Комплекс абрамова для промысловой разработки месторождений природного газа

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к комплексам для промысловой разработки морских и прибрежных газовых месторождений шельфа арктических морей и других регионов, функционирующих в ледовых, в сложных метеорологических и ветроволновых условиях и на больших глубинах. Комплекс имеет в своем составе соединенную с грунтом морскую платформу добычи природного газа (ПГ), химико-технологическую систему (ХТС) агрегатов подготовки ПГ, ХТС агрегатов получения жидкого продукта, например сжиженного природного газа (СПГ), метанола, установленные на борту плавучего завода преимущественно подводного базирования, компрессорную станцию, хранилище с теплообменным устройством для переохлаждения жидкого продукта хладагентом и транспортные судна-продуктовозы для вывоза жидких продуктов на экспорт и внутренний рынок. Достигается интенсификация освоения морских газовых месторождений, крупномасштабных поставок жидких продуктов (СПГ, метанола) высокоэффективными средствами, создаваемыми на базе современной судотехнологии и серийных производств получения СПГ, метанола и других продуктов и улучшения условий труда, быта и отдыха персонала комплекса. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к комплексам промысловой разработки морских и прибрежных газовых месторождений шельфа арктических морей, других регионов, функционирующим в ледовых и сложных метеорологических условиях и на больших глубинах морей.

Известен комплекс промысловой разработки морских газовых месторождений шельфа арктических морей, схема устройства которого изображена в описании изобретения к патенту РФ 2014243, опубликованному 15.06.94, Бюл. 11, включающий блок отбора и первичной обработки добываемого продукта, систему трубопроводного транспорта сухого ПГ потребителю по дну моря на берег.

Данная схема комплекса разработки морских глубоководных газовых месторождений в меньшей мере зависит от ледовой обстановки и влияния внешних факторов (метеорологических, климатических, волновых), но характеризуется низкой надежностью и сложностью прокладки трубопроводной магистрали по каменистому дну с остроконечными элементами его рельефа, а также сложностью восстановления (ремонта) глубоводного участка магистрали трубопровода и большими материальными затратами при реализации, а также невозможностью введения в строй комплекса очередями и большой величиной минимального стартового капитала.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков к заявляемому комплексу является комплекс промысловой разработки месторождений ПГ в море (см. патент ФРГ 3200958, В 63 В 27/34, 25/16, Berger Eqinhard, 14.01.82), включающий морскую стационарную платформу (МСП) и установленную на ней химико-технологическую систему (ХТС) агрегатов подготовки ПГ, ХТС агрегатов получения жидкого продукта, газотрубопроводную систему подачи сухого ПГ к ХТС агрегатов получения жидкого продукта от ХТС агрегатов подготовки ПГ и по меньшей мере одно транспортное судно - продуктовоз для вывоза жидкого продукта потребителю, например, в сферических цистернах, расположенных на его борту.

Недостатками комплекса, выбранного в качестве прототипа, являются неэффективное использование установок получения жидкого продукта (простой установок в рейсе с продуктом на борту судна и порожнем в течение продолжительного времени), длительность загрузки судна жидким продуктом, невозможность переработки ПГ, например, в метанол или аммиак и другие жидкие продукты в связи с ограниченностью объема на судне и его водоизмещения, необходимость освоения экипажем нескольких профессий, длительность процедуры запуска установок получения жидкого продукта, неудовлетворительные условия труда и отдыха, неприменимость вахтового метода работы и невозможность резервирования установок производства жидкого продукта.

Сущностью изобретения является решение задачи освоения морских и прибрежных месторождений ПГ в кратчайшие сроки минимальными доступными средствами, создаваемыми на базе задела современной судотехнологии, путем использования серийных производств получения жидких продуктов на местах или вблизи газодобычи и размещения их на плавучих заводах подводного базирования, спроектированных для условий шельфа Арктики.

При осуществлении изобретения достигаются интенсификация промысловой разработки морских и прибрежных месторождений ПГ, поставка производимых жидких продуктов, например сжиженного природного газа (СПГ), метанола, непосредственно с месторождений на экспорт в Европу и внутренний рынок в больших объемах до 300 млрд.м³ ПГ в год к 2005 году, использование судов-продуктовозов меньшей тоннажности и более эффективно, упрощение их строительства на верфях, снижение затрат на производство жидких продуктов и их доставку потребителю, в том числе и за счет транспорта их в переохлажденном состоянии, улучшение условий труда, быта и отдыха путем использования вахтового метода работы персонала.

При осуществлении изобретения по отношению к аналогу (данное сопоставление более актуально), например поставке сухого ПГ газотранспортной магистралью Ямал - Западная Европа объемом, к примеру, 50 млрд.м³ ПГ в год в течение 30 лет на расстояние 5 тыс. км, достигается снижение материальных затрат с 80 млрд. долл. США до 10 млрд. долл. США.

При широкомасштабных поставках ПГ в Европу до 300 млрд.м³ в год к 2005 г. (192 млрд. м³ в 1996 г.) достигается снижение потерь в размере 12...15 млрд. долл. США ежегодно.

При осуществлении изобретения по отношению к прототипу достигается решение следующих особо важных проблем: 1. более эффективное использование земли землепользователем, возврат ее на рынок, 2. развертывание производств по переработке ПГ на месте газодобычи, 3. исключается возможность использования трассы газопровода как средства решения политических и других проблем в регионе, 4. смягчаются проблемы экологической озабоченности (озоноразрушение, парниковый эффект), 5. снижение затрат, сроков окупаемости, меньшая величина стартового капитала, возможность ввода месторождения очередями, мобильность освоения месторождений.

Предлагаемый комплекс промысловой разработки месторождений ПГ, включающий МСП или морскую плавучую буровую установку (МПБУ) и установленную на ней химико-технологическую систему (ХТС) агрегатов подготовки ПГ, ХТС агрегатов получения жидкого продукта от ХТС агрегатов подготовки ПГ и по меньшей мере одно транспортное судно - продуктовоз для вывоза жидкого продукта потребителю, например, в сферических цистернах, расположенных на его борту, отличается тем, что в комплекс введено по меньшей мере одно дополнительное судно преимущественно глубинного базирования с возможностью фиксации его на глубине в рабочем положении, например, посредством системы лебедок, пересечения им зеркала воды и/или ледяного покрова, сплошного или битого, на борту которого размещена по меньшей мере одна ХТС агрегатов получения жидкого продукта, например сжиженного природного газа (СПГ), метанола и других продуктов, соединена с ХТС подготовки природного газа посредством гибкой системы трубопроводов подачи сухого ПГ, выполненной, например, в виде системы соединенных между собой сферических шарниров, и посредством системы гибких трубопроводов жидкого продукта с цистернами, например, сферической формы, расположенными на борту по меньшей мере на одном транспортном судне-продуктоводе надводном или подводном.

В комплекс введено по меньшей мере одно хранилище жидкого продукта, например СПГ, метанола и других продуктов, преимущественно глубинного базирования с возможностью фиксации его на глубине в рабочем положении, например, посредством системы лебедок, пересечения им зеркала воды и/или ледяного покрова, сплошного или битого, соединенное посредством трубопроводов по меньшей мере с одной ХТС агрегатов получения жидкого продукта, расположенной на борту дополнительного судна, и по меньшей мере одной цистерной, расположенной на борту транспортного судна-продуктовоза.

Хранилище жидкого продукта выполнено в виде системы жестко соединенных сферических цистерн, соединенных посредством трубопроводов жидкого продукта. Хранилище жидкого продукта снабжено теплообменным устройством, выполненным, например, в виде витых и изогнутых труб, соединенным с системой обеспечения хладагентом.

В состав комплекса введена по меньшей мере одна дожимающая компрессорная станция (ДКС) ПГ преимущественно глубинного базирования с возможностью фиксации ее на глубине в рабочем положении, например, посредством системы лебедок, пересечения ею зеркала воды и/или ледяного покрова, сплошного или битого. Дополнительное судно комплекса выполнено в виде по меньшей мере одной или нескольких сферических оболочек, расположенных на одной или нескольких прямых линиях, соединенных между собой цилиндрическими оболочками.

В качестве морского газопромыслового сооружения может быть использована морская стационарная платформа и/или морская плавучая буровая установка, и/или плавучая платформа.

На фиг.1-5 изображена конструктивная схема комплекса промысловой разработки месторождений природного газа, включающая морскую стационарную платформу (МСП) 1 добычи природного газа (ПГ), которая подсоединяется к устьям 2 скважин посредством райзеров (гибких газопроводов) 3.

- Фиг. 1. Конструктивная схема одного из вариантов морского газопромыслового сооружения, морской стационарной платформы (МСП) на натяжных связях (натяжных опорах и дополнительной провесной якорной системой).

- Фиг. 2. Конструктивная схема морской стационарной дожимающей компрессорной станции ПГ подводного базирования на натяжных связях.

- Фиг.3. Конструктивная схема одного из вариантов морского стационарного завода производства жидких продуктов из ПГ подводного базирования на натяжных связях.

- Фиг.4. Конструктивная схема морского стационарного хранилища СПГ с теплообменным устройством его переохлаждения подводного базирования на натяжных связях.

- Фиг. 5. Надводное транспортное судно-продуктовоз жидких продуктов из ПГ.

В случае опасности столкновения с айсбергом 4 или необходимостью передислокации платформы верхняя плавучая часть 5 платформы отсоединяется от нижней части 6 и отводится на безопасное расстояние буксиром 7.

На платформе 1 расположена химико-технологическая система (ХТС) агрегатов подготовки (промысловой переработки) природного газа 8, включающая агрегаты осушки и очистки.

Осушка ПГ осуществляется посредством абсорбентов (гликолевая осушка ПГ, при которой в процессе абсорбции гликоль поглощает пары воды из ПГ). Очистка ПГ от сернистых соединений и углекислого газа проводится в соответствии с требованиями, предъявляемыми потребителем ПГ. Требования по содержанию сернистых компонентов постоянно возрастают: H₂S в ПГ должно быть не более 5,7 мг/м³, общей серы - не более 50 мг/м³.

Проведение глубокой очистки ПГ от сероорганических соединений и сероводорода проводится на возможно более ранней стадии обработки ПГ. Выбор способа очистки обусловлен составом газа на данном месторождении и требованиями к степени очистки газа. ХТС агрегатов подготовки (промысловой переработки) ПГ 8 состоит из множества функционально-структурных единиц и предназначена для реализации отношений между входными и выходными потоками, т.е. для проведения технологического процесса промысловой переработки ПГ и нейтрализации выбросов (отходов).

Посредством газового трубопровода 9 ХТС агрегатов подготовки ПГ 8 соединена с дожимающей компрессорной станцией (ДКС) 10, необходимость которой определяется обеспечением постоянства параметров ПГ и падением пластового давления при эксплуатации газовых месторождений. Возможность включения ДКС 10 может быть осуществлена вентилями 11, 12.

Природный газ заданных параметров и состава посредством газового трубопровода 13 поступает к газовому коллектору-распределителю 14 дополнительного судна 15, на борту которого расположены химико-технологические системы (ХТС) агрегатов получения жидкого продукта 16 из ПГ (СПГ, метанола). Оптимальное количество ХТС агрегатов получения жидкого продукта 16 и их производительность определяются из соображений надежности и бесперебойности производства жидкого продукта путем резервирования ХТС, а также регламентом их пуска после останова.

ХТС агрегатов получения жидкого продукта 16 из ПГ (СПГ, метанола и других продуктов) состоит из множества функционально-структурных единиц и предназначена для реализации отношений между входными и выходными потоками ПГ и конечного жидкого продукта, т.е. для проведения технологического процесса получения заданного жидкого продукта нейтрализации выбросов (отходов) и взаимодействия с окружающей средой на серийных ХТС, импортных и отечественного производства.

Дополнительное судно 15 снабжено коллектором 17 сбора полученного ХТС жидкого продукта, шлюзами 18, 19, установленными на корпусе 20 судна 15, выполненном в виде сферической оболочки.

В связи к нерегулярностью движения судов-продуктовозов 21 комплекс имеет хранилище 22 общей вместимостью ~400 тыс.м³ жидкого продукта.

Хранилище 22 выполнено в виде системы соединенных между собой трубопроводами сферических цистерн 23, смонтированных на жесткой платформе 24. Испарившийся продукт через штуцер 25 утилизируется, а ПГ повторно ожиживается.

ДКС 10, дополнительное судно 15, хранилище 22, смонтированное на жесткой платформе 24, выполнены с возможностью подводного базирования, пересечения ими зеркала воды и преодоления ледового покрова, сплошного или битого, и фиксации этих объектов по заданной топологии на глубине посредством лебедок 26.

Перегрузка жидкого продукта из хранилища 22 производится посредством трубопроводов 27 специального назначения, в том числе и криотрубопроводов, в суда-продуктовозы 21. СПГ транспортируется в метановозах, которые входят в сферу услуг фрахтования и производятся на верфях сериями (А.О.Квернер. Маса-Ярдс, г. Турку).

Авторы в 1995 г. провели НИР в интересах СПМБМ "Малахит" - НПФ "Выбор" о целесообразности транспорта жидких продуктов судами-газовозами (семи продуктов) и выявили эффективность их перевозки в переохлажденном состоянии: экономия по грузовместимости составляет в среднем 15%.

Теплообменное устройство 28, выполненное, например, в виде змеевика, по трубному пространству которого циркулирует хладагент (жидкий азот), расположено внутри хранилища 22 жидкого продукта, соединено криоприводом 29 с системой криообеспечения 30.

Система криообеспечения 30, образованная на базе криогенных установок производства жидкого азота, дислоцирована на автономном плавучем заводе по его производству преимущественно подводного базирования по согласованной технологической топологии комплекса.

Система криообеспечения комплекса для переохлаждения жидкого транспортируемого продукта судами предполагает существование в ее составе приводных энергомашин больших мощностей (турбин), построенных по принципу использования в турбинах перепада давлений, образованного давлением пласта газового месторождения и давлением на входе в установку ожижения ПГ.

В комплексе по существу достигается уменьшение объема транспортируемого ПГ примерно в 600 раз путем изменения агрегатного состояния сухого ПГ его ожижением и повышением плотности ПГ и других жидких продуктов ~ на 15...20% переохлаждением ожиженных газов и полученных жидких продуктов до оптимальной температуры.

Кроме того, доходность освоения газовых месторождений шельфа Арктики и его транспорт на экспорт или внутренний рынок потребителю может быть увеличена также путем его переработки в метанол и другие жидкие продукты в зоне расположения месторождений.

Суммарный эффект (экономический и технический) достигается за счет следующих составляющих (статей) его, являющихся следствием применения данной концепции освоения газовых месторождений и транспорта получаемых продуктов: 1. Экономический эффект доставки дополнительной охлажденной ниже температуры кипения СПГ, СНГ, других продуктов транспортируемой массы продуктовозом за рейс.

2. Экономический эффект перевозки продуктов меньшим количеством судов по статьям страхования груза и судна, его строительной стоимости, статье взимания портовых сборов, за предоставленную судну услугу при заходе судна в порт потребителя, по статье экономии расходов по топливу при реализации программы перевозок продукта, по статье суточного содержания на ходу и стоянки судна, по статье страхования личного состава судна, по статье стоимости аккумулированного холода поставленного потребителю продукта.

К числу наиболее существенных и значимых следствий, вытекающих из переохлаждения и повышения плотности СНГ, СПГ для их перевозки и сконцентрированных в технико-экономическом эффекте данного технического решения, относятся: 1. Применение наружной изоляции танков, повышение механической и усталостной прочности конструкции танков в несколько раз благодаря непосредственному контакту СНГ, СПГ с материалом танка, увеличивающим механические свойства при охлаждении до криогенных температур.

2. Снижение нагрузки на систему повторного сжижения СНГ, СПГ судна.

3. Повышение надежности функционирования насосных система путем обеспечения бескавитационных режимов насосов для перегрузки с положительной и отрицательной высотами всасывания.

4. Увеличение дальности трубопроводного транспорта (доставки) СНГ, СПГ и др. продуктов в промзоне их потребителя или к хранилищу.

5. Возможность создания производств, утилизирующих холод СНГ, СПГ и др. продуктов.

В некоторых вариантах установок получения жидкого продукта из природного газа, например СПГ, метанола, целесообразно наиболее крупногабаритные химико-технологические агрегаты XTC получения жидкого продукта из ПГ расположить с внешней стороны корпусов таких объектов, как дополнительное судно, хранилища, ДКС.

Такими функционально-структурными единицами с протекающими в них элементарными процессами (тепловыми, массообменными и др.) являются колонна синтеза метанола с конденсатором, криогенный теплообменник сжижения ПГ, теплообменник охлаждения ПГ забортной водой.

При этом достигаются интенсификация теплообмена в XTC и уменьшение поверхности теплообмена в аппаратах.

Формула изобретения

1. Комплекс для промысловой разработки месторождений природного газа, включающий морскую платформу или плавучую платформу и установленные на ней химико-технологическую систему агрегатов подготовки природного газа, химико-технологическую систему агрегатов получения жидкого продукта, газопроводную систему подачи природного газа к химико-технологической системе агрегатов получения жидкого продукта от химико-технологической системы агрегатов подготовки природного газа и по меньшей мере одно транспортное судно-продуктовоз для вывоза жидкого продукта потребителю, например, в сферических цистернах, расположенных на его борту, отличающийся тем, что в комплекс введено по меньшей мере одно дополнительное судно, преимущественно глубинного базирования с возможностью фиксации его на глубине в рабочем положении, например, посредством системы лебедок, пересечения им зеркала воды и/или ледяного покрова, преимущественно крошечного, на борту которого размещена по меньшей мере одна химико-технологическая система агрегатов получения жидкого продукта, например, сжиженного природного газа, метанола и других продуктов, которая соединена с химико-технологической системой подготовки природного газа посредством гибкой системы трубопроводов подачи природного газа, выполненной, например, в виде системы соединенных между собой сферических герметичных шарниров, и посредством системы гибких трубопроводов жидкого продукта с цистернами, например, сферической формы, расположенными на борту по меньшей мере на одном транспортном судне-продуктовозе надводном или подводном.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что введено хранилище жидкого продукта, например, сжиженного природного газа, метанола и других продуктов, преимущественно глубинного базирования, с возможностью фиксации его на глубине в рабочем положении, например, посредством системы лебедок, пересечения им зеркала воды и/или ледяного покрова, преимущественно крошечного, и соединения посредством трубопроводов по меньшей мере с одной химико-технологической системой агрегатов получения жидкого продукта, расположенной на борту дополнительного судна, и по меньшей мере одной цистерной, расположенной на борту транспортного судна-продуктовоза.

3. Комплекс по п. 1 или 2, отличающийся тем, что хранилище выполнено в виде системы жестко соединенных сферических цистерн, соединенных посредством трубопроводов жидкого продукта.

4. Комплекс по п. 1 или 2, отличающийся тем, что хранилище снабжено теплообменным устройством, выполненным, например, в виде витых или изогнутых труб, соединенным с системой обеспечения хладагентом.

5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в него введена по меньшей мере одна дожимающая компрессорная станция природного газа, преимущественно глубинного базирования, с возможностью фиксации ее на глубине в рабочем положении, например, посредством системы лебедок, пересечения ею зеркала воды и/или ледяного покрова, преимущественно крошечного.

6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что дополнительное судно выполнено в виде по меньшей мере одной или нескольких сферических оболочек, расположенных на одной или нескольких прямых линиях, соединенных между собой цилиндрическими оболочками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5