Спосіб видобування і транспортування природного газу

Реферат: Спосіб видобування і транспортування природного газу включає розроблення родовищ під водою, розташованих в безпосередній близькості від установки основної платформи указаних родовищ, що мають індивідуальні виробничі потужності, які не виправдовують установку основної платформи, близько розташовану до будь-якого родовища, який включає щонайменше одну портативну систему плавучої конструкції, що закріплюється за допомогою фіксуючих засобів на морському дні поблизу виходів газу з морського дна, підняття потоків газу до зазначеної плавучої конструкції через перший передавальний засіб з подальшим передаванням вказаних потоків до установки основної платформи за допомогою другого передавального засобу, що проходить від указаної системи до установки основної платформи, виконання зняття системи та її перенесення на інші родовища для їх розробки при закінченні притока на попередньому родовищі. Отриманий газ з джерел вуглеводнів на морському дні після плавучої конструкції передають на основну платформу, де проводять його підготовку для використання і здійснення перетворення в інший вид енергії, який можливо транспортувати на великі відстані в морських умовах. UA 118046 U (12) UA 118046 U UA 118046 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу розробки нетрадиційних газових покладів під водою, зокрема природних газів, які просочуються з морського дна у вигляді "сипів", або газових гідратів, що утворені в морському середовищі шляхом застосування спеціальної технології та проведення транспортування і зберігання отриманої енергії. Також корисна модель може бути застосована при ліквідації аварійних витоків з газових свердловин і для уловлювання попутних газів на нафтових свердловинах замість їх спалювання, що дозволить не допустити втрату енергії попутних газів. Відомий спосіб добування і транспортування природного газу з газових і газогідратних морських родовищ "Квіти і бджоли" [1], в якому забезпечують зниження енергозатрат і суміщення технологій переробки природного газу в гідратний стан та утилізацію вуглекислого газу відходів промислових підприємств, добувають природний газ свердловинами періодично з одночасним його подаванням на пересувний засіб, на якому газ перетворюють в гідратний стан, переробку газу здійснюють в одній групі ємностей, одночасно в іншій групі ємностей розкладають гідрати вуглекислого газу відходів промислових підприємств, отриманий газ закачують на глибину моря, що забезпечує його захоронення в гідратному стані, при цьому переробку видобутого газу і розкладання гідратів вуглекислого газу здійснюють з використанням балансу тепла між ними, а добутий газ транспортують на пересувному засобі. Недоліком відомого способу добування і транспортування природного газу [1] є зниження продуктивності добування природного газу, оскільки його видобування проводять періодично, тобто не забезпечується неперервність процесу вилучення природного газу. Крім того, поєднання процесів добування і захоронення газів при їх одночасному виконанні може ускладнити технічно реалізацію такої технології. Також відомий спосіб добування газу у відкритому морі [2], який використовують для добування і транспортування газу з великих глибин у випадку, коли по трубопроводу важко підняти газ на поверхню. В способі як джерело газу використовують його донні фонтани над газовидільними ділянками дна. Для збирання газу використовують куполоподібний газозбирач, який установлюють на поверхні газовидільної ділянки морського дна, оскільки такі ділянки в більшості випадків розташовані на великих глибинах (до 200 м і більше), газ транспортують на поверхню моря з використанням газгольдерів, причому здебільшого (найкраще) перед транспортуванням газ необхідно зріджувати шляхом його дотискання, при цьому високий тиск (до 20МПа і більше) на глибинах, з яких добувають газ, полегшує задачу його зрідження, яке забезпечується його дотисканням. Транспортування газу на поверхню здійснюють за рахунок відділення газгольдерів від газозбірника та забезпечення їх наступного спливання. Також можливе транспортування зібраного газу на поверхню моря за допомогою трубопроводу. Подальше транспортування газу до споживачів може виконуватися базовим судном, у цьому випадку додатково застосовують буй-пліт як проміжний засіб. Недоліком відомого способу добування газу у відкритому морі є можливі втрати газу просочування з морського дна, по-перше, важко забезпечити велику площу збирання газу, тому що конструкції збиральника і газгольдера, як правило, матимуть габаритні обмеження. До того ж газгольдерний канал транспортування має обмежену швидкість, не зважаючи на зрідження газу. Найбільш близьким до корисної моделі за призначенням та технічною суттю є спосіб [3] для розробки вуглеводневих родовищ під шаром води, розташованих в безпосередній близькості від установки основної платформи указаного родовища, що мають індивідуальні виробничі потужності, які не виправдовують установку робочої платформи, близько розташовану до будьякого родовища, який включає в себе наступні етапи: складання з щонайменше одної портативної і тимчасової системи плавучої конструкції, що закріплюється за допомогою фіксуючих засобів на морському дні поблизу експлуатаційних свердловин, які сполучені з одним з родовищ, розташованим в безпосередній близькості від установки основної платформи; підняття багатокомпонентних потоків з вказаного родовища до зазначеної плавучої конструкції через перший передавальний засіб; - передавання потоків до установки основної платформи за допомогою насосних засобів, розташованих на зазначеній плавучій конструкції за допомогою другого передавального засобу, що проходить від системи до установки основної платформи, основна частина другого передавального засобу лежить на морському дні без розділення компонентів потоків; і зняття системи і її перенесення на інше родовище для його розробки при закінченні розробки попереднього родовища. В способі використовується щонайменше одна з найважливіших функцій управління для розробки покладу, шляхом контролю посилань фізично зануреної передачі, що проходить між основною платформою і плавучою конструкцією. 1 UA 118046 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В способі застосовується фізична лінія зв'язку, що забезпечує багатофункціональний зв'язок, і спосіб додатково включає етап передачі електроенергії і дистанційного керування сигналами між плавучою конструкцією і установкою основної платформи. В способі плавуча конструкція являє собою буй, причому вказаний спосіб додатково містить етап визначення місця розташування буя вище або біля родовища. В способі плавуча конструкція оснащена пористим елементом, що грає роль демпфера, щоб не допустити зайвого переміщення буя через морські брижі. В способі анкерні засоби типу провисання, що мають ланцюги або кабелі та відповідні якоря використовують для закріплення плавучої конструкції. В способі один або кілька насосів і зв'язані з ними привідні пристрої використовуються як засіб відкачування. В способі насосний засіб містить щонайменше один багатофазний насос, пов'язаний з накопичувальним баком, розробленим, щоб вирівняти відповідні швидкості потоку газу і рідкої фази в потоці. В способі передача вихідного потоку відбувається з плавучої конструкції до основної платформи на відстань, як правило, від 10 до 80 км. Спосіб додатково включає етап ін'єкцій сполук для запобігання утворенню гідратів або дисперсії гідратів в зазначеному потоці перед передачею до зазначеної основної платформи. В способі зазначена система включає в себе засоби, що дозволяють скобління, очищення, і/або вимірювальні пристрої, які будуть спрямовані на другій передачі засобів і вказаний спосіб додатково включає відправку вказаних вимірювань через вказаний другий передавальний засіб. До переваг цього патенту можна віднести застосування запобігання утворенню гідратів в потоках вуглеводнів або дисперсії гідратів, що дозволить уникнути аварійних ситуацій в процесі добування вуглеводнів, а також не допускання зменшення продуктивності добування корисних копалин в морських умовах. До недоліків прототипу можна віднести неповне охвачення малопотужних вуглеводневих родовищ, які існують в морських умовах, зокрема це газові сипи, що виділяються з морського дна, тобто існує немала втрата вуглеводневих енергоносіїв. До того ж в даному способі робиться акцент на традиційні методи транспортування енергії, які не зовсім добре підходять для морських умов у випадках при необхідності її передачі на великі відстані. В основу корисної моделі поставлена задача більш повного видобування енергоносіїв, які існують в морських умовах, у тому числі як традиційних, так і нетрадиційних, зокрема газових сипів, а також в способі вирішується задача досягати не тільки ефективного добування енергоносіїв, а й їх транспортування на великі відстані при мінімальних втратах. Технічний результат корисної моделі полягає в створенні високоефективних методів добування і транспортування енергоносіїв як на малі, так і на великі відстані в складних морських умовах. Крім того, в способі забезпечується зменшення непродуктивних втрат енергоносіїв, які пов'язані як з їх розсіюванням, непродуктивним спалюванням, так і розчиненням в морському водному середовищі. Поставлена задача вирішується тим, що в способі видобування і транспортування природного газу, який включає розроблення вуглеводневих родовищ під водою, розташованих в безпосередній близькості від установки основної платформи указаних родовищ, що мають індивідуальні виробничі потужності, які не виправдовують установку основної робочої платформи, близько розташовану до будь-якого родовища, який включає щонайменше одну портативну, тимчасову систему плавучої конструкції, що закріплюють за допомогою фіксуючих засобів на морському дні поблизу виходу газу з морського дна, підняття потоків до зазначеної плавучої конструкції через перший передавальний засіб, подальшого передавання потоків газу до установки основної платформи за допомогою другого передавального засобу, що проходить від указаної системи до установки основної платформи, виконання зняття системи та її перенесення на інше родовище для його розробки при закінченні притока на попередньому родовищі згідно з корисною моделлю отриманий газ з джерел газів на морському дні після плавучої конструкції передають на установку основної платформи, де проводять його підготовку для використання і здійснення перетворення в інший вид енергії, яку можливо транспортувати на великі відстані в морських умовах. В корисній моделі додатково на установці основної платформи підготовлений природний газ перетворюють в електричну енергію з допомогою щонайменше одної газової електростанції. Також в корисній моделі передачу електричної енергії споживачу виконують за допомогою підводної передачі, використовуючи силові високовольтні підводні кабелі. 2 UA 118046 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Крім того, в запропонованій корисній моделі передачу електричної енергії споживачу виконують на постійному струмі високої напруги. Порівняно з прототипом [3] корисна модель відрізняється тим, що: отриманий газ з джерел вуглеводнів на морському дні після плавучої конструкції передають на установку основної платформи, де проводять його підготовку для використання і здійснення перетворення в інший вид енергії, який можливо транспортувати на великі відстані в морських умовах; додатково на установці основної платформи підготовлений природний газ перетворюють в електричну енергію з допомогою щонайменше одної газової електростанції; передачу електричної енергії споживачу виконують з допомогою підводної передачі, використовуючи силові високовольтні підводні кабелі; передачу електричної енергії споживачу виконують на постійному струмі високої напруги. Кожна з цих ознак, які включені в формулу корисної моделі, є необхідна, а всі вони разом достатні для досягнення поставленої задачі корисної моделі. Запропонована корисна модель пояснюється кресленням, на якому відображено одне з можливих застосувань даного способу для оснащення розроблюваних родовищ вуглеводнів, що мають кілька виробничих допоміжних комплексів 1. Засоби фіксування 2 є переважно типу провисання. В них, наприклад, є гнучкі лінії або кабелі (троси) і анкери для зберігання кожного виробничого комплексу 1, закріпленого вище або поблизу джерела вуглеводнів, які діють на родовищі. Кожен виробничий комплекс 1 має плавучу конструкцію 3, наприклад буйковий засіб, для підтримки засобів збирання газу, що з'єднані з газовим джерелом, наприклад газозбірником за допомогою першого передавального засобу 4 у вигляді гнучкої труби для передавання потоку газу до плавучої конструкції 3 (буйкового засобу), що утворює перший передавальний канал 4 від джерела газу. Через другий передавальний засіб 5, що має, в тому числі, щонайменше одну трубу, і при необхідності засоби компресії для передачі вихідного потоку від плавучої конструкції 3 до основної платформи 6. При обробці дрібних родовищ використовується звичайне оброблення і робоче обладнання 7, яке установлене на основній платформі 6. Початкова робота згідно з способом включає множину джерел покладів і має, наприклад, наступні етапи: 1) за допомогою фіксуючих засобів 2, що включають засоби, які містять щонайменше один кабель або гнучку лінію і анкер, плавучу конструкцію З, таку як буй, закріплений вище або поблизу газового джерела; 2) газові витоки направлені до буя через перший передавальний засіб 4, гнучкі стояки (тиск, що існує в осаді, як правило, є достатній, щоб забезпечити потік вгору через стояки); 3) потоки, які зібрані плавучою конструкцією на родовищі передаються через другий передавальний засіб 5, у тому числі, наприклад, через трубу на основну платформу 6; 4) буй 3, може бути переміщений на інший поклад, потягнувши вертикально гнучку лінію 2, якщо розробка покладу вважається більше не буде економічною або, якщо, наприклад, робоча система раптом стане потрібна на іншому покладі. В способі важливу роль відіграє етап підготовки природного газу для використання. При виробництві електричної енергії існують визначені вимоги до вмісту сірководню, вуглекислого газу, меркаптанів, ртуті, води та інших домішок у природному газі перед введенням в газовий електрогенератор. З метою забезпечення даних вимог в технологічній лінії розміщують вхідні краплеуловлювачі, установки очищення газу від кислих домішок, осушення та очищення від ртуті. Неочищений газ може викликати експлуатаційні проблеми, зокрема такі як утворення льоду і газогідратів, корозії обладнання. Концентрація цих речовин повинна бути знижена до значень, які установлені в нормативних вимогах [4]. Тому технологічні схеми підготовки газу можуть сильно змінюватися від складу енергетичної сировини та екологічних вимог. В способі проводиться перед подачею на електрогенератори вхідна сепарація з допомогою сепараційних установок, які призначені до виконання таких функцій: приведення до однакового (технологічного) тиску від різних за потужністю родовищ; зменшення або виключення вмісту домішок і маркаптанів природного газу Н 2О, СО2, H2S, Hg, RSH (маркаптани-сірчані домішкові з'єднання, які вміщують вуглеводні). Осушення газу - це процес видалення водного пару із газу для боротьби з утворенням гідратів вуглеводневих газів і водяних пробок в трубопроводах. Осушення газу відбувається у два етапи: попередня: шляхом охолодження в установках низькотемпературної сепарації з використанням інгібіторів гідратоутворення і повна - в абсорбційних установках з використанням рідких і твердих поглиначів пару води - діетиленгліколь, селікагеля і ціоліта. Очищення природного газу дуже важливо, оскільки наявність в ньому сторонніх домішок і вологи вкрай 3 UA 118046 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 небажано, тому що може негативно позначитися як на процесах транспортування, так і експлуатації. При очищенні природного газу виконують вилучення небажаних компонентів, які ускладнюють процес його використання. Також цей процес потрібен для вилучення речовин, які можуть забруднювати навколишнє середовище. В першу чергу необхідно виділити діоксид вуглецю, сірководень і діоксид сірки. Природній газ повинен бути очищений до такої міри, щоб загальний вміст шкідливих домішок не перевищував допустимі діючі норми. Видалення небажаних компонентів може бути досягнуто одним з наступних методів: хімічної обробки; фізичної абсорбції; комбінації фізичного і хімічного методу; окисленням сірководневих з'єднань з виділенням сірки; використанням твердих адсорбентів, серед яких може бути оксид алюмінію, цеоліти і силікагель. При осушенні природного газу найпростіше газ просто розігріти, щоб не виникли проблеми з вологістю. Також воду можна виморозити, тобто застосувавши фізичний метод, але він не гарантує постійної відсутності вологості на об'єкті. Підготовлений газ піддають перетворенню в інший вид енергії, який можливо транспортувати на великі відстані в морських умовах. Таким видом енергії є електрична енергія, тому на установці основної платформи 6, підготовлений природній газ перетворюють в електричну енергію з допомогою, щонайменше, одної газової електростанції. В способі доцільно застосовувати класичні газотурбінні установки, що мають одиночну електричну потужність до декількох десятків мегават, при цьому ККД їх становить від 33 до 39 %. Не зважаючи, що ККД газотурбінних установок нижче, ніж у газопоршневих силових агрегатів, проте з газотурбінними установками значно спрощується задача отримання високої потужності електростанції. Крім того при реалізації всього теплового потенціалу газових турбін значимість високого ККД для споживачів стає менш актуальною. Співвідношення вироблюваної електричної енергії до теплової енергії у газотурбінних установках становить наближено 1:2. Використання газотурбінних установок як силове обладнання для потужних ТЕС і міні-ТЕЦ оправдане економічно, оскільки електростанції, що працюють на газовому паливі мають найбільш привабливу для споживача питому вартість будівництва і низькі затрати для наступної експлуатації. Ефективність використання газотурбінних установок забезпечується в широкому діапазоні електричних навантажень від мінімальних 1-3 % до максимальних 100 %. До того ж газотурбінні установки мають незначні вібрації і шуми в межах 65-75 дБ і можуть працювати без спеціальної звукової ізоляції для генераторного обладнання. Газотурбінні установки є високонадійні. В способі доцільно при генеруванні великої потужності енергії використовувати блочно-модульну (кластерну) генераторну систему. Для керування такою блочною системою електростанції використовують автоматизовану систему керування, яка дозволить скоротити обслуговуючий персонал і виконувати моніторинг роботи газотурбінних установок віддалено через різні телекомунікаційні канали. При цьому у випадку позаштатних ситуацій їх усувають завдяки застосуванню комплексних систем автоматичного захисту і пожежогасіння. В газотурбінних установках системи, що реалізовує спосіб використовують багатоступеневий компресор, який стискає атмосферне повітря та подає його під високим тиском в камеру горіння. В камеру горіння газотурбінних установок подається необхідна кількість газу. При зіткненні на високій швидкості паливо і повітря запалюються. Повітряногазова суміш згорає з виділенням великої кількості енергії, після цього енергія газоподібних продуктів горіння перетворюється в механічну роботу за рахунок обертання струменями розжареного газу лопаток турбіни. Деяка частина отриманої енергії витрачається на стискання повітря в компресорі, а друга частина енергії передається на електричний генератор газової установки. Енергія, яка споживається цим агрегатом є корисною, при цьому відпрацьовані гази направляються в утилізатор для отримання теплової енергії. При споживанні невеликої кількості електричної енергії споживачами доцільно використати для перетворення газу в електричну енергію газопоршневі електростанції, які мають високу надійність при їх експлуатації в різних кліматичних умовах. При цьому якість палива для роботи газопоршневих електростанцій має першорядне значення, тому вимагається ретельна підготовка газу. Застосування неправильно підготовленого палива приведе до більш раннього капітального ремонту електростанції та передчасної втрати нею працездатності. 4 UA 118046 U 5 10 15 20 25 Таким чином, газопоршневі електростанції - це електростанції, які із-за малої потужності, придатні забезпечувати тільки експлуатаційні потреби родовища та споживачів, що розташовані на невеликій відстані від нього. Отриману електричну енергію змінного струму на основній платформі для зменшення її втрат від скін-ефекту при передачі необхідно перетворити в електричну енергію постійного струму. В такому випадку передачу електричної енергії виконують з допомогою підводної передачі, використовуючи силові високовольтні підводні кабелі постійного струму. Отриману електричну енергію можливо використати для підключення до високовольтних ліній електропередачі на суші або застосувавши понижуючи підстанції проводити енергозабезпечення місцевих споживачів. Проблему збереження електричної енергії можливо вирішити шляхом використання гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). Найкраще для цього підходить Ташлицька ГАЕС, яка найближче розташована до північно-західної зони Чорного моря, де сконцентрована основна маса традиційних і нетрадиційних вуглеводневих джерел енергії в економічній зоні України. Також можливо передавати електричну енергію, яку отримали в морських умовах, споживачам на суходолі через високовольтні лінії електропередач (ЛЕП), проте в такому випадку її потрібно буде зразу ж витрачати без накопичення. Таким чином, запропонований спосіб має гарні засади для його реалізації в умовах Чорного моря. Джерела інформації: 1. Патент РФ RU2466266, МПК: Е21В43/01; E21D33/035; Е21В35/00; опубліковано 10.06.2012. 2. Патент РФ RU2078199, МПК: Е21В43/01; опубліковано 27.04.1997. 3. Патент США US5226482, МПК: Е21В43/01; Е21В43/017; опубліковано 13.07.1993 (прототип). 4. Правила разработки газовых и газоконденсатних месторождений. М., 1971. - 106 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 50 1. Спосіб видобування і транспортування природного газу, який включає розроблення родовищ під водою, розташованих в безпосередній близькості від установки основної платформи указаних родовищ, що мають індивідуальні виробничі потужності, які не виправдовують установку основної платформи, близько розташовану до будь-якого родовища, який включає щонайменше одну портативну систему плавучої конструкції, що закріплюється за допомогою фіксуючих засобів на морському дні поблизу виходів газу з морського дна, підняття потоків газу до зазначеної плавучої конструкції через перший передавальний засіб з подальшим передаванням вказаних потоків до установки основної платформи за допомогою другого передавального засобу, що проходить від указаної системи до установки основної платформи, виконання зняття системи та її перенесення на інші родовища для їх розробки при закінченні притока на попередньому родовищі, який відрізняється тим, що отриманий газ з джерел вуглеводнів на морському дні після плавучої конструкції передають на основну платформу, де проводять його підготовку для використання і здійснення перетворення в інший вид енергії, який можливо транспортувати на великі відстані в морських умовах. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на установці основної платформи підготовлений природний газ перетворюють в електричну енергію за допомогою щонайменше одної газової електростанції. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1, 2, який відрізняється тим, що передачу електричної енергії виконують за допомогою підводної передачі, використовуючи силові високовольтні підводні кабелі. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що передачу електричної енергії споживачу виконують на постійному струмі високої напруги. 5 UA 118046 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6