RU2788803C1 - Method for increasing the efficiency of gas production and an installation for its implementation - Google Patents

Method for increasing the efficiency of gas production and an installation for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2788803C1
RU2788803C1 RU2021136412A RU2021136412A RU2788803C1 RU 2788803 C1 RU2788803 C1 RU 2788803C1 RU 2021136412 A RU2021136412 A RU 2021136412A RU 2021136412 A RU2021136412 A RU 2021136412A RU 2788803 C1 RU2788803 C1 RU 2788803C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
liquid
compressor
reversible
pressure
Prior art date
Application number
RU2021136412A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Александрович Воронцов
Анатолий Сергеевич Грачев
Алексей Валерьевич Козлов
Андрей Васильевич Прокопов
Александр Александрович Ротов
Анерт Фальк
Александр Николаевич Чепурнов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ"
Винтерсхалл Дэа Раша ГмбХ
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ", Винтерсхалл Дэа Раша ГмбХ filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2788803C1 publication Critical patent/RU2788803C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: group of inventions relates to the oil and gas industry. According to the proposed group of inventions, at the initial stage of operation of the reversible electric power generation and low-pressure gas compression unit (EPGLPGC) operates in the mode of an expansion machine. After reducing the wellhead pressure below the minimum required for gas treatment and its transfer to consumers, the EPGLPGC unit is switched to compression mode. The EPGLPGC unit contains a reversible screw expander compressor (RSEC) and a reversible electric generator motor. The RSEC is designed to perform the following technological functions: in the expander mode to produce mechanical energy at the initial stage of field operation, in the compressor mode to ensure an increase in the pressure of the gas flow after a decrease in the wellhead pressure. A reversible electric generator motor performs the functions of a consumer and a drive motor.
EFFECT: increase in the efficiency of technological processes of gas production as a result of the integrated use of reservoir gas pressure energy during the entire period of field development through the use of a reversible electric power generation and low-pressure gas compression unit (EPGLPGC).
2 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности и может использоваться на газовых, нефтегазовых и нефтегазоконденсатных месторождениях, характеризующихся на начальном этапе эксплуатации избыточно высокими устьевыми давлениями, в два и более раз превышающими значения, необходимые для осуществления подготовки газа и передачи его потребителям в бескомпрессорном режиме.The group of inventions relates to the oil and gas industry and can be used in gas, oil and gas and oil and gas condensate fields, characterized at the initial stage of operation by excessively high wellhead pressures, two or more times higher than the values necessary for gas treatment and transmission to consumers in a non-compressor mode.

В настоящее время избыточный перепад давлений компенсируют («срабатывают») посредством дросселя, что существенно снижает эффективность использования располагаемого перепада давлений пластового газа, т.к. часть пластовой энергии безвозвратно теряется.At present, excess pressure drop is compensated (“activated”) by means of a throttle, which significantly reduces the efficiency of using the available reservoir gas pressure drop, since part of the reservoir energy is irretrievably lost.

Для полезного использования пластовой энергии на начальном этапе эксплуатации месторождений известно о применении высокоэффективных расширительных машин для компенсации на них избыточного перепада давлений и последующего преобразования механической энергии вращения вала в электрическую. Однако применение традиционных расширительных машин для преобразования избыточного перепада давлений с обеспечением формирования полезного эффекта (выработки электрической энергии) характеризуется существенным недостатком: срок их использования ограничен: после снижения устьевого давления ниже давления, необходимого для подготовки и подачи газа потребителям, генерация электроэнергии становится невозможной.For the beneficial use of reservoir energy at the initial stage of field operation, it is known about the use of highly efficient expansion machines to compensate for excessive pressure drop on them and the subsequent conversion of the mechanical energy of the shaft rotation into electrical energy. However, the use of traditional expansion machines for converting excess pressure with ensuring the formation of a beneficial effect (generation of electrical energy) is characterized by a significant drawback: the period of their use is limited: after the wellhead pressure drops below the pressure necessary for preparing and supplying gas to consumers, the generation of electricity becomes impossible.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемой группе изобретений является способ использования энергии перепада давления источника природного газа, энергохолодильный агрегат и турбодетандер в виде энергопривода с лопаточной машиной (патент РФ №2098713, F17D 1/04, опубл. 10.12.1997). Газ высокого давления подают потребителю через несколько последовательно соединенных между собой турбодетандеров и работу по расширению газа используют для получения электроэнергии и для охлаждения в холодильных камерах. Для этого, в зависимости от значения перепада температуры газа на выходе турбодетандера, газовый поток направляют либо в теплообменник, где газ нагревают за счет охлаждения окружающей среды, либо в следующий турбодетандер. Для осуществления способа используют энергохолодильный агрегат, в котором за каждым из турбодетандеров по ходу газа установлен теплообменник, содержащий во входном трубопроводе запорный элемент. При этом входной и выходной трубопроводы соединены другими запорными элементами с возможностью направления газового потока в обход теплообменника или турбодетандера. В энергохолодильном агрегате используют турбодетандер (энергопривод с лопаточной машиной), ротор которого установлен на валу, связанном валом потребителя и снабженном системой газодинамического уплотнения. Кроме газоподающего сопла с дозатором расхода газа энергопривод снабжен устройством дополнительной подачи струй газа, выполненным в виде блока сопел с клапанным газораспределителем и логическим блоком.The closest technical solution (prototype) to the proposed group of inventions is a method of using the energy of the pressure drop of a natural gas source, an energy-refrigeration unit and a turbo-expander in the form of an energy drive with a bladed machine (RF patent No. 2098713, F17D 1/04, publ. 10.12.1997). High-pressure gas is supplied to the consumer through several series-connected turbo-expanders, and the work of expanding the gas is used to generate electricity and for cooling in refrigerators. To do this, depending on the value of the gas temperature difference at the outlet of the turboexpander, the gas flow is directed either to a heat exchanger, where the gas is heated by cooling the environment, or to the next turboexpander. To implement the method, an energy-refrigeration unit is used, in which a heat exchanger is installed behind each of the turboexpanders along the gas flow, containing a shut-off element in the inlet pipeline. At the same time, the inlet and outlet pipelines are connected by other locking elements with the possibility of directing the gas flow around the heat exchanger or turboexpander. In the energy-refrigeration unit, a turbo-expander (power drive with a blade machine) is used, the rotor of which is mounted on a shaft connected by a consumer shaft and equipped with a gas-dynamic sealing system. In addition to the gas supply nozzle with a gas flow rate meter, the power drive is equipped with a device for additional supply of gas jets, made in the form of a block of nozzles with a valve gas distributor and a logic block.

Недостатком известного решения является его возможность повышения эффективности добычи газа только за счет использования свободного перепада давления газа. Кроме того, в состав энергохолодильного агрегата входит турбодетандер - динамическая лопаточная машина, посредством которой не может быть реализован принцип обратимой работы (как в детандерном режиме, так и в режиме копримирования), и которую неэффективно применять для многофазных потоков на кустах скважин и на отдельных скважинах газовых месторождений вследствие снижения надежности и эффективности данного типа оборудования в процессе его эксплуатации.The disadvantage of the known solution is its ability to improve the efficiency of gas production only through the use of free gas pressure drop. In addition, the energy-refrigeration unit includes a turbo-expander - a dynamic blade machine, by means of which the principle of reversible operation cannot be implemented (both in the expander mode and in the co-priming mode), and which is inefficient to apply for multi-phase flows in well clusters and individual wells gas fields due to a decrease in the reliability and efficiency of this type of equipment during its operation.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание способа повышения эффективности добычи газа и обратимой установки генерации электроэнергии и компримирования низконапорного газа (ГЭиКНГ) для его реализации.The task to be solved by the present invention is the creation of a method for increasing the efficiency of gas production and a reversible installation for generating electricity and compressing low-pressure gas (GEiKNG) for its implementation.

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая группа изобретений, является повышение эффективности технологических процессов добычи газа в результате комплексного использования энергии давления пластового газа в продолжение всего периода разработки месторождения за счет применения обратимой установки ГЭиКНГ, включающей обратимый винтовой детандер-компрессор (ОВДК) объемного принципа действия, эффективность и надежность которой практически не снижается в условиях работы с многофазными потоками.The technical result, to which the proposed group of inventions is directed, is to increase the efficiency of technological processes of gas production as a result of the integrated use of the pressure energy of the reservoir gas throughout the entire period of field development through the use of a reversible GE&CNG unit, including a reversible screw expander-compressor (ROVC) of the volumetric principle action, the efficiency and reliability of which practically does not decrease in the conditions of work with multi-phase flows.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе повышения эффективности добычи газа в процессе эксплуатации месторождения поступающий от скважин поток природного газа очищают и разделяют на поток газа и поток жидкости в скруббер-сепараторе, после чего поток газа направляют в обратимый винтовой детандер-компрессор. Причем на этапе эксплуатации месторождения, характеризующемся избыточно высокими устьевыми давлениями, поток газа в обратимом винтовом детандер-компрессоре расширяют и охлаждают с последующей передачей выработанной при этом механической энергии в обратимый электрогенератор-двигатель для получения электрической энергии. Затем охлажденный поток газа направляют в коллектор смешения газа и жидкости.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of increasing the efficiency of gas production during the operation of the field, the natural gas stream coming from the wells is cleaned and separated into a gas stream and a liquid stream in a scrubber-separator, after which the gas stream is sent to a reversible screw expander-compressor . Moreover, at the stage of field operation, characterized by excessively high wellhead pressures, the gas flow in the reversible screw expander-compressor is expanded and cooled, followed by the transfer of the mechanical energy generated in this case to a reversible electric generator-motor to produce electrical energy. Then the cooled gas stream is sent to the gas-liquid mixing manifold.

Поток жидкости из скруббер-сепаратора по линии для жидкости также направляют в коллектор смешения газа и жидкости, откуда смешанный газожидкостной поток выводят с установки. На этапе эксплуатации месторождения, характеризующемся снижением устьевого давления ниже необходимого значения, поток газа в обратимом винтовом детандер-компрессоре компримируют до давления, необходимого для подачи потребителям, за счет энергии, поступающей от обратимого электрогенератора-двигателя. Затем упомянутый поток охлаждают в аппарате воздушного охлаждения газа и направляют в коллектор смешения газа и жидкости. Поток жидкости из скруббер-сепаратора направляют через насос по линии для жидкости в коллектор смешения газа и жидкости, откуда смешанный газо-жидкостной поток выводят с установки.The liquid stream from the scrubber-separator through the liquid line is also directed to the gas-liquid mixing manifold, from where the mixed gas-liquid stream is removed from the plant. At the stage of field operation, characterized by a decrease in wellhead pressure below the required value, the gas flow in the reversible screw expander-compressor is compressed to the pressure required for supply to consumers, due to the energy coming from the reversible electric generator-engine. Then said flow is cooled in the gas air cooler and sent to the gas-liquid mixing manifold. The liquid stream from the scrubber-separator is directed through a pump through a liquid line to a gas-liquid mixing manifold, from where the mixed gas-liquid stream is removed from the plant.

Установка включает соединительные трубопроводы, запорно-регулирующую арматуру, обратимый электрогенератор-двигатель, обратимый винтовой детандер-компрессор, насос, аппарат воздушного охлаждения газа, коллектор смешения газа и жидкости, линию для жидкости и скруббер-сепаратор. Выход скруббер-сепаратора по потоку жидкости через насос по линии для жидкости соединен с коллектором смешения газа и жидкости, а выход по потоку газа - с обратимым винтовым детандер-компрессором, который через аппарат воздушного охлаждения газа соединен с коллектором смешения газа и жидкости. При этом обратимый винтовой детандер-компрессор содержит корпус с размещенной в нем винтовой парой, соединенной выходным валом с механической трансмиссией, которая подключена к обратимому электрогенератору-двигателю. Насос и аппарат воздушного охлаждения газа установлены с возможностью их отключения и направления газового потока и потока жидкости по трубопроводам непосредственно в коллектор смешения газа и жидкости.The plant includes connecting pipelines, shut-off and control valves, a reversible electric generator-engine, a reversible screw expander-compressor, a pump, a gas air-cooler, a gas-liquid mixing manifold, a liquid line and a scrubber-separator. The outlet of the scrubber-separator along the liquid flow through the pump is connected via the liquid line to the gas-liquid mixing manifold, and the gas-flow outlet is connected to a reversible screw expander-compressor, which is connected to the gas-to-liquid mixing manifold through the gas air cooler. In this case, the reversible screw expander-compressor comprises a housing with a screw pair placed in it, connected by an output shaft to a mechanical transmission, which is connected to a reversible electric generator-motor. The pump and the gas air cooler are installed with the possibility of switching them off and directing the gas flow and liquid flow through pipelines directly to the gas and liquid mixing manifold.

Согласно предлагаемой группе изобретений на начальном этапе эксплуатации месторождения ГЭиКНГ, предназначенная для обеспечения необходимого давления на входе установки комплексной подготовки газа (УКПГ), работает в режиме расширительной машины. После снижения устьевого давления ниже минимально необходимого для подготовки газа и его передачи потребителям, установку ГЭиКНГ переводят в режим компримирования. Снабжение энергией возможно осуществлять через существующие на месторождении воздушные линии электропередач от энергосети или от электростанции собственных нужд (ЭСН).According to the proposed group of inventions, at the initial stage of field operation, the GE&KNG, designed to provide the necessary pressure at the inlet of the complex gas treatment unit (UKPG), operates in the expansion machine mode. After the wellhead pressure drops below the minimum required for gas treatment and its transfer to consumers, the GE&OOG unit is switched to the compression mode. It is possible to supply energy through the overhead power lines existing at the field from the power grid or from the auxiliary power plant (APS).

На фиг.1 изображена принципиальная схема обратимой установки ГЭиКНГ.Figure 1 shows a schematic diagram of a reversible installation GEiKNG.

На фиг.2 - принципиальная схема ОВДК. Обратимая установка ГЭиКНГ включает:Figure 2 is a schematic diagram of the OVDC. Reversible GE&CNG setup includes:

- скруббер-сепаратор 1;- scrubber-separator 1;

- ОВДК 2, содержащий винтовую пару 3, размещенную в корпусе 4, выходной вал 5, механическую трансмиссию 6 и технологическую обвязку: трубопроводы 7, обеспечивающие работу винтовой пары 3 в детандерном режиме, трубопроводы 8, обеспечивающие работу винтовой пары 3 в компрессорном режиме;- OVDC 2, containing a screw pair 3 placed in the housing 4, an output shaft 5, a mechanical transmission 6 and technological piping: pipelines 7, which ensure the operation of the screw pair 3 in the expander mode, pipelines 8, which ensure the operation of the screw pair 3 in the compressor mode;

- электроприводной насос 9;- electric pump 9;

- обратимый электрогенератор-двигатель 10;- reversible electric generator-motor 10;

- АВО газа 11;- AVO gas 11;

- коллектор 12 смешения газа и жидкости;- manifold 12 mixing gas and liquid;

- линию 13 для жидкости;- line 13 for liquid;

- запорно-регулирующую арматуру (ЗРА): отсечные краны, перепускные клапаны, обратные клапаны;- shut-off and control valves (ZRA): shut-off valves, bypass valves, check valves;

- соединительные трубопроводы (в т.ч. трубопроводы перепуска). Выход скруббер-сепаратора 1 по потоку жидкости через насос 9 по линии 13 для жидкости соединен с коллектором 12 смешения газа и жидкости, а выход скруббер-сепаратора 1 по газовому потоку соединен с ОВДК 2, который через АВО газа 11 соединен с коллектором 12 смешения газа и жидкости. Винтовая пара 3 соединена выходным валом 5 с механической трансмиссией 6, которая подключена к обратимому электрогенератору-двигателю 10. Насос 9 и АВО газа 11 установлены с возможностью их отключения и направления газового потока и жидкости непосредственно в коллектор 12 смешения газа и жидкости с помощью ЗРА и соединительных трубопроводов (перепускных трубопроводов).- connecting pipelines (including bypass pipelines). The outlet of the scrubber-separator 1 in the liquid flow through the pump 9 through the liquid line 13 is connected to the manifold 12 for mixing gas and liquid, and the outlet of the scrubber-separator 1 in the gas stream is connected to the HVAC 2, which is connected through the AVO gas 11 to the manifold 12 for mixing gas and liquids. The screw pair 3 is connected by an output shaft 5 to a mechanical transmission 6, which is connected to a reversible electric generator-motor 10. The pump 9 and the air cooler of the gas 11 are installed with the possibility of turning them off and directing the gas flow and liquid directly into the manifold 12 for mixing gas and liquid with the help of ZRA and connecting pipelines (bypass pipelines).

Обратимую установку ГЭиКНГ компонуют из известных устройств промышленного производства, кроме ОВДК 2, основными отличиями которого от существующих винтовых компрессоров и детандеров являются:The reversible GE&KNG unit is assembled from well-known industrial production devices, except for OVDK 2, the main differences of which from existing screw compressors and expanders are:

- возможность работы установки как в компрессорном, так и в детандерном режимах;- the ability to operate the unit in both compressor and expander modes;

- наличием технологической обвязки (трубопроводы 7, 8) обеспечивающей возможность работы установки как в компрессорном, так и в детандерном режимах;- the presence of technological piping (pipelines 7, 8) providing the ability to operate the unit both in compressor and expander modes;

- наличием механической трансмиссии 6, обеспечивающей соединение выходного вала ОВДК 2, как с полезной нагрузкой - потребителем производимой механической энергии, вырабатываемой в период генерации, так и с приводным двигателем, который обеспечивает электроэнергией ОВДК 2 в режиме компримирования. В предлагаемой установке ГЭиКНГ функции потребителя и приводного двигателя выполняет один элемент установки: обратимый электрогенератор-двигатель 10.- the presence of a mechanical transmission 6, which provides the connection of the output shaft of the HVDC 2, both with the payload - the consumer of the produced mechanical energy generated during the generation period, and with the drive motor, which provides electricity to the HVDC 2 in the compression mode. In the proposed GE&KNG installation, the functions of the consumer and the drive motor are performed by one element of the installation: a reversible electric generator-motor 10.

ОВДК 2 предназначен для выполнения следующих технологических функций:OVDC 2 is designed to perform the following technological functions:

- в детандерном режиме производить механическую энергию (путем реализации процесса расширения газа с высокого давления газа до минимально необходимого для штатной работы промысловых технологических систем - газосборных сетей, УКПГ и т.п.) для передачи ее внешней полезной нагрузке для выработки электрической энергии.- in the expander mode, produce mechanical energy (by implementing the process of gas expansion from high gas pressure to the minimum required for the regular operation of field technological systems - gas gathering networks, GTP, etc.) to transfer it to an external payload to generate electrical energy.

- в компрессорном режиме обеспечивать повышение давления газового потока (с давления газа, поступающего от скважин, до давления, необходимого для прохождения газа по газосборной сети до УКПГ с проектным давлением, необходимым для осуществления процесса подготовки газа к транспорту).- in the compressor mode, increase the pressure of the gas flow (from the pressure of the gas coming from the wells to the pressure necessary for the passage of gas through the gas gathering network to the GTP with the design pressure necessary for the process of gas preparation for transport).

Винтовая пара 3 представляет собой два вала, поверхность каждого из которых имеет винтовой профиль, один из валов соединен с выходным валом 5 и совершает вращательное движение, а второй закреплен в независимых опорах и неподвижен. Валы располагаются соосно в корпусе 4 с минимально допустимым зазором (определяется прочностными характеристиками материалов валов и точностью их изготовления) между винтовыми профилями. Винтовые профили рассчитывают и изготавливают таким образом, что объем свободного пространства между валами монотонно и непрерывно меняется от наименьшего значения к наибольшему таким образом, что имеется «узкая» и «широкая» части винтовой пары 3 ОВДК 2. Величина наименьшего и набольшего объемов свободного пространства между валами определяется значением давления, температуры и количеством газа, поступающего в ОВДК 2 при его работе в детандерном и компрессорном режимах. Причем для реализации процесса расширения необходимо обеспечить движение газа от «узкой» части к «широкой» части винтовой пары, а для реализации процесса компримирования - от «широкой» части к «узкой» части винтовой пары 3.The screw pair 3 consists of two shafts, the surface of each of which has a helical profile, one of the shafts is connected to the output shaft 5 and rotates, and the second is fixed in independent supports and is stationary. The shafts are located coaxially in the body 4 with the minimum allowable gap (determined by the strength characteristics of the shaft materials and the accuracy of their manufacture) between the screw profiles. Screw profiles are calculated and manufactured in such a way that the volume of free space between the shafts changes monotonously and continuously from the smallest value to the largest in such a way that there is a “narrow” and “wide” part of the screw pair 3 OVDK 2. The value of the smallest and largest volumes of free space between shafts is determined by the value of pressure, temperature and the amount of gas entering the OVDS 2 during its operation in the expander and compressor modes. Moreover, to implement the expansion process, it is necessary to ensure the movement of gas from the "narrow" part to the "wide" part of the screw pair, and to implement the compression process - from the "wide" part to the "narrow" part of the screw pair 3.

Винтовые пары широко применяются в промышленности для создания винтовых детандерных и компрессорных установок. Отличительной особенностью винтовой пары 3, применяемой в ОВДК 2, является то, что ее рассчитывают для обеспечения параметров работы установки как в компрессорном, так и в детандерном режимах.Screw pairs are widely used in industry to create screw expander and compressor units. A distinctive feature of the screw pair 3 used in OVDC 2 is that it is calculated to ensure the operation parameters of the installation both in compressor and expander modes.

Предлагаемый способ с использованием установки ГЭиКНГ осуществляют следующим образом.The proposed method using the GEiKNG installation is carried out as follows.

На начальном этапе эксплуатации месторождения, характеризующемся избыточно высокими устьевыми давлениями (режим генерации электрической энергии), поток природного газа от скважин, обладающий высоким давлением, превышающим значение, необходимое для обеспечения подготовки газа и передачи его потребителю, направляют сначала в скруббер-сепаратор 1, в котором его разделяют на поток газа и поток жидкости, после чего поток жидкости по линии 13 для жидкости направляют в коллектор 12 смешения газа и жидкости. В режиме генерации жидкость обладает высоким давлением, поэтому насос 9 отключен посредством ЗРА и жидкость поступает непосредственно в коллектор 12 смешения газа и жидкости под собственным давлением по трубопроводам перепуска. Поток газа из скруббер-сепаратора 1 направляют в ОВДК 2, который на данном этапе работает в детандерном режиме, где поток газа по трубопроводам 7, обеспечивающим работу винтовой пары 3 в детандерном режиме, поступает в винтовую пару 3 для расширения, т.е. на «узкую» часть. Поток газа расширяется в винтовой паре 3, поэтапно проходя свободное пространство, образуемое винтовыми профилями винтовой пары 3 от «узкой» к «широкой» части, при этом увеличивается объем, занимаемый газом, снижается давление газа (до минимально необходимого для штатной работы промысловых технологических систем и вырабатывается механическая работа, которую посредством выходного вала 5 и механической трансмиссии 6 отводят на обратимый электрогенератор-двигатель 10, где ее преобразуют в электрическую энергию. После расширения в ОВДК 2 поток газа обладает низкими температурами, поэтому на данном этапе АВО газа 11 отключен и поток газа с помощью ЗРА направляют по трубопроводам перепуска непосредственно в коллектор 12 смешения газа и жидкости, где его смешивают с жидкостью и выводят в газосборную сеть и далее потребителям (для обеспечения транспорта, подготовки и переработки газа и т.п.). Полученную электроэнергию, выработанную без затрат топлива, используют для собственных технологических нужд на месторождении путем передачи потребителям электрической энергии по существующим на месторождении воздушным линиям электропередач и/или направляют во внешнюю электрическую сеть. Применение установок ГЭиКНГ позволяет заместить часть энергии, генерируемой на ЭСН, и снизить выбросы в атмосферу загрязняющих веществ, образующихся при работе ЭСН, либо снизить объемы электрической энергии, закупаемой у генерирующих компаний.At the initial stage of field operation, which is characterized by excessively high wellhead pressures (power generation mode), the natural gas flow from wells, which has a high pressure exceeding the value necessary to ensure gas treatment and transfer it to the consumer, is first sent to the scrubber-separator 1, to where it is separated into a gas stream and a liquid stream, after which the liquid stream is sent through the liquid line 13 to the gas-liquid mixing manifold 12. In the generation mode, the liquid has a high pressure, so the pump 9 is turned off by means of the ZRA and the liquid enters directly into the manifold 12 for mixing gas and liquid under its own pressure through the bypass pipelines. The gas flow from the scrubber-separator 1 is sent to the HVDC 2, which at this stage operates in the expander mode, where the gas flow through pipelines 7, which ensures the operation of the screw pair 3 in the expander mode, enters the screw pair 3 for expansion, i.e. to the "narrow" part. The gas flow expands in the screw pair 3, gradually passing through the free space formed by the screw profiles of the screw pair 3 from the “narrow” to the “wide” part, while the volume occupied by the gas increases, the gas pressure decreases (to the minimum required for the normal operation of field technological systems and mechanical work is produced, which is diverted to a reversible electric generator-engine 10 by means of an output shaft 5 and a mechanical transmission 6, where it is converted into electrical energy. gas is sent via bypass pipelines directly to the gas-liquid mixing manifold 12, where it is mixed with liquid and discharged to the gas collection network and further to consumers (to ensure transport, preparation and processing of gas, etc.). without fuel costs, used for their own technological needs at the field by transferring electrical energy to consumers via overhead power lines existing at the field and / or directing it to an external electrical network. The use of GE&OGG units makes it possible to replace a part of the energy generated by the ESS and reduce emissions of pollutants into the atmosphere generated during the operation of the ENG, or reduce the amount of electricity purchased from generating companies.

На более позднем этапе эксплуатации месторождения, по мере снижения пластового давления до значения, при котором невозможно обеспечить подготовку газа и передачу его потребителям, подключают насос 9 и АВО газа 11 путем переключения отсечных кранов и установку ГЭиКНГ переводят в режим компримирования низконапорного газа. Поток природного газа от скважин, обладающий низким давлением, направляют в скруббер-сепаратор 1, в котором его разделяют на поток газа и поток жидкости. Поскольку в режиме компримирования низконапорного газа жидкость обладает низким давлением, ее после скруббер-сепаратора 1 направляют через насос 9, в котором давление жидкости повышают до давления, необходимого для подачи в газосборную сеть, по линии 13 для жидкости в коллектор 12 смешения газа и жидкости. Поток газа после скруббер-сепаратора 1 направляют в ОВДК 2, который на данном этапе работает в компрессорном режиме. При этом поток газа, поступающий на вход ОВДК 2 с низким давлением, поступает по трубопроводам 8, обеспечивающим работу винтовой пары 3 в компрессорном режиме, для сжатия, т.е. на «широкую» часть. Поток газа сжимают в винтовой паре ОВДК 2, поэтапно пропуская его через свободное пространство, образуемое профилями винтовой пары, от «широкой» к «узкой» части. При этом происходит снижение объема, занимаемого газом, и повышается его давление до значения, необходимого для прохождения газа по газосборной сети с проектным давлением, необходимым для осуществления процесса подготовки газа к транспорту. Работу ОВДК 2 в компрессорном режиме обеспечивают за счет энергии обратимого электрогенератора-двигателя 10, который в период компримирования низконапорного газа работает в режиме электрического двигателя, необходимая для его работы электрическая энергия при этом поступает по воздушным электрическим линиям месторождения или от ЭСН. Энергию обратимого электрогенератора-двигателя 10 передают винтовой паре 3 ОВДК 2 посредством механической трансмиссии 6 и выходного вала 5. После компримирования поток газа обладает высокими температурами, поэтому поток газа после компримирования в ОВДК 2 направляют в АВО газа 11, в котором охлаждают его до температуры, достаточной для предотвращения гидратообразования, и направляют в коллектор 12 смешения газа и жидкости. В коллекторе 12 смешения газа и жидкости смешивают поток жидкости с потоком газа, после чего смешанный газо-жидкостной поток выводят в газосборную сеть. В результате давление газа повышают до давления, определенного с учетом потерь давления в газотранспортной системе (ГСС), и требуемого давления на входе в УКПГ, при этом снижают скорости движения газа в ГСС, что исключает необходимость обеспечения допустимых значений скоростей газа в ГСС путем увеличения площади, через которую проходит газ, т.е. исключают применение лупингов (дополнительных труб, установленных параллельно с уже существующими), а также отдаляют сроки ввода дожимной компрессорной станции (ДКС) и снижают ее необходимую мощность по сравнению с вариантом эксплуатации месторождения без применения установок ГЭиКНГ.At a later stage of the field operation, as the formation pressure decreases to a value at which it is impossible to provide gas treatment and its transfer to consumers, the pump 9 and gas air cooler 11 are connected by switching shut-off valves and the GE&CNG unit is switched to the low-pressure gas compression mode. The flow of natural gas from wells, which has a low pressure, is sent to the scrubber-separator 1, in which it is separated into a gas stream and a liquid stream. Since the liquid has a low pressure in the low-pressure gas compression mode, it is sent after the scrubber-separator 1 through the pump 9, in which the liquid pressure is increased to the pressure necessary for supply to the gas collection network, through the liquid line 13 to the gas-liquid mixing manifold 12. The gas flow after the scrubber-separator 1 is sent to the HVDC 2, which at this stage operates in the compressor mode. In this case, the gas flow entering the inlet of the HVDC 2 with low pressure enters through pipelines 8, which ensure the operation of the screw pair 3 in the compressor mode, for compression, i.e. to the "wide" part. The gas flow is compressed in the screw pair OVDK 2, gradually passing it through the free space formed by the profiles of the screw pair, from the "wide" to the "narrow" part. In this case, the volume occupied by gas decreases and its pressure rises to the value necessary for the passage of gas through the gas gathering network with the design pressure necessary for the process of preparing gas for transport. The operation of the HVDC 2 in compressor mode is provided by the energy of a reversible electric generator-motor 10, which operates in the mode of an electric motor during the compression of low-pressure gas, the electrical energy necessary for its operation is supplied through the overhead electric lines of the field or from the ESN. The energy of the reversible electric generator-motor 10 is transmitted to the screw pair 3 of the HVDC 2 by means of a mechanical transmission 6 and the output shaft 5. After compression, the gas flow has high temperatures, so the gas flow after compression in the HVDC 2 is sent to the AVO of gas 11, in which it is cooled to a temperature sufficient to prevent hydrate formation, and sent to the manifold 12 mixing gas and liquid. In the gas-liquid mixing manifold 12, the liquid stream is mixed with the gas stream, after which the mixed gas-liquid stream is discharged into the gas collection network. As a result, the gas pressure is increased to a pressure determined taking into account the pressure loss in the gas transmission system (GTS) and the required pressure at the inlet to the GTP, while reducing the gas flow rates in the GTS, which eliminates the need to ensure acceptable gas velocities in the GTS by increasing the area , through which the gas passes, i.e. exclude the use of loopings (additional pipes installed in parallel with the existing ones), as well as delay the commissioning of the booster compressor station (BCS) and reduce its required capacity compared to the option of field development without the use of HPCNG units.

Таким образом, реализация предложенной группы изобретений обеспечивает повышение эффективности добычи газа, что обусловлено:Thus, the implementation of the proposed group of inventions provides an increase in the efficiency of gas production, which is due to:

- снижением потребности в покупке или в генерации электрической энергии для нужд месторождения;- reducing the need to purchase or generate electricity for the needs of the field;

- оптимизацией технических решений для ДКС (отдаление сроков ввода, снижение мощности и т.п.) или полное исключение потребности в ДКС вследствие перехода на работу на месторождении по схеме распределенного компримирования при снижении пластового давления. При этом отсутствует необходимость дополнительных капитальных вложений, т.к. установки ГЭиКНГ являются обратимыми;- optimization of technical solutions for booster compressor stations (postponement of commissioning dates, power reduction, etc.) or complete elimination of the need for booster compressor stations due to the transition to work at the field according to the distributed compression scheme with a decrease in reservoir pressure. At the same time, there is no need for additional capital investments, because GE&CNG installations are reversible;

- увеличением полезного срока использования оборудования на протяжении всего периода эксплуатации месторождения по сравнению с использованием традиционных расширительных машин;- an increase in the useful life of the equipment throughout the entire period of operation of the field in comparison with the use of traditional expansion machines;

- оптимизацией технических решений для газосборных сетей (исключение потребности в лупингах, вследствие перехода на работу месторождения по схеме распределенного компримирования, при которой возможно повысить давление в шлейфах, что проводит к снижению скоростей газа до допустимых значений без лупингования).- optimization of technical solutions for gas gathering networks (elimination of the need for loopings due to the transition to the operation of the field according to the distributed compression scheme, in which it is possible to increase the pressure in the pipelines, which leads to a decrease in gas velocities to acceptable values without looping).

Claims (2)

1. Способ повышения эффективности добычи газа, заключающийся в том, что в процессе эксплуатации месторождения поступающий от скважин поток природного газа очищают и разделяют на поток газа и поток жидкости в скруббер-сепараторе, после чего поток газа направляют в обратимый винтовой детандер-компрессор, причем на этапе эксплуатации месторождения, характеризующемся избыточно высокими устьевыми давлениями, поток газа в обратимом винтовом детандер-компрессоре расширяют и охлаждают с последующей передачей выработанной при этом механической энергии в обратимый электрогенератор-двигатель для получения электрической энергии, затем охлажденный поток газа направляют в коллектор смешения газа и жидкости, поток жидкости из скруббер-сепаратора по линии для жидкости также направляют в коллектор смешения газа и жидкости, откуда смешанный газо-жидкостной поток выводят с установки, а на этапе эксплуатации месторождения, характеризующемся снижением устьевого давления ниже необходимого значения, поток газа в обратимом винтовом детандер-компрессоре компримируют до давления, необходимого для подачи потребителям, за счет энергии, поступающей от обратимого электрогенератора-двигателя, затем упомянутый поток охлаждают в аппарате воздушного охлаждения газа и направляют в коллектор смешения газа и жидкости, поток жидкости из скруббер-сепаратора направляют через насос по линии для жидкости в коллектор смешения газа и жидкости, откуда смешанный газо-жидкостной поток выводят с установки.1. A method for increasing the efficiency of gas production, which consists in the fact that during the operation of the field, the natural gas stream coming from the wells is cleaned and separated into a gas stream and a liquid stream in a scrubber-separator, after which the gas stream is sent to a reversible screw expander-compressor, and at the stage of field operation, characterized by excessively high wellhead pressures, the gas flow in the reversible screw expander-compressor is expanded and cooled, followed by the transfer of the mechanical energy generated in this case to a reversible electric generator-engine to generate electrical energy, then the cooled gas flow is sent to the gas mixing manifold and liquid, the liquid flow from the scrubber-separator along the liquid line is also sent to the gas-liquid mixing header, from where the mixed gas-liquid in a reversible screw expander-compressor, it is compressed to the pressure required for supply to consumers, due to the energy coming from a reversible electric generator-motor, then the said flow is cooled in an air-cooling gas apparatus and sent to a gas-liquid mixing manifold, the liquid flow from the scrubber- The separator is sent through the pump through the liquid line to the gas-liquid mixing manifold, from where the mixed gas-liquid stream is removed from the plant. 2. Установка для осуществления способа по п. 1, включающая соединительные трубопроводы, запорно-регулирующую арматуру, обратимый электрогенератор-двигатель, обратимый винтовой детандер-компрессор, насос, аппарат воздушного охлаждения газа, коллектор смешения газа и жидкости, линию для жидкости и скруббер-сепаратор, выход которого по потоку жидкости через насос по линии для жидкости соединен с коллектором смешения газа и жидкости, а выход по потоку газа - с обратимым винтовым детандер-компрессором, который через аппарат воздушного охлаждения газа соединен с коллектором смешения газа и жидкости, при этом обратимый винтовой детандер-компрессор содержит корпус с размещенной в нем винтовой парой, соединенной выходным валом с механической трансмиссией, которая подключена к обратимому электрогенератору-двигателю, а насос и аппарат воздушного охлаждения газа установлены с возможностью их отключения и направления потока газа и потока жидкости непосредственно в коллектор смешения газа и жидкости.2. Installation for implementing the method according to claim 1, including connecting pipelines, shut-off and control valves, a reversible electric generator-engine, a reversible screw expander-compressor, a pump, an air-cooling apparatus for gas, a gas-liquid mixing manifold, a liquid line and a scrubber- a separator, the outlet of which in the liquid flow through the pump is connected through the liquid line to the gas and liquid mixing manifold, and the outlet in the gas flow is connected to a reversible screw expander-compressor, which is connected to the gas and liquid mixing manifold through the gas air cooler, while the reversible screw expander-compressor contains a housing with a screw pair placed in it, connected by an output shaft to a mechanical transmission, which is connected to a reversible electric generator-engine, and the pump and the gas air-cooling apparatus are installed with the possibility of their shutdown and directing the gas flow and liquid flow directly into gas-liquid mixing manifold .
RU2021136412A 2021-12-09 Method for increasing the efficiency of gas production and an installation for its implementation RU2788803C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2788803C1 true RU2788803C1 (en) 2023-01-24

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2098713C1 (en) * 1996-08-13 1997-12-10 Дмитрий Тимофеевич Аксенов Method for using energy of natural-gas source differential pressure, power-producing-and-cooling plant, and turboexpander in the form of power drive with bladed machine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2098713C1 (en) * 1996-08-13 1997-12-10 Дмитрий Тимофеевич Аксенов Method for using energy of natural-gas source differential pressure, power-producing-and-cooling plant, and turboexpander in the form of power drive with bladed machine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Зарницкий Г.Э. Теоретические основы использования энергии давления природного газа. - М.: Недра, 1968, с.201. Язик А.В. Турбодетандеры в системах подготовки природного газа. М.: Недра, 1977, с.25. Трубопроводный транспорт нефти и газа / Под ред. В.А. Юфина - М.: Недра, 1978, с.123 - 126. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2719413C2 (en) Systems with closed regenerative thermodynamic cycle of electric power generation and methods of their operation
AU2001296103B2 (en) Method for recovering the energy of gas expansion and a recovery device for carrying out said method
KR101947877B1 (en) Supercritical CO2 generation system for parallel recuperative type
WO2024104236A1 (en) Cryogenic cooling type boil-off gas reliquefaction system
RU2665752C1 (en) Installation for combined electrical and cold supply at gas distribution station
CN116557094A (en) Thermoelectric cooperative system integrating compressed air energy storage and operation method
CN117722819B (en) Novel liquefied air energy storage system of self-balancing type coupling LNG cold energy
RU2788803C1 (en) Method for increasing the efficiency of gas production and an installation for its implementation
CN111396291B (en) Compressed gas waste heat recovery power generation system
CN108331627A (en) A kind of method and system of single cycle twin-stage LNG cold energy generations and ice making
CN202928199U (en) A system capable of providing cold and heat stepwise by employing natural gas pressure energy
RU2795489C1 (en) Installation for improvement of gas production efficiency
CN111472848B (en) Heat supply steam driven liquid hydrogen preparation system based on energy cascade utilization
CN214997831U (en) Natural air pressure difference power generation and cold energy utilization system
CN214500908U (en) Multistage utilization and peak regulation system of natural gas pressure energy
CN212027887U (en) Heat supply steam drive liquid hydrogen preparation system based on energy cascade utilization
CN115111014A (en) Bearing air supply system of static pressure air bearing natural gas expansion generator and control method
CN110715504B (en) Residual pressure power generation liquefaction system of high-pressure natural gas
Islam et al. Energy Recovery Opportunity at Natural Gas Regulating Station by replacing Pressure Control Valve with Turbo Expander using Aspen HYSYS: A case study of WAH SMS (Sale Metering Station)
US20230193759A1 (en) Expander systems for harnessing energy from pressurized fluid flow
CN118110932A (en) Natural gas pressure regulating system and natural gas gathering and transportation station
CN109296458A (en) Pressure regulation power generation integrated system
CN103712062B (en) Method and device for pressurizing raw natural gas through natural gas pipeline network pressure energy
CN104791015A (en) Backheating type multistage coaxial expander
RU2247908C1 (en) Liquefied natural gas production method