Промысловая подготовка нефти на объектах ДНС включает процессы отделения газа, воды и механических загрязнений. Наличие этих примесей может вызывать коррозию, ускоренный износ оборудования, а также снижение качества нефти, предназначенной для транспортировки и переработки. Одним из важных факторов, влияющих на эффективность подготовки, является образование так называемого промежуточного слоя, в котором концентрируются стабилизированные эмульсии.

Ключевые слова: Южно-Приобское месторождение, ДНС, УПСВ, электродегидратор, УПОГ, подготовка нефти, модернизация.

На территории месторождения продолжает функционировать герметичная однотрубная система, предназначенная для сбора и подготовки скважинной продукции. Она включает в себя три дожимные насосные станции и обеспечивает полный технологический цикл от добычи до централизованного сбора. В рамках этого процесса осуществляется подготовка, транспортировка и учет нефти, сопутствующего газа и пластовой воды с момента выхода продукции из скважин и до поступления на центральный пункт сбора (ЦПС). Данная система обладает мощностью, соответствующей текущим объемам добычи, и имеет резерв для обеспечения бесперебойной работы при возможном увеличении объемов в будущем [1].

Дожимная насосная станция № 1 с установкой предварительного сброса воды (УПСВ), расположенная на Южно-Приобском месторождении, условно делится на две основные зоны — технологическую и вспомогательную. В первой сконцентрированы важные элементы производственного процесса: ступени сепарации первой, второй и третьей очередей, участки, предназначенные для отстаивания нефти, а также резервуарные блоки, где хранятся как нефть, так и пластовая вода. Здесь же расположены насосные установки, осуществляющие перекачку нефти и откачку воды, площадки с дренажными емкостями, системы контроля и управления, а также факельная установка. Во вторую зону входят объекты обеспечения и обслуживания, включая операторную. Между указанными зонами предусмотрена развитая сеть внутриплощадочных дорог и коммуникационных коридоров [2].

Проектная мощность ДНС-1 с УПСВ рассчитана на обработку до 27400 кубометров жидкости в сутки (10 млн м³ в год), до 8 290 тонн нефти в сутки (3 млн м³ в год) и до 4,1 млн м³ газа в сутки (1,5 млрд м³ в год). Согласно расчетам, в 2024 году на Южно-Приобском месторождении ожидается суточная добыча жидкости в объеме 29 000 м³ и нефти — около 8 700 тонн.

В качестве исходного сырья для ДНС-1 с УПСВ используется нефтяная эмульсия, поступающая с кустов скважин Южно-Приобского месторождения. Основными конечными продуктами переработки являются нефть с остаточным содержанием воды не более 5 %, а также пластовая вода, прошедшая подготовку и направляемая в систему поддержания пластового давления (ППД).

Газонасыщенная продукция, поступающая с эксплуатационных скважин под давлением на устье, по индивидуальным сборным коллекторам направляется к автоматизированным группам замера установки (АГЗУ). После прохождения этих установок она транспортируется далее по нефтесборным трубопроводам до объектов, где осуществляется первичная сепарация нефти. Нефтесборная инфраструктура Южно- Приобского месторождения представляет собой разветвленную трубопроводную систему, созданную из стальных труб диаметром от 114 до 530 мм и толщиной стенки не менее 6 мм. Начало строительства данной системы относится к 2001 году.

В ходе дальнейшей эксплуатации трубопроводы неоднократно модернизировались, что было обусловлено как необходимостью устранения коррозионных повреждений, так и требованиями программ, связанных с геолого-технологическими мероприятиями. На сегодняшний день совокупная длина всей нефтесборной сети составляет свыше 500 километров, при этом более 410 километров эксплуатируются уже более пяти лет.

Материалы и методы исследования.

Установка предварительного отбора газа (УПОГ) выполняет важную функцию в технологической схеме подготовки продукции скважин, обеспечивая предварительное отделение попутного газа из газожидкостной смеси и стабилизацию потока перед подачей на первую ступень сепарации. Размещаясь на участке перед трубными фазоделителями КДФТ и основной сепарационной установкой, УПОГ способствует снижению колебаний давления в потоке, что напрямую влияет на уменьшение вибрационной нагрузки на технологические трубопроводы. Такая стабилизация режима способствует более ровной и надежной работе сепарационных аппаратов, а также увеличивает эффективность функционирования всей системы подготовки нефти.

Дополнительным эффектом работы установки является предварительное расслоение фаз в потоке, благодаря которому достигается улучшенное разделение газа и нефти ещё до подачи на основные сепараторы. Это, в свою очередь, позволяет повысить степень очистки продукции и снизить нагрузку на последующие этапы обработки. Конструктивно УПОГ включает в себя несколько функциональных элементов: входной трубопровод, фильтрующий узел, регулирующие и аварийные клапаны, а также систему дренажа. Совместная работа этих компонентов обеспечивает надежное выполнение задач по снижению пульсаций, улучшению фазового разделения и поддержанию стабильности потока на входе в установку подготовки нефти [3].

В составе установки предварительного отбора газа важную функцию выполняет входной трубопровод, через который газожидкостная смесь поступает в рабочую зону устройства (рисунок 1). Его диаметр подбирается таким образом, чтобы обеспечить равномерную и бесперебойную подачу продукции в установку, предотвращая гидравлические удары и резкие перепады давления. Одновременно с этим в систему включен фильтрующий элемент, предназначенный для удаления твердых механических примесей — таких как песок, ржавчина, окалина или загрязнённые включения. Эти компоненты могут нанести повреждения рабочим поверхностям оборудования или снизить его эксплуатационные характеристики. Эффективная фильтрация позволяет поддерживать надлежащее состояние установки, обеспечивая её устойчивую работу и предотвращая преждевременные отказы и остановки, вызванные загрязнением. Таким образом, входной трубопровод и фильтр работают в связке, формируя начальный барьер, защищающий технологическую линию от негативного воздействия агрессивной среды [4].

Работа устройства предварительного отбора газа реализуется через последовательную обработку потока продукции, поступающей от скважин. На первом этапе газожидкостная смесь подается через входной трубопровод в рабочую камеру, где начинается процесс очистки. Встроенный фильтрующий элемент задерживает механические примеси, такие как песок, окалина и другие твердые включения, предотвращая их попадание в последующее оборудование. После этого поток проходит через регулирующие клапаны, которые обеспечивают необходимую степень пропускной способности и стабилизируют расход газа.

В случае возникновения нештатной ситуации подача автоматически блокируется срабатыванием системы аварийного отсечения, обеспечивающей безопасность дальнейшей эксплуатации. Дополнительно предусмотрена система дренажа, отвечающая за удаление влаги и конденсата, накопившихся в процессе транспортировки газа [5].

Рис. 1. Схема УПОГ

В целях увеличения долговечности конструкции внутренняя поверхность корпуса устройства покрывается антикоррозионным составом, который эффективно защищает металл от агрессивного воздействия среды. Благодаря такому подходу срок службы установки может достигать 20–25 лет без значительных потерь эксплуатационных характеристик.

Результаты исследования и их обсуждение.

Эффективность УПОГ подтверждается высоким уровнем очистки газа: до 99 % механических примесей устраняется до попадания потока в основные технологические блоки. Это значительно повышает безопасность системы и снижает риск отказов. Производительность дожимной насосной станции при работе с продукцией, содержащей до 75–85 % воды, отражена на рисунке 2, что наглядно демонстрирует устойчивость работы оборудования даже при высокой обводненности.

Рис. 2. Фактическая производительность ДНС за 2020 г. по 2023 г.

Количество газа, выделяющееся из каждой тонны нефти в аппарате, приведенное к нормальным условиям, может быть рассчитано по формуле:

G = Г _T R [ D ₁ (1 + R) — 1], (1)

где Г _Т — газонасыщенность пластовой нефти, м ³ /т, объем газа приведен к нормальным условиям; Г _Т = 92 м ³ /т.

R — объем газа приведен к нормальным условиям;

, (2)

где p _{S20 —} давление насыщения нефти при 20°С, МПа;

, (3)

, (4)

где — плотность дегазированной нефти при 20°С и атмосферном давлении, кг/м ³ ;

— относительная (по воздуху) плотность газа однократного разгазирования нефти.

Рассчитывают вспомогательные коэффициенты

,

,

Знаявспомогательные коэффициенты, находят количество газа, выделяющееся из каждой тонны нефти при условиях в газонефтяном сепараторе

G = Г _T R [ D ₁ (1 + R) — 1] = 92 (–0,68) [(–0,37) (1 –0,68) — 1] = 69,97 м ³ /т.

Так как нагрузка по нефтяной эмульсии составляет 29000 м ³ /сут. то соответствующая нагрузка по газу составит:

Q _Г = 250000*832*10 ^–3 *69,97 = 14 553 760 м ³ /сут.

На основании расчетных нагрузок по газу и жидкости для условий эксплуатации дожимной насосной станции № 1 Южно-Приобского месторождения целесообразно выбрать установку предварительного отбора газа модели УПОГ 700/16.

УПОГ обладает производительностью, полностью соответствующей требованиям: пропускная способность по жидкости, составляет до 30 000 м³ в сутки, а по газу — до 15 миллионов м³ в сутки. Рабочее давление установки — 2,5 МПа, что обеспечивает надежную работу в существующей трубопроводной системе без риска перегрузки оборудования. УПОГ 700/16 рассчитан на эксплуатацию в широком диапазоне температур окружающей среды — от минус 60 до плюс 50 °С, что делает его пригодным для применения в условиях сурового климата Западной Сибири. Такое решение позволяет обеспечить эффективное и стабильное предварительное разделение фаз перед подачей продукции в основные сепарационные блоки, а также соответствовать требованиям безопасности и производительности, предъявляемым к оборудованию данного класса [5].

Дополнительным преимуществом применения устройств предварительного отбора газа является их экологическая безопасность. Конструкция и принцип работы таких установок исключают выбросы вредных веществ в окружающую среду, что способствует соблюдению требований действующих нормативов в области промышленной и экологической безопасности. Это особенно актуально в условиях ужесточения требований к воздействию производственных объектов на окружающую среду и стремлении предприятий нефтегазовой отрасли минимизировать свой экологический след. Тем самым использование УПОГ не только повышает технологическую устойчивость системы, но и соответствует современным принципам ответственного природопользования [7].

Выводы

Для модернизации ДНС рекомендуется внедрение установки предварительного отбора газа, позволяющая стабилизировать поток за счёт частичного выделения газа на ранней стадии. Такое оборудование обеспечивает снижение скорости движения газожидкостной смеси и улучшение условий для её расслоения внутри аппарата. Газ, отделённый в верхней части УПОГ, уходит на утилизацию или переработку, в то время как нефть и вода поступают на дальнейшую сепарацию в более благоприятных условиях. Это улучшает работу сепараторов, способствует снижению износа оборудования и обеспечивает более равномерную загрузку всей системы.

Литература:

1. Ахметов, С. А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа. [Текст]: Учебное пособие / С. А. Ахметов, Т. П. Сериков, И. Р. Кузеев, М. И. Баязитов; под. ред. С. А. Ахметова. — СПб.: Недра, 2006. — 868 с.
2. Зарипов А. Г. Комплексная подготовка продукции нефтегазодобывающих скважин. Том 2 — М.: Издательство МГГУ, 1996. –226 с.
3. Каспарьянц, К. С. Процессы и аппараты для объектов промысловой подготовки нефти и газа / К. С. Каспарьянц, В. И. Кузин, Я. Г. Григорян. — М.: Недра, 1977. — 254 с.
4. Лутошкин Г. С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды: учебник для вузов / Г. С. Лутошкин. — М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. — 319с.
5. Петров А. А. Физико–химические основы процесса обезвоживания нефти и очистка сточных вод/ А. А. Петров, Г. Н. Позднышев. — Москва: Недра, 1971. — 197с.
6. Силин М. А., Магадова Л. А., Толстых Л. И., Давлетшина Л. Ф., Цыганков В. А. Промысловая химия: учебное пособие.–М.: Российский Государственный университет нефти и газа. (НИУ) имени И. М. Губкина, 2016. — 350 с.
7. Таранова, Л. В. Системный анализ процессов технологии и нефтигазопереработки [Текст] / Л. В. Таранова. — Тюмень: ТИУ, 2017. — 96 с.