2 Технология добычи нефти и газа
2.1
Единая технология добычи нефти и газа Технологии добычи нефти и газа в основном делятся на четыре категории по принципу: метод конденсации, метод адсорбции, метод абсорбции и метод мембранного разделения. Каждая из этих технологий имеет свои преимущества и ограничения. Многочисленные ученые как внутри страны, так и за рубежом провели-углубленные исследования и анализ этих технологий с целью повышения эффективности добычи нефти и газа, снижения загрязнения окружающей среды и содействия устойчивому использованию энергии.
2.1.1
Метод конденсации
Конденсационный метод является широко используемой и высокоэффективной технологией добычи нефти и газа. В нем используется особенность, заключающаяся в том, что давление паров летучих компонентов в нефти и газе меняется в зависимости от температуры для достижения извлечения. При комнатной температуре основные летучие компоненты готового бензина-углеводороды C4–C8-имеют относительно высокое давление пара, что указывает на то, что они имеют тенденцию испаряться из жидкой фазы в газовую фазу и улетучиваться в атмосферу. При использовании метода конденсации, когда температура нефти и газа падает ниже 0°С, давление паров углеводородов снижается с понижением температуры. Уменьшение давления пара приводит к тому, что некоторые углеводороды превышают давление насыщенного пара при этой температуре, конденсируясь из газообразного состояния в жидкое, тем самым достигая разделения нефти и газа.
Конденсационный метод прост в эксплуатации, высокоэффективен и не вызывает вторичного загрязнения, что делает его пригодным для добычи нефти и газа с высокой-концентрацией [12]. Следовательно, он пригоден для использования в комплексных процессах с другими технологиями добычи нефти и газа, но стоимость оборудования и эксплуатационные расходы относительно высоки. Методы конденсации в основном делятся на механическую конденсацию и конденсацию жидкого азота. На эффективность добычи, энергопотребление системы и концентрацию нефти и газа после переработки методами конденсации влияют различные факторы, причем основные влияющие факторы включают температуру конденсации, давление конденсации, начальную концентрацию и процесс конденсации.
Многочисленные исследования показали, что температура конденсации нефти и газа является ключевым фактором, влияющим на степень нефтеотдачи. Для достижения более высокой эффективности восстановления часто требуются более низкие температуры конденсации, при этом для конденсации некоторых компонентов необходимо достичь -110°C [15]. Более низкие температуры конденсации подразумевают более высокий расход энергии на единицу холодопроизводительности. Текущие исследования в целом сходятся во мнении, что трехступенчатый процесс конденсации эффективно балансирует энергоэффективность и скорость восстановления. Различные ученые определили оптимальные комбинации температур конденсации посредством моделирования и экспериментов.
. Хуан Вэйцю и др. с помощью программного моделирования Aspen обнаружило, что использование трехэтапного процесса конденсации- с температурами 2, −30 и −80 °C позволяет достичь степени извлечения нефти и газа, превышающей 95 %, при наименьшем энергопотреблении системы; если температуры конденсации довести до 2, -30 и -120 °C, степень восстановления может достичь 99,62% без значительного увеличения энергопотребления. Эта комбинация параметров была принята большинством ученых в качестве эталонного дизайна. ШИ и др. спроектировал трехэтапный-этап
процесс конденсации с температурами конденсации 1, -40 и -110°C, обеспечивая степень восстановления 99,73%, 99,79%, 99,82% и 99,19% для четырех различных компонентов паров бензина соответственно. Когда температура конденсации находится в диапазоне от 20 до -110°C, общая охлаждающая нагрузка трехступенчатого процесса конденсации снижается на 12,23%, 15,68%, 13,96% и 15,65% по сравнению с одностадийным процессом.
Чжао Живэй и др. обнаружили, что установка температуры конденсации на уровне 4, –50 и –110°C приводит к наименьшему энергопотреблению и стабильной работе холодильной системы. Би Цзиньбин и др. смоделировал и проанализировал трехэтапный-процесс конденсационной добычи нефти и газа с использованием модели PR (уравнение реального состояния газа, известное как уравнение PR), балансируя эффективность добычи нефти и газа с общим энергопотреблением системы. Оптимальная температура предварительного охлаждения, а также температуры вторичной и третичной конденсации были определены как 5, -35 и -75 °C соответственно.
Умеренное увеличение давления конденсации помогает регулировать температуру конденсации, достигать экономии энергии и одновременно повышать темпы добычи нефти и газа, что также широко признано академическим сообществом. Лу Цземин и др. проанализировали влияние температуры и давления охлаждения на эффективность конденсации, используя модель уравнения фазового равновесия, и предложили многоэтапный процесс восстановления конденсации. Исследования показали, что концентрация выбросов нефти и газа предъявляет более строгие требования к температуре охлаждения, чем к темпам восстановления. При атмосферном давлении для соответствия стандартам требуется охлаждение до температуры ниже -100°C, а повышение давления до 0,5–0,7 МПа может повысить требуемую температуру охлаждения на 20°C. Ван Дань и др. использовала моделирование Aspen Plus и обнаружила, что повышение давления может эффективно повысить степень извлечения сырой нефти и газа и снизить концентрации на выходе. Учитывая высокое энергопотребление традиционных процессов восстановления конденсации, несколько ученых провели исследования по оптимизации процессов конденсации. Е Чао и др. использовали программное обеспечение HYSYS для создания упрощенного процесса моделирования, изучая влияние температуры и давления конденсации на характеристики конденсации. Исследование показало, что повышение давления оказывает более существенное влияние в диапазоне высоких-температур, чем в диапазонах низких-температур. За счет оптимизации процесса утилизации нефти и газа достигнута рекуперация остаточного тепла выхлопных газов, что привело к снижению общего энергопотребления на 9,73%, снижению холодопроизводительности на 8,11%, увеличению коэффициента охлаждения с 1,04 до 1,08. Чжан Шаньчжэ [25] использовал однофакторные эксперименты для определения ключевых параметров процесса, влияющих на потребление энергии и качество продукции. Благодаря моделированию и проверке на месте с использованием программного обеспечения ASPEN HYSYS общее энергопотребление было снижено с 1329 кВт до 1253–1255 кВт, что позволило добиться экономии энергии на уровне 5,57–5,72%. ЛИ и др. разработала новую систему улавливания ЛОС методом глубокой конденсации (ЛОС-DCR). Моделирование в устойчивом-состоянии показывает степень восстановления ЛОС 99,97 %, потребление энергии, контролируемое на уровне 35,67 кВт, и массовую концентрацию выбросов ЛОС 45,17 мг/Нм³. ШРАМ и др. разработала низкотемпературную установку рекуперации пара, состоящую из двухкамерной-коробки с внутренними перегородками, позволяющей поочередно подавать паро-воздушные смеси в разные части установки, что позволяет сократить выбросы нефти и газа более чем на 80 %, снизить воздействие на окружающую среду и одновременно повысить экономическую эффективность. ГАО и др. разработала новую низкотемпературную систему улавливания летучих органических соединений, которая объединяет технологию охлаждения с расширением турбины и технологию хранения холодной энергии. Для периодических выбросов нефти и газа с использованием программного обеспечения HYSYS был проведен анализ установившегося-состояния и динамического моделирования новой системы. Результаты показали, что общая массовая концентрация выбросов неметановых углеводородов после-очистки составила 57,54 мг/Нм³, а коэффициент комплексного извлечения нефти и газа достиг 99,99 %, что соответствует действующим стандартам выбросов.
Механическая конденсация ограничивается механизмом охлаждения, что приводит к повышению температуры охлаждения. Напротив, конденсация жидкого азота позволяет достичь температуры охлаждения до -120°C или даже -180 °C, что соответствует более строгим стандартам выбросов. По сравнению с механической конденсацией конденсация жидкого азота имеет такие преимущества, как быстрый запуск, более низкие-низкие температуры, более высокие скорости восстановления и более низкие затраты на техническое обслуживание оборудования. Сюй Хао в ходе своего исследования и анализа процесса и оборудования трехступенчатой системы улавливания летучих органических соединений с помощью конденсации жидкого азота обнаружил, что коэффициент экономической эффективности системы не имеет существенной зависимости от объема перерабатываемого газа, но тесно связан с объемной концентрацией и типом выхлопных газов. При увеличении объемной концентрации выхлопных газов с 3,8% до 19,0% коэффициент экономической выгоды увеличился с 0,38 до 0,59. Син Чуан Шэн отметил, что использование охлаждения жидким азотом может повысить эффективность добычи нефти и газа и снизить затраты на энергопотребление, при этом температура охлаждения достигает от -180°C до -160°C. Чен Сун и др. сравнили применение механического охлаждения и охлаждения жидким азотом для улавливания паров бензина. Механическое охлаждение охлаждает пар от 30°C до -75°C, потребляя меньше энергии, чем охлаждение жидким азотом, но для соответствия стандартам выбросов требуются дополнительные очистные сооружения. Охлаждение жидким азотом может напрямую охлаждать температуру пара до -120°C, что соответствует стандартам выбросов. Комбинированный процесс конденсации механического охлаждения и охлаждения жидким азотом повышает эффективность рекуперации, одновременно увеличивая экономическую выгоду более чем на 10% по сравнению с охлаждением только жидким азотом.
