Попутный нефтяной газ для выработки электроэнергии на месторождении

Р. М. Разетдинов; Ю. Р. Курамшин, к.т.н.; А. М. Тахауов – НГДУ «Ямашнефть»
С. В. Волков – ООО «Турбомашины»

В нефтегазодобывающем управлении «Ямашнефть» (ОАО «Татнефть») на протяжении последних лет ведутся работы по совершенствованию системы сбора, транспорта и подготовки нефти. Опытно-промышленной площадкой для испытания новых технологий является Архангельское месторождение.
Так, на 4 групповых замерных насосных установках (ГЗНУ) этого месторождения внедрены мультифазные винтовые насосы для совместной транспортировки нефти и попутного нефтяного газа. Это позволило осуществить сбор всего добываемого попутного газа в двух точках – ДНС-8 и ГЗНУ-4304.
Попутный нефтяной газ – это ценнейшее топливо и сырье для нефтехимии, но несмотря на это Россия занимает первое место в мире по объемам сжигания ПНГ. По данным Минприроды, из 55 млрд м3 ежегодно извлекаемого ПНГ в переработку направляется лишь 26 %, около 36 % газа (20 млрд м3) сжигается в факелах и 38 % используется компаниями-недропользователями для нужд промыслов либо списывается на технологические потери.
По экспертным оценкам, возможные потери  от такого нерационального использования топлива превышают $13 млрд. Только в некоторых российских нефтяных компаниях (например, ОАО «Татнефть») объем использования ПНГ приближается к требованиям Правительства, согласно которым он должен составлять к 2013 году 95 %. Между тем в других нефтедобывающих странах использование ПНГ достигает 95-98 %. Например, в США попутный газ используется для получения этилена и пропилена – в России для их производства используется прямогонный бензин.
В скором будущем в стране ожидается кратное повышение штрафных санкций за сжигание попутного нефтяного газа, и тогда остро встанет вопрос о его утилизации. Поскольку вопросы экологии являются одним из приоритетных направлений деятельности ОАО «Татнефть», сжигание ПНГ на факелах просто недопустимо.
Наличие сероводорода в природном и попутном нефтяном газе создает большие трудности при промышленной разработке месторождений нефти и газа. Это связано с высокой стоимостью большинства установок сероочистки и сопутствующего оборудования. Наличие в попутном газе даже относительно небольшого содержания сероводорода (H2S < 1 % об.) приводит к интенсивной коррозии оборудования, арматуры и трубопроводов. Это затрудняет использование ПНГ как для технологических нужд, так и в качестве бытового топливного газа. В результате возникает необходимость его очистки или применения специального оборудования.
Для решения этого вопроса в IV квартале 2008 года на ДНС-8 введена в эксплуатацию газопоршневая электростанция мощностью 200 кВт (АГП-200) российского производства. Она предназначена для работы на попутном газе без предварительной его очистки от сероводорода. При этом утилизируется 525 тыс. м3 газа в год, что составляет значительную часть от общего количества ПНГ, сжигавшегося на факелах данного месторождения. Схема утилизации ПНГ представлена на рис.
Выбор установки российского производства был обусловлен следующими факторами:

  • стоимость ниже зарубежных аналогов в 2-2,5 раза;
  • гарантированная заводом-изготовителем работа АГП на топливном газе с высоким содержанием сероводорода – до 4 % (состав газа на ДНС-8 приведен в табл.);
  • легкий запуск в условиях низких температур, простота эксплуатации;
  • короткий срок окупаемости;
  • дешевая электроэнергия (39 к./кВт.ч).

Станция АГП-200 размещена в утепленном контейнере габаритами 6х3х2,8 м, в котором предусмотрено автономное отопление от масляных радиаторов, система освещения, система глушения выхлопных газов. Для естественной вентиляции предусмотрены жалюзи на дверях и стенках контейнера. Вырабатываемая электрическая энергия через повышающий трансформатор 0,4/10 кВ поступает в сеть энергоснабжения объектов добычи нефти.
АГП-200 состоит из шести основных компонентов: рама, двигатель, генератор, радиатор, силовой щит, шкаф управления.
Газопоршневой двигатель ЯМЗ-7514 (производства Ярославского моторного завода) –
V-образный, 8-цилиндровый (фото). Он является аналогом дизельного двигателя, устанавливаемого на автомобили КРАЗ, МАЗ, К-700.
Циркуляция масла – принудительная; охлаждение двигателя производится по классической схеме в трех режимах: малый круг; большой круг; принудительно, с помощью вентилятора через радиатор. Топливная система – с внешним образованием газовоздушной смеси, с дальнейшим наддувом через турбокомпрессор в цилиндры. Поршневая группа имеет специальную расточку для оптимальной степени сжатия. Воспламенение производится от искры свечей зажигания, каждая свеча имеет индивидуальную катушку зажигания.
Генератор ГС-200 БП (производства ОАО «Электроагрегат», г. Курск) – переменного тока, предназначен для выработки электроэнергии мощностью 200 кВт. Выходное напряжение – 400 В.
Шкаф управления ЭДГ-200 ЯМ позволяет управлять генератором и контролировать напряжение, силу и частоту тока, мощность активную и реактивную, температурные режимы, управление «пуск-стоп», индикаторы аварийных остановок, наработку моточасов.
Система автоматического управления работой АГП-200 контролирует следующие параметры:

  • защита двигателя: контроль системы смазки (давление, температура, уровень), режима работы двигателя (частота вращения), системы охлаждения (температура, уровень),  системы подачи топлива (газа), температуры выхлопных газов;
  • защита генератора: токовая (короткое замыкание, перекос, обрыв), контроль нагрузки;
  • остановка при срабатывании пожарной сигнализации;
  • остановка при повышенной загазованности.

Кроме того, САУ не позволяет двигателю работать во внештатных режимах.
Основной проблемой при использовании неподготовленного попутного нефтяного газа в качестве топлива всегда было высокое (около 3 % масс.) содержание сероводорода. Это негативно сказывается на работе различных узлов станции и вызывает сильную коррозию. Однако присутствие сероводорода в ПНГ, подающемся на питание электростанции АГП-200, компенсируется заменой масла в картере двигателя через каждые 250 часов работы.
Подготовка попутного газа перед подачей в двигатель заключается в его фильтрации от механических включений и сепарации. На установке сепарации происходит отделение жидкостей, затем осуществляется осушка очищенного газа. Помимо газопоршневой установки попутный газ используется для нагрева нефти в печах ПНПТ-1,6.
К настоящему времени наработка станции составляет более 4 000 моточасов (более 200 суток). За этот период выработано более 200 тыс. кВт.ч электроэнергии на сумму около 310 тыс. рублей (при тарифе 1,5 р./кВт.ч.). При этом утилизировано 300 тыс. м3 попутного газа. Энергия, вырабатываемая электростанцией АГП-200, питает 19 добывающих скважин и насосные агрегаты перекачки нефти ДНС-8.
В текущем году в НГДУ «Ямашнефть» планируется ввести еще 4 газопоршневые установки – две из них мощностью по 350 кВт, две – по 200 кВт. Они позволят утилизировать до 1,75 млн м3 ПНГ и будут вырабатывать ежегодно 4,2 млн кВт.ч электроэнергии.
Таким образом, НГДУ, наряду с утилизацией попутного газа, обеспечивает себя сравнительно дешевой электроэнергией. Теплицы из поликарбоната, теплицы теплицы купить, теплицы цена А использование оборудования отечественного производства позволяет не только получить дополнительную экономию, но и является способом поддержки российской экономики в целом. Турбины и Дизели