содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОМПРЕССОРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ СБОРА И ТРАНСПОРТА ГАЗА

В современных условиях падения давления на большинстве месторожденний углеводного сырья (УВС) нынешняя компрессорноэнергетическая технология сбора газа не рациональна для использования низконапорного сепаратного и затрубного газа скважин вплоть до стадии выработанных обедненных месторождений УВС.

Особенности компрессорно-энергетической технологии в системе сбора и транспорта газа в период разработки месторождений УВС определяются в зависимости от технологии промысловой системы сбора и магистрального транспорта газа.

Различают следующие этапы технологий магистрального транспорта газа в отрасли: металлозатратная, энергозатратная и технология транспорта газа при модернизации центробежных нагнетателей (ЦН) с применением сменных проточных частей (СОТ).

1. Металлозатратная технология сопровождается развитием многониточной системы магистральных газопроводов с неполно-напорными газоперекачивающими агрегатами (ГПА), характеризующаяся бескомпрессорным способом сбора газа с промыслов.

Компрессорно-энергетическая технология основывалась на создании ГПА с ЦН с предельным соотношением давлений в процессе сжатия (со степенью сжатия) 1,23 с приводом от газотурбинных установок (ГТУ) до 86 %, а также до 14 % — от электродвигателей.

Центробежные компрессорные машины для дожимных компрессорных станций (ДКС) промыслов ООО "Газпром — добыча Оренбург'*, ООО "Газпром — добыча Ямбург", ООО "Газпром — добыча Надым", ООО "Газпром — добыча Уренгой" и других стали поставлять предприятия ОАО "Невский металлургический завод", ОАО "НПО "Искра", ОАО "Казанькомпрессормаш" и др.

Газотурбинная технология в магистральном транспорте газа для привода центробежных компрессоров и нагнетателей, а также для привода электрических генераторов зависит от самой технологии сбора и транспорта газа и является отраслью в нефтегазо-вом комплексе с наибольшим расходованием энергии. В связи с этим одна из основных задач совершенствования технологии магистрального транспорта газа заключается в разработке способов, связанных со снижением расхода энергии газотурбинного привода.

В отрасли ведутся работы по анализу режимов работы газотурбинных ГПА на КС с целью оптимизации загрузки ГПА. В соответствии с концепцией энергосбережения ОАО "Газпром" решаются задачи по энергосбережению и оптимизации технологических режимов транспортировки газа, по оценке аэродинамического совершенствования элементов газотурбинных ГПА, оптимизации распределения нагрузки между агрегатами цехов многоцеховых КС.

2. Дальнейшее развитие магистрального транспорта начиная с конца 90-х годов прошлого века характеризовалось преимущественно энергозатратной технологией с переходом на полнонапорные ГПА с предельным соотношением давлений в процессе сжатия в ЦН 1,44 и выше и переходом на компрессорный способ сбора газа на промыслах и развитием дожимных компрессорных станций (ДКС).

Известны способы сбора, подготовки и транспорта газа с промыслов углеводородного сырья в этот период эксплуатации месторождений У ВС, когда ДКС устанавливались перед установками комплексной подготовки нефти, газа, газового конденсата (УКПНГК).

Существовавший способ сбора и транспорта газа основан также на компрессорной технологии с применением центробежных нагнетателей (ЦН), центробежных компрессоров (ЦК), приводимых в движение в основном газотурбинными установками (ГТУ) (до 86%) и электродвигателями (до 14%).

3. Начавшееся значительное падение давления на месторождениях УВС после 1990-х годов вызвало необходимость модернизации ЦК с применением сменной проточной части (СПЧ) и повышением степени сжатия.

В процессе развития нефтегазовой отрасли в связи с падением давления в продуктивных пластах месторождений УВС до 2,0 МПа ДКС стали устанавливаться перед УКПНГК.

Для приспособления к условиям падения давления на месторождениях центробежные компрессоры модернизировались путем ус тановки СПЧ. СПЧ предназначены для проведения модернизации серийных ЦН, ЦК в связи с изменением режима работы ДКС на промыслах для работы по схеме полнорасходного, а также полнонапорного сжатия.

При этом продолжалось совершенствование характеристик СПЧ при модернизации ЦН для приспособления к условиям дальнейшего падения давления на месторождениях. Давление газа перед ДКС составляло 1,0 МПа и ниже.
 

Условия эксплуатации ЦН ГПА усложнялись в связи с необходимостью компримирования неочищенного, жирного газа, что отражалось на техническом состоянии и эффективности работы оборудования ДКС.

Дальнейшая эксплуатация ЦН ГПА при таких условиях стала неэффективной.

Недостатки в работе ЦН, ЦК

1. Опыт работы КС в системе сбора и транспорта газа в начальный период показал , что использование одноступенчатых ЦН приводит:

к большому числу ГПА, работающих параллельно и последовательно;

усложнению технологической схемы компримирования и управления на КС.

2. Для исключения недостатка по количеству установленных компрессоров требуется на ДКС устанавливать многоступенчатые (многодисковые) компрессоры с высокой степенью сжатия или применять непрерывно сменные проточные части для компрессоров, следуя падению давления УВС на промыслах, что усложняет конструкцию.

3. В ЦН и ЦК производительность и давление взаимосвязаны в силу принципа компримирования, по которому кинетическая энергия движения газа преобразуется в энергию давления.

Эта взаимосвязь давления нагнетания и производительности требует при эксплуатации соблюдения условия, чтобы частота вращения ротора, давления всасывания, нагнетания и расход газа сохранялись постоянными.

4. Поскольку условия работы промысловых ДКС связаны с переменным технологическим режимом системы пласт — скважины — газосборная сеть, изменение параметров газа на приеме ДКС, с одной стороны, приводит к неустойчивой работе центробежного компрессора (явления помпажа) и, с другой стороны, сопряжено с низким коэффициентом использования установленной мощности компрессорного оборудования.

5. В системе последовательно работающих центробежных компрессоров отклонение режима работы одного из нагнетателей от номинального отрицательно сказывается на работе предыдущих и последующих агрегатов.

В целях предотвращения попадания в зону помпажа осуществляется регулирование работы компрессора.

При многоступенчатом сжатии и разнотипных ГПА система противопомпажного регулирования представляет собой сложную проблему для ДКС, делая неэффективной работу оборудования.
 

6. Кроме того, надежная работа ЦК требует обеспечения тщательной очистки газа на всасывании, поскольку рабочие колеса с высокими окружными скоростями подвергаются интенсивному эрозионному износу.

На износостойкость напорных колес влияют повышенные выходные углы и увеличенные окружные скорости.

Остаточная запыленность газа после сепараторов допускается для центробежных компрессоров не более 1 мг/м3. Дисперсный, фракционный, массовый состав механических частиц с размерами до 20 мкм должен быть не более 10% и частиц размером более 30 мкм не более 6 %.

7. Опыт эксплуатации ДКС показал снижение коэффициента использования установленной мощности ДКС, оборудованной центробежными ГПА.

Так, при снижении давления на приеме с 2,0 до 0,4 МПа коэффициент использования установленной мощности ДКС снижается с 0,7 до 0,2.

Основными факторами, ограничивающими загрузку ЦК, являются предельные возможности ступени по напору и расходу при снижении давления на приеме КС.

8. При многоступенчатом сжатии первая ступень сжатия, от которой зависит производительность всей ДКС, находится в наиболее тяжелых условиях работы.

Поэтому компрессор первой ступени должен работать с достаточной глубиной регулирования по степени сжатия и производительности.

9. Существующие способы изменения характеристик центробежного компрессора (замена проточной части на более высоконапорную модификацию, установка сменных обойм, направляющих аппаратов) не дают необходимого улучшения рабочей характеристики с целью экономически эффективного применения их в условиях промысловых дожимных КС.

В период падения давления на месторождениях углеводородного сырья, что наблюдается на протяжении последних лет, существующий способ сбора УВС и транспорта газа для коммерциализации стал нерентабельным и практически во многих случаях уже нереализуемым.

В связи с этим предлагается разработка по совершенствованию компрессорно-энергетической технологии в условиях существующих уровней падения рабочего давления на промыслах, не превышающих 0,01-0,1 МПа. Предусматривается совершенствование компрессорной технологии на промыслах, разработка сбора, использования и утилизации низконапорного сепаратного газа и затрубного газа с к нажин вплоть до стадии выработанных, обедненных месторождений УВС.

Предлагаемая разработка позволяет повысить коэффициент загрузки применяемого оборудования, коэффициент углеводоро-доотдачи месторождений, используя затрубный и сепаратный газ, обеспечить равномерную предельную нагрузку на агрегаты.

Повысится ресурсосбережение, включая энергосбережение, улучшится экология промыслов.

Для повышения газоотдачи месторождений, повышения уровня добычи углеводородного сырья перед отраслью встает задача существенного уменьшения среднего пластового давления путем использования на промыслах более эффективных современных компрессорных агрегатов.

Современные компрессорные агрегаты должны удовлетворять следующим требованиям.

Требования к газоперекачивающим агрегатам для промысловых ДКС:

1) высокий КПД компрессора при широком изменении степени сжатия газа и его подачи;

2) большая степень сжатия газа в одной ступени агрегата для уменьшения числа машин, работающих последовательно или параллельно;

4) возможность регулирования подачи и степени сжатия газа в агрегате для полного использования мощности силового привода;

5) привод дожимного компрессора должен иметь небольшие массу на единицу мощности и габариты, допускать полную автоматизацию работы и дистанционное управление;

6) компрессорные агрегаты должны быть транспортабельными, размешаться в легких сооружениях сборного типа;

7) высокая надежность и большой ресурс работы основных элементов;

8) низкий уровень шума и вибраций;

9) высокий уровень заводской готовности и комплектности, блочность исполнения.

Требования к условиям компримирования и удельным показателям компрессорных машин:

1) надежность, быстроходность, достаточно большое одноступенчатое повышение давления (для сухого сжатия — 3 и выше);

2) отсутствие функциональной связи между числом оборотов компрессора и его степенью сжатия, равномерность подачи, полная уравновешенность роторов;

3) большой моторесурс, возможность компримирования загрязненных газов;
 

4) низкие эксплуатационные расходы в сочетании с эффективным силовым приводом (авиадвигатель) позволяют решить технико-экономическую задачу создания транспортабельных, блочно-комплектных ГПА для промысловых ДКС в условиях сравнительно низких давлений на приеме (0,1—1,0 МПа и ниже).

Анализ основных рабочих характеристик компрессорных машин свидетельствует о том, что плавная пропорциональная зависимость производительности и потребляемой мощности от частоты вращения роторов позволяет регулировать производительность компрессорных машин изменением частоты вращения выходного вала привода.

Пологость характеристик, КПД процесса и коэффициента подачи от степени повышения давления дает возможность работать достаточно экономично при постоянном расходе в широком диапазоне изменения степени повышения давления, которое может быть достигнуто изменением геометрической степени сжатия за счет конструктивных особенностей компрессорных машин.