесса восстановления окислов (кривая 5), что неоправданно затрудняет его осуществление.

Эти да нные обосновывают существенность признака предельной концентрации кремния.

1070302

Удельный объем добываемого продукта в условиях пласта, м /кг

-э

5 10

-э

5 10

Потребное количество газа для компенсации в пласте иэвлеченного продукта, отнесенное к единице продукта, нм /кг

1,25

1,25

Минимальное удельное количество тяжелых фракций, которое должно быть переработано в водород, кг/кг

0,83

Добытое энергетическое сырье по условному топливу на единицу продукта, т.у.т./т

1,53

1,53

Воэврат энергетического сырья в пласт по условному топливу на единицу продукта, т.у.т./т

0,46

1,47

Отдача потребителю по условному топливу на единицу продукта, т.у.т./т

0,96

0,06

Пример. Осуществление способа для условий газоконденсатного месторождения, характеризующегося следующими данными: добываемый продукт содержит 30 мас.о/o тяжелых углеводородов, характеризуемых осредненной формулой C Н4, легкие углеводороды состоят из метана и этана в соотношении 97: 3; для подачи газа в пласт требуется давление 25 МПа.

Способ осуществляют следующим образом. 10

Отделенная от продукта тяжелая фракция продувается через реактор, наполненный смесью окиси железа и окиси кремния в соотношении 80: 9 по массе, нагретых до температуры 800 К. Реактор, выполненный из жаропрочного теплопроводящего материала, например хромоникилиевой стали, обогревается горячими продуктами сгорания, что позволяет поддерживать температуру находящихся в нем веществ на уровне 820 К.

В результате термического разложения углеводородов образуется сажа, которая оседает на засыпке реактора. Водород после. реактора отводится в топочное устройство вместе с неразложившимися углеводородами

После накопления сажи до количества 0,245—

0,250 кг на 1 кг смеси окислов металла нро- 25 дувка углеводородами прекращается и реактор догревается до температуры 1200 К, которая поддерживается за счет постоянного его обогрева продуктами сгорания. При этих условиях в реакторе происходит восстановление окислов с выделением окиси углерода, которая отводится от реактора.

Завершение процесса характеризуется прекращением выхода окиси углерода с образованием в реакторе сплава железа и кремния в соотношении 93: 7 по массе. В этот момент прекращают обогрев реактора и начинают подачу в реактор воды с помощью гидравлического насоса, способность создавать давление до 25 МПа. Вследствие высокой температуры сплава при его контакте с водой начинается реакция вытеснения водорода, которая идет с выделением тепла, вследствие чего реактор для поддержания постоян ной температуры охлаждают воздухом или для лучшего использования тепла тяжелой фракцией продукта. В начале реакции давление в реакторе возрастает за счет образования водорода, и при достижении уровня

25 МПа водород выводят из реактора, направляя в скважину и частично на смешение с легкой фракцией и последующим направлением в транспортный трубопровод.

При завершении превращения сплава в окислы подачу воды прекращают и реактор остается заполненным смесью окислов кремния и железа в соотношении 80: 9. После этого цикл производства может быть повторен многократно. Выходившие из реактора на разных стадиях горючие вещества направляют в топку для сжигания и получения горячих газов для обогрева реактора. Сравнительные показатели процессов согласно предлагаемому и известному способам приведены в таблице.

1070302

П,ОЗСа СтжсяаИСааг

ОтнОснвельная Фей/м7 крггмвг

Составитель И. Лопакова

Редактор Ю. Середа Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 11291f33 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Использование предлагаемого изобретения позволяет получить положительный эффект, состоящий в возможности транспортирования всей продукции по одному трубопроводу путем нового способа переработки конденсирующейся части продукта в легкий, неконденсирующийся газ; в поддержании постоянства давления в пласте путем направления на новый вид переработки правильно выбранного количества газа и полуИ о

> zo ф

+ > ИЮ ann

<4 800 700 < 7,8

e% 1,г

М10 00Z

3 чения легкого газа в объеме, компенсирующем в пласте уход добытого газа; в закачке газа в пласт без применения компрессоров за счет нового способа осуществления процесса получения водорода из воды при высоком давлении; а также в повышении давления закачки путем введения в известный цикл углеродожелезного способа получения водорода кремния в количестве до 10о/о.