005363 Настоящее изобретение относится к добыче нефти из природного нефтяного коллектора... ной скважины.

005363
Настоящее изобретение относится к добыче нефти из природного нефтяного коллектора или нефтяной скважины.
В контексте данного описания, установка для преобразования газа в жидкость - это установка, которая преобразует поток кислорода и поток природного газа главным образом в углеводородные продукты и воду и обеспечивает нагрев за счет побочных продуктов.
Сырую нефть добывают из подземных нефтеносных коллекторов, обеспечивая давление внутри
ствола скважины, которое естественно имеется и в коллекторе, вытеснение жидкости на поверхность
через скважины, пробуренные в коллектор. Вместе с тем, когда этого давления недостаточно, чтобы вытеснить нефть на поверхность, пользуются усовершенствованными приемами добычи нефти для интенсификации или поддержания нефтедобычи. Наиболее простым из этих приемов является закачивание
воды в коллектор посредством нагнетательной системы, чтобы поддержать или увеличить давление в
нефтяном месторождении. В некоторых случаях, нагнетание воды не является наиболее эффективным
приемом интенсификации добычи, и упомянутое давление предпочтительно поддерживают путем использования газа под повышенным давлением.
Для интенсифицированной добычи нефти широко применяется природный газ. Примерами крупных нефтяных месторождений, на которых используют нагнетание природного газа, являются Фатех в
Дубае, Фахуд в Омане, Экофиск у берегов Норвегии, Хасси Мессауд в Алжире, а также Хаукинс и Яте в
США. Природным газом, применяемым на этих нефтяных месторождениях, является либо природный
газ, который получают из соответствующего газа, добываемого вместе с нефтью, либо это природный газ
с месторождения природного газа, которое находится на приемлемом расстоянии от нефтяного месторождения. В большинстве случаев требуется энергия для сжатия природного газа перед нагнетанием его в
подземное нефтяное месторождение с целью интенсификации добычи нефти.
Другими газами, примененными для интенсификации добычи нефти, являются азот и диоксид углерода. В наибольшем объеме нагнетание азота используется на нефтяном месторождении Кантарелл у
берегов Мексики.
Основной проблемой, связанной с интенсифицированной добычей нефти с использованием либо
природного газа, либо азота или диоксида углерода, является нахождение экономичного источника газа
достаточного объема. Современные источники газа включают топочный газ электростанций, топочный
газ цементных заводов и предприятий по добыче известняка, побочный газообразный продукт заводов по
производству удобрений и химических веществ, например, заводов по производству аммиака, естественно существующие залежи газа, и т.п.
В агрегатах для преобразования газа в жидкость используются большие количества природного газа
и большие количества кислорода. Кислород получают на воздухоразделительных агрегатах, которые вырабатывают как кислород, так и азот. Азот не нужен для процесса газа в жидкость и обычно идет в отходы. Поэтому агрегат для преобразования газа в жидкость обычно вырабатывает большие количества отходящего азота. Агрегаты для преобразования газа в жидкость также вырабатывают большие количества
избыточного тепла или энергии, которая не находит сбыт в отдаленных районах и поэтому не имеет
коммерческого значения. С другой стороны, когда для интенсификации добычи нефти используют азот,
этот азот обычно вырабатывают в крупногабаритных криогенных воздухоразделительных агрегатах, которые также вырабатывают кислород. Такие агрегаты тоже потребляют большие количества энергии.
В изобретении предложен способ, посредством которого технология преобразования газа в жидкость, применяемая для преобразования газа в жидкие топлива, распространяется на дополнение использования природного газа при интенсифицированной добыче сырой нефти. В изобретении предложен
способ, посредством которого, по меньшей мере, некоторую часть природного газа, используемого при
интенсифицированной добыче нефти, отводят для производства топлив путем преобразования газа в
жидкость, а вместо отведенного природного газа используется азот. Изобретение также предусматривает
использование избыточной энергии (помимо той, которая необходима для работы воздухоразделительного агрегата), вырабатываемой в процессе преобразования газа в жидкое топливо, которая в противном
случае терялась бы в отдаленном районе, для сжатия азота для интенсифицированной добычи нефти.
Природный газ может поступать либо из отдельного источника или из природного нефтяного коллектора, добычу из которого нужно интенсифицировать. Если источником природного газа является
природный нефтяной коллектор, добычу из которого нужно интенсифицировать, то может понадобиться
отделение азота от природного газа перед подачей его в установку для преобразования газа в жидкость.
Этот азот можно использовать или выпускать в атмосферу.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предложен способ добычи нефти из
природного нефтяного коллектора, включающий следующие операции:
разделение воздуха для формирования потока, богатого кислородом, и потока, богатого азотом;
формирование потока природного газа и подача, по меньшей мере, части потока, богатого кислородом, и потока природного газа в установку для преобразования газа в жидкость для выработки углеводородных продуктов и тепла;
-1-
005363
использование тепла, выработанного в установке для преобразования газа в жидкость, для выработки энергии, предназначенной для повышения давления азота в потоке, богатом азотом, для формирования потока, богатого азотом, находящимся под повышенным давлением;
пропускание потока, богатого азотом, находящегося под повышенным давлением, в природный
нефтяной коллектор для интенсификации добычи нефти из этого коллектора.
Упомянутая энергия будет в типичном случае электрической энергией. Вместо этого, она может
быть в виде водяного пара высокого давления.
Воздух можно разделять, формируя поток, богатый кислородом, содержащий примерно 0-25% азота, и поток, богатый азотом, содержащий примерно 0-5% кислорода. В предпочтительном варианте, будет обеспечено разделение воздуха для формирования потока, богатого кислородом, содержащего примерно 0,5% азота, и потока, богатого азотом, содержащего менее чем примерно 10 частей кислорода на
миллион частей азота, для нагнетания давления в нефтяном коллекторе.
Природный газ может быть получен из отдельного источника, такого как месторождение природного газа или газопровод. Вместо или помимо этого, природный газ может быть получен из того же коллектора природного газа, добычу нефти из которого нужно интенсифицировать. Если источником природного газа является природный нефтяной коллектор, азот можно отделять от природного газа перед
подачей природного газа в установку для преобразования газа в жидкость. Отделенный азот можно использовать или выпускать в атмосферу.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения, предложен способ модификации интенсифицированного процесса добычи нефти того типа, при котором природный газ подают в природный нефтяной
коллектор для интенсификации добычи нефти, содержащий следующие операции:
отведение, по меньшей мере, части природного газа в установку для преобразования газа в жидкость, подсоединенную к воздухоразделительному агрегату, формирующему поток, богатый кислородом, и поток, богатый азотом;
подача потока, богатого азотом, в установку для преобразования газа в жидкость;
пропускание или нагнетание, по меньшей мере, части потока, богатого азотом, в природный нефтяной коллектор вместо отведенного природного газа.
Этот способ может предусматривать использование, по меньшей мере, части тепла, выработанного
в установке для преобразования газа в жидкость, чтобы выработать энергию для повышения давления
потока, богатого азотом.
Этот способ имеет преимущество, заключающееся в том, что, хотя часть природного газа отводят,
объем азота, вырабатываемого воздухоразделительным агрегатом, больше, чем объем отведенного природного газа, так что для интенсифицированной добычи нефти имеется больший объем газа. Это приводит к поддержанию или увеличению добычи нефти из коллектора.
В соответствии еще c одним аспектом изобретения предложен способ модификации установки для
интенсифицированной добычи нефти, при которой природный газ подают в природный нефтяной коллектор и используют, по меньшей мере, одну трубу для подачи природного газа, предназначенную для
подачи природного газа в коллектор, содержащий следующие операции:
обеспечение установки для преобразования газа в жидкость и воздухоразделительный агрегат, выполненный с возможностью формирования потока, богатого кислородом, и потока, богатого азотом, и
имеющего отверстие для выпуска кислорода и отверстие для выпуска азота, и подсоединении отверстия
для выпуска кислорода к установке для преобразования газа в жидкость, так что обеспечивается возможность подачи кислорода в установку для преобразования газа в жидкость;
соединение трубы для подачи природного газа к установке для преобразования газа в жидкость с
газонапорной трубой, так что, по меньшей мере, часть природного газа можно отвести в установку для
преобразования газа в жидкость;
обеспечение установки для повышения давления азота и подсоединение ее к отверстию для выпуска азота из воздухоразделительного агрегата, так что азот может протекать в установку для повышения
давления, в которой его давление увеличивается;
обеспечение напорной трубы, проходящей от установки для повышения давления к природному
нефтяному коллектору, так что азот, находящийся под повышенным давлением, может течь в этот нефтяной коллектор.
Этот способ может предусматривать обеспечение преобразователя энергии и подсоединение его к
установке для повышения давления азота и установке для преобразования газа в жидкость, так что обеспечивается возможность преобразования тепла, вырабатываемого в установке для преобразования газа в
жидкость, в энергию, необходимую установке для повышения давления.
Преобразователь энергии может быть котлом, работающим на отходящем тепле. Этот котел будет
формировать водяной пар высокого давления, который можно будет использовать для привода паровой
турбины, подключенной к генератору электрической энергии или к воздушным компрессорам в воздухоразделительном агрегате.
Установка для интенсифицированной добычи нефти может содержать установку для повышения
давления природного газа, а способ может предусматривать использование установки для повышения
-2-
005363
давления природного газа с целью повышения давления азота. Таким образом, способ может предусматривать предварительную модификацию установки для повышения давления природного газа.
В соответствии еще c одним аспектом изобретения предложен способ модификации установки для
интенсифицированной добычи нефти, при которой природный газ подают в природный нефтяной коллектор и используют по меньшей мере одну трубу для подачи природного газа, и установку для повышения давления природного газа, предназначенные для подачи природного газа в коллектор, причем способ
содержит следующие операции:
обеспечение установки для преобразования газа в жидкость и воздухоразделительный агрегат, выполненный с возможностью формирования потока, богатого кислородом, и потока, богатого азотом, и
имеющего отверстие для выпуска кислорода и отверстие для выпуска азота, и подсоединение отверстия
для выпуска кислорода к установке для преобразования газа в жидкость, так что обеспечивается возможность подачи кислорода в установку для преобразования газа в жидкость;
соединение трубы для подачи природного газа к установке для преобразования газа в жидкость с
газонапорной трубой, так что по меньшей мере часть природного газа можно отвести в установку для
преобразования газа в жидкость;
подсоединение установки для повышения давления природного газа к отверстию для выпуска азота
из воздухоразделительного агрегата, так что азот может протекать в установку для повышения давления,
в которой его давление увеличивается;
обеспечение напорной трубы, проходящей от установки для повышения давления к природному
нефтяному коллектору, так что азот, находящийся под повышенным давлением, может течь в этот нефтяной коллектор.
Установка для повышения давления природного газа может содержать компрессоры для природного газа, а способ может предусматривать модификацию компрессоров для природного газа с целью обслуживания потребностей в азоте.
Способ может предусматривать обеспечение преобразователя энергии и подсоединение его к установке для повышения давления природного газа и установке для преобразования газа в жидкость, так что
обеспечивается возможность преобразования тепла, вырабатываемого в установке для преобразования
газа в жидкость, в энергию, необходимую установке для повышения давления.
Преобразователь энергии может быть котлом, работающим на отходящем тепле. Этот котел будет
производить водяной пар высокого давления, который можно будет использовать для привода паровой
турбины, подключенной к генератору электрической энергии или к воздушным компрессорам в воздухоразделительном агрегате.
В соответствии еще c одним аспектом изобретения в способе добычи нефти из природного нефтяного коллектора, при котором азот под повышенным давлением закачивают в природный нефтяной коллектор для интенсификации добычи нефти из этого коллектора, и азот вырабатывают в воздухоразделительном агрегате, который формирует поток отходящего кислорода, имеющий чистоту 70-100%, и поток
азота высокой чистоты, предусматривается усовершенствование, заключающееся в том, что формируют
поток природного газа и подают этот поток природного газа вместе с потоком отходящего кислорода в
установку для преобразования газа в жидкость для выработки углеводородных продуктов и тепла и используют, по меньшей мере, часть тепла, выработанного в установке для преобразования газа в жидкость, для выработки энергии с целью повышения давления потока азота.
Поток природного газа можно получать из коллектора. Поток кислорода может иметь чистоту 90100%.
В соответствии еще c одним аспектом изобретения предложена установка для выработки продуктов
преобразования газа в жидкость и интенсифицированной добычи нефти из природного нефтяного коллектора, содержащая установку для повышения давления, предназначенную для подъема давления азота
для интенсифицированной добычи нефти, воздухоразделительный агрегат, выполненный с возможностью выработки азота, имеющего содержание кислорода менее 10 частей кислорода на миллион частей
азота, агрегат для преобразования газа в жидкость, напорные трубы, расположенные с возможностью
подачи природного газа в агрегат для преобразования газа в жидкость и азота из воздухоразделительного
агрегата в установку для повышения давления, и преобразователь отходящего тепла, скомпонованный с
возможностью преобразования отходящего тепла, выработанного в агрегате для преобразования газа в
жидкость, в энергию, выполненный с возможностью оперативного подсоединения к установке для повышения давления, чтобы вырабатывать энергию для привода установки для повышения давления.
Средство преобразования отходящего тепла в типичном случае содержит котел, работающий на отходящем тепле, который вырабатывает водяной пар высокого давления, приводящий в действие паровую
турбину, подключенную к генератору электрической энергии или к воздушным компрессорам в воздухоразделительном агрегате.
В соответствии еще c одним аспектом настоящего изобретения предложена модифицированная установка для выработки продуктов преобразования газа в жидкость и интенсифицированной добычи нефти из природного нефтяного коллектора, содержащая установку для повышения давления, воздухоразделительный агрегат, выполненный с возможностью выработки азота, имеющего содержание кислорода
-3-
005363
менее 10 частей кислорода на миллион частей азота, агрегат для преобразования газа в жидкость, напорные трубы и управляющие клапаны, расположенные с возможностью отвода по меньшей мере части
природного газа из средства, обслуживающего интенсифицированную добычу нефти с использованием
природного газа, в агрегат для преобразования газа в жидкость и азота из воздухоразделительного агрегата в установку для повышения давления, и преобразователь отходящего тепла, скомпонованный с возможностью преобразования отходящего тепла, выработанного в агрегате для преобразования газа в жидкость, в энергию, оперативно подсоединенный к установке для повышения давления, чтобы вырабатывать энергию для привода этой установки для повышения давления.
Средство преобразования отходящего тепла в типичном случае содержит котел, работающий на отходящем тепле, который вырабатывает водяной пар высокого давления, приводящий в действие паровую
турбину, подключенную к генератору электрической энергии или к воздушному компрессору в воздухоразделительном агрегате.
Следовательно, такая установка может быть модификацией уже существующей установки, в которой природный газ используется для интенсифицированной добычи нефти. По меньшей мере часть этого
природного газа можно отвести в установку для преобразования газа в жидкость, а получаемый азот
можно использовать для интенсифицированной добычи нефти.
В соответствии еще c одним аспектом изобретения способ, при котором используют природный газ,
находящийся под повышенным давлением, для интенсифицированной добычи нефти, предусматривается
замена по меньшей мере некоторой части природного газа азотом, так что объем азота при этом в 1,5-2
раза больше объема заменяемого природного газа, содержит следующие операции:
отведение по меньшей мере части природного газа в установку для преобразования газа в жидкость,
которая подсоединена к воздухоразделительному агрегату, формирующему поток, богатый кислородом,
и поток, богатый азотом;
подача потока, богатого кислородом, в установку для преобразования газа в жидкость;
пропускание по меньшей мере части потока, богатого азотом, в нефтяной коллектор для замены отведенного природного газа.
В соответствии еще c одним аспектом изобретения способ, при котором природный газ, находящийся под повышенным давлением, пропускают в природный нефтяной коллектор для интенсифицированной добычи нефти, и предусматривают уменьшение объема природного газа, необходимого для интенсифицированной добычи нефти, на величину, находящуюся в диапазоне от примерно 20 до 60%, содержит следующие операции:
отведение по меньшей мере части природного газа в установку для преобразования газа в жидкость,
подсоединенную к воздухоразделительному агрегату, формирующему поток, богатый кислородом, и
поток, богатый азотом;
пропускание по меньшей мере части потока, богатого азотом, в природный нефтяной коллектор для
замены отведенного природного газа.
Таким образом, в изобретении предложен способ интенсифицированной добычи сырой нефти из
подземных нефтяных коллекторов, а более конкретно, изобретение относится к использованию технологии преобразования газа в жидкие топлива для улучшения использования природного газа при интенсифицированной добыче сырой нефти. В изобретении описан способ, посредством которого природный
газ, предназначенный для интенсифицированной добычи нефти, отводят для выработки жидкого топлива, причем для выработки относительно чистого азота для использования при интенсифицированной добыче нефти применяется агрегат для преобразования газа в жидкость. В изобретении также предложен
способ использования избыточной энергии, которая вырабатывается в процессе преобразования газа в
жидкое топливо и которая, в противном случае, терялась бы в отдаленном районе, для сжатия азота при
интенсифицированной добыче нефти и при эксплуатации воздухоразделительного агрегата. Таким образом, изобретение синергически связывает процесс преобразования газа в жидкость и процесс интенсифицированной добычи нефти.
Потребление кислорода агрегатом для преобразования газа в жидкое топливо с использованием
природного газа хорошо известно специалистам в данной области техники. Кислород используют в качестве окислителя в мембранном реформинг-процессе для повышения температуры смеси природного газа
и водяного пара для выработки синтетического газа. Этот синтетический газ используют для производства синтетических углеводородных жидкостей и парафинов в процессе реакции Фишера-Тропша (синтеза углеводородов с неподвижным Со-катализатором) того типа, который описан в патенте США №
5520890. Синтетические продукты преобразуются в жидкие автомобильные топлива в ходе последующего гидрокрекинг-процесса. Выделение кислорода, необходимого для процесса преобразования газа в
жидкость, из воздуха дает азот в качестве побочного продукта. Объем вырабатываемого азота примерно
в 2,34 раза превышает объем используемого природного газа. Следовательно, отвод природного газа в
агрегат для преобразования газа в жидкость и использование водорода, выработанного в процессе разделения воздуха, эффективно увеличивает объем газа, имеющегося для интенсифицированной добычи
нефти, и в то же время способствует выработке дополнительной энергии для сжатия азота.
-4-
005363
Следовательно, за счет подачи природного газа в агрегат для преобразования газа в жидкость и за
счет использования отходящего азота для интенсифицированной добычи нефти, либо общее потребление
природного газа для интенсифицированной добычи нефти будет уменьшаться приблизительно на 43% по
сравнению с ранее существовавшим уровнем, либо количество газа, имеющегося для интенсифицированной добычи нефти, будет увеличено приблизительно на 234%. За счет продажи этого объема азота и
природного газа, чистый эффект станет таким, что затраты на исходные материалы - природный газ - при
эксплуатации агрегата для преобразования газа в жидкость станут отрицательными. Экономические параметры обычных автономных агрегатов для преобразования газа в жидкость в общем случае препятствовали приданию значения получению дополнительного объема природного газа даже тогда, когда затраты на исходные материалы в виде природного газа снизились в отдаленных районах до уровня, на
котором производственные затраты составили 0,50 доллара США на гигаджоуль (или миллион Британских тепловых единиц). Отрицательные затраты на исходные материалы (природный газ) при эксплуатации агрегата для преобразования газа в жидкость значительно повысят экономическую жизнеспособность технологии преобразования газа в жидкость и одновременно поддержат интенсифицированную
добычу нефти.
Ниже, в качестве примера, приводится описание изобретения со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи, на которых изображено следующее:
фиг. 1 представляет схему способа интенсифицированной добычи нефти с использованием природного газа;
фиг. 2 представляет схему способа интенсифицированной добычи нефти с использованием азота;
фиг. 3 представляет схему способа преобразования газа в жидкость;
фиг. 4 представляет схему способа согласно изобретению.
На фиг. 1 изображена схема способа интенсифицированной добычи нефти с использованием сжатого природного газа. На схеме показана напорная труба 12 природного газа, электростанция 14, компрессор 16 и нефтяное месторождение 18. Электростанция 14 поставляет энергию в компрессор 16, что условно показано стрелкой 20, а природный газ подается в компрессор 16 по напорной трубе 12. Сжатый
природный газ потом закачивается по напорной трубе 22 из компрессора 16 в нефтяное месторождение
18, что показано стрелкой 24.
Природный газ сжимается до достижения абсолютного давления 105 бар (абсолютного давления
1525 фунтов-сил на квадратный дюйм (фн-с/кв.д)) в компрессоре 16 перед тем, как этот газ закачивают в
нефтяное месторождение 18. Электростанция 15 представляет собой электростанцию, работающую на
газе, которая использует 37,8 млн ст.куб.м/сут (1336 млн ст.куб.фт/сут) природного газа и потребляет 394
МВт (526000 л.с.) электрической мощности для привода компрессора 16.
На протяжении пятнадцатилетнего срока службы проектируемого объекта, его эксплуатация, судя
по оценкам, даст сжатый природный газ стоимостью приблизительно 70 долларов США за 1000 кубических метров (2 доллара США за млн ст.куб.фт), что в общей сложности составит приблизительно 13
миллиардов долларов США. Возможным источником природного газа может быть нефтяное месторождение 18 - сразу же после завершения интенсивной добычи нефти. Эту выгоду можно использовать для
уменьшения совокупных издержек.
На фиг. 2 изображена схема способа интенсифицированной добычи нефти с использованием сжатого водорода, а для обозначения одинаковых или аналогичных операций способов, показанных на фиг. 2 и
1, используются одинаковые позиции.
Способ, изображенный на фиг. 2, отличается от способа, изображенного на фиг. 1, тем, что в способе интенсифицированной добычи нефти используется сжатый азот, а не сжатый природный газ. Способ,
изображенный на фиг. 2, также отличается от способа, изображенного на фиг. 1, тем, что напорная труба
12 природного газа подает природный газ на электростанцию 14 для выработки энергии для компрессора
16, а труба 30 подачи воздуха подает воздух в воздухоразделительный агрегат 32, который вырабатывает
азот, подаваемый по трубе 34 подачи в компрессор 16. Азот сжимают до абсолютного давления 105 бар
(абсолютного давления 1525 фн-с/кв.д). Поток 40 отходящего кислорода выпускают в атмосферу.
Энергию для воздухоразделительного агрегата 32 также вырабатывает электростанция 14, что условно показано стрелкой 26. Объем требуемого азота составляет 34 миллиона стандартных кубических
метров в сутки (1200 млн ст.куб.фт/сут), а для привода компрессора 16 и воздухоразделительного агрегата 32 требуется 343 МВт (500500 л.с.) электрической мощности.
На протяжении пятнадцатилетнего срока службы проектируемого объекта, его эксплуатация, судя
по оценкам, даст сжатый азот стоимостью приблизительно 18 долларов США за 1000 кубических метров
(0,5 доллара США за млн ст.куб.фт), что в общей сложности составит приблизительно 3 миллиарда долларов США.
На фиг. 3 изображена обычная установка для преобразования газа в жидкость. И опять, для обозначения одинаковых или аналогичных операций способов, показанных на фиг. 1, 2 и 3, используются одинаковые позиции.
В способе преобразования газа в жидкость, изображенном на фиг. 3, кислород подают из воздухоразделительного агрегата 32 по трубе 40 подачи в агрегат 42 для преобразования газа в жидкость. При-5-
005363
родный газ теперь подают в агрегат 42 для преобразования газа в жидкость по напорной трубе 12 при
расходе 14,8 миллиона стандартных кубических метров в сутки (523 млн ст.куб.фт/сут). Кислород и природный газ преобразуют в поток жидкого топлива объемом 9500 м3/сут (60000 баррелей в сутки), что
условно показано стрелкой 44. Воздухоразделительный агрегат 32 формирует поток 46 отходящего газообразного азота объемом 35 млн ст.куб.м/сут (1234 млн ст.куб.фт/сут), а агрегат 42 для преобразования
газа в жидкость вырабатывает избыточную энергию, что условно показано стрелкой 48. Потребление
мощности в объеме приблизительно 200 МВт (268000 л.с.) в форме водяного пара для привода воздухоразделительного агрегата 32 обеспечивается установкой 42 для преобразования газа в жидкость, что условно показано стрелкой 26. Поток 48, обладающий избыточной мощностью величиной приблизительно
270 МВт (362000 л.с.), не имеет коммерческого значения в отдаленных районах.
На протяжении пятнадцатилетнего срока службы проектируемого объекта, его эксплуатация, судя
по оценкам, даст продукты дизельного топлива и бензинолигроиновой фракции, которые достигнут
уровня безубыточности или несколько превысят его при ценах на нефть порядка 15-20 долларов США за
баррель.
На фиг. 4 показан способ согласно изобретению, и для обозначения одинаковых или аналогичных
операций способов, показанных на фиг. 1, 2, 3 и 4, используются одинаковые позиции.
В процессе, изображенном на фиг. 4, поток 34 азота, который в этом конкретном варианте соответствует 34 млн ст.куб.м/сут (1200 млн ст.куб.фт/сут), подается в компрессор 16, а мощность (что условно
показано стрелкой 20) вырабатывается агрегатом 42 для преобразования газа в жидкость и используется
для привода компрессора 16 для выработки сжатого азота, который закачивается по напорной трубе 22 в
нефтяное месторождение 18 для интенсифицированной добычи нефти. И опять, мощность для воздухоразделительного агрегата поставляет установка для преобразования газа в жидкость, что показано стрелкой 26.
Воздухоразделительный агрегат 32 обеспечивает потребление 34 млн ст.куб.м/сут (1200 млн
ст.куб.фт/сут) азота для интенсифицированной добычи нефти, а агрегат для преобразования газа в жидкость вырабатывает приблизительно 200 МВт (268000 л.с.) мощности, необходимой для привода воздухоразделительного агрегата 32.
В результате, суммарная нормальная потребность в мощности, составляющая 373 МВт (500500
л.с.), которая необходима для сжатия азота до абсолютного давления 105 бар (абсолютного давления
1525 фн-с/кв.д), уменьшается до 175 МВт (234500 л.с.), потому что энергия, используемая для эксплуатации воздухоразделительного агрегата 32, вырабатывается агрегатом 42 для преобразования газа в жидкость. Избыточная энергия, вырабатываемая в агрегате для преобразования газа в жидкость, дает 270
МВт (362000 л.с.) для компрессора 16. Процесс согласно изобретению требует соответственно лишь 14,8
млн ст.куб.м/сут (523 млн ст.куб.фт/сут) природного газа, что составляет 39% от количества природного
газа, используемого в способе, показанном на фиг. 1.
В неограничительном примере способа согласно изобретению, природный газ (примерно 490 т/ч)
подают в агрегат для преобразования газа в жидкость производительностью 9500 м3/сут (60000 баррелей
в сутки). Воздух (примерно 2540 т/ч) подают в воздухоразделительный агрегат производительностью 558
тонн кислорода в час и 1978 тонн азота в час. Кислород (примерно 558 т/ч) подают в агрегат для преобразования газа в жидкость с целью выработки синтетического газа. Этот синтетический газ подают в установку Фишера-Тропша и в расположенную ниже по течению установку для гидрокрекинга, чтобы
обеспечить выработку примерно 9500 м3/сут (60000 баррелей) дизельного топлива и бензинолигроиновой фракции в сутки (примерно 237 и примерно 66 т/ч, соответственно) . Азот (примерно 1978 т/ч) сжимают в компрессоре и закачивают в нефтяное месторождение для интенсифицированной добычи нефти.
Как будет очевидно специалисту в области интенсифицированной добычи нефти, подача азота в
вышеописанном объеме может увеличить извлекаемые запасы на 2-3 миллиарда баррелей. При номинальной цене 15 долларов США за баррель, это дает суммарную прибыль от возросшей добычи сырой
нефти приблизительно 40 миллиардов долларов США. 9500 м3/сут (60000 баррелей), производимые в
сутки на агрегате для преобразования газа в жидкость, будут стоить примерно 2 миллиарда долларов
США. Дополнительные капитальные затраты, связанные с нагнетанием азота, будут в значительной степени зависеть от расстояния между агрегатом для преобразования газа в жидкость и месторождением
нефти, но обычно могут составлять от 0,5 миллиарда долларов США до 1,0 миллиарда долларов США
дополнительно к суммарным капитальным затратам. При цене 15 долларов США за баррель нефти, агрегат для преобразования газа в жидкость может быть безубыточным, вследствие чего затраты на трубопровод можно будет погасить за счет возросшей добычи сырой нефти, которая даст 40 миллиардов долларов.
В случаях, когда интенсифицированная добыча нефти уже производится с использованием природного газа, агрегат для преобразования газа в жидкость будет выдавать примерно 1978 т/ч азота в нефтяное месторождение и будет получать примерно 490 т/ч природного газа. Если выразить это в единицах
объема, то получится подача азота в объеме 1456000 ст.куб.м/ч в нефтяное месторождение и потребление природного газа (установкой для преобразования газа в жидкость) в объеме примерно 618000 ст.
куб.м/ч. Если предположить, что фирма-оператор нефтяного месторождения и фирма-оператор, осуще-6-
005363
ствляющая преобразование газа в жидкость, обе платят цену, равную цене природного газа (в пересчете,
на единицу объема), за азот и за природный газ, то фирма-оператор, осуществляющая преобразование
газа в жидкость, достигнет отрицательных затрат на исходные материалы, составляющих ((1456000618000)х(цена газа))/618000=1,36х(цена газа)
Типичные цены природного газа в отдаленных районах составляют примерно 0,5 доллара США за
гигаджоуль, затраты на исходные материалы при эксплуатации агрегата для преобразования газа в жидкость составляют примерно 5 долларов США в пересчете на баррель готового продукта. Продажа азота
по цене, равной цене природного газа в отдаленных районах в пересчете на единицу объема, приведет к
тому, что агрегат для преобразования газа в жидкость будет иметь кредит примерно 7 долларов в пересчете на баррель газа или жидкого продукта. Следовательно, проектируемый объект, предусматривающий преобразование газа в жидкость, который обычно достигает уровня безубыточности при цене 15
долларов США за баррель, может обеспечить увеличение прибылей приблизительно на 2 миллиарда
долларов США за пятнадцатилетний срок службы проектируемого объекта.
В заключение следует отметить, что в изобретении описан способ, при реализации которого эксплуатируется синергия, которая до настоящего времени не использовалась там, где природный газ можно
применять или уже применяется для интенсифицированной добычи нефти из подземных нефтяных коллекторов. Вместо применения природного газа для интенсифицированной добычи нефти этот природный
газ обрабатывают в агрегате для преобразования газа в жидкость с целью производства углеводородных
жидких топлив. Чистый кислород вырабатывается в воздухоразделительном агрегате, который также
вырабатывает, по существу, чистый азот. Агрегат для преобразования газа в жидкость также вырабатывает избыточную мощность. Эту избыточная мощность используют для сжатия азота и осуществляемой
вследствие этого замены им природного газа для использования при интенсифицированной добыче нефти.
Это изобретение находит приложение везде, где имеется природный газ для интенсифицированной
добычи нефти из подземного нефтяного коллектора и где потребность в повышении давления нефтяного
коллектора удовлетворяется путем нагнетания газа в газовую шапку коллектора. Это изобретение показывает, как можно объединить три разных независимых технологии, и демонстрирует синергию, получаемую при их объединении.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ добычи нефти из природного нефтяного коллектора, включающий следующие операции:
разделение воздуха для формирования потока, богатого кислородом, и потока, богатого азотом,
формирование потока природного газа и подача по меньшей мере части потока, богатого кислородом, и потока природного газа в установку для преобразования газа в жидкость для выработки углеводородных продуктов и тепла;
использование тепла, выработанного в установке для преобразования газа в жидкость, для выработки энергии, предназначенной для повышения давления азота в потоке, богатом азотом, для формирования потока, богатого азотом, находящимся под повышенным давлением;
пропускание потока, богатого азотом, находящегося под повышенным давлением, в природный
нефтяной коллектор для интенсификации добычи нефти из этого коллектора.
2. Способ по п.1, в котором энергия является электрической энергией или водяным паром высокого
давления.
3. Способ по п.1 или 2, в котором воздух разделяют, формируя поток, богатый кислородом, содержащий примерно 0-25% азота, и поток, богатый азотом, содержащий примерно 0-5% кислорода.
4. Способ по п.3, в котором поток, богатый азотом, содержит менее чем примерно 10 частей кислорода на миллион частей азота.
5. Способ по одному из пп.1-4, в котором природный газ получают из коллектора природного газа,
добычу нефти из которого нужно интенсифицировать.
6. Способ по п.5, в котором азот отделяют от природного газа перед подачей природного газа в установку для преобразования газа в жидкость.
7. Способ модификации интенсифицированного процесса добычи нефти, при которой природный
газ подают в природный нефтяной коллектор для интенсификации добычи нефти, содержащий следующие операции:
отведение по меньшей мере части природного газа в установку для преобразования газа в жидкость,
подсоединенную к воздухоразделительному агрегату, формирующему поток, богатый кислородом, и
поток, богатый азотом;
подача потока, богатого азотом, в установку для преобразования газа в жидкость;
пропускание по меньшей мере части потока, богатого азотом, в природный нефтяной коллектор
вместо отведенного природного газа.
-7-
005363
8. Способ по п.7, в котором используют по меньшей мере часть тепла, выработанного в установке
для преобразования газа в жидкость, чтобы выработать энергию для повышения давления потока, богатого азотом.
9. Способ модификации установки для интенсифицированной добычи нефти, при которой природный газ подают в природный нефтяной коллектор и используют по меньшей мере одну трубу для подачи
природного газа, предназначенную для подачи природного газа в коллектор, содержащий следующие
операции:
обеспечение установки для преобразования газа в жидкость и воздухоразделительного агрегата, выполненного с возможностью формирования потока, богатого кислородом, и потока, богатого азотом, и
имеющего отверстие для выпуска кислорода и отверстие для выпуска азота, и подсоединение отверстия
для выпуска кислорода к установке для преобразования газа в жидкость, так что обеспечивается возможность подачи кислорода в установку для преобразования газа в жидкость;
соединение трубы для подачи природного газа к установке для преобразования газа в жидкость с газонапорной трубой так, что по меньшей мере часть природного газа можно отвести в установку для преобразования газа в жидкость;
обеспечение установки для повышения давления азота и подсоединение ее к отверстию для выпуска
азота из воздухоразделительного агрегата так, что азот может протекать в установку для повышения давления, в которой его давление увеличивается;
обеспечение напорной трубы, проходящей от установки для повышения давления к природному
нефтяному коллектору, так, что азот, находящийся под повышенным давлением, может течь в этот нефтяной коллектор.
10. Способ по п.9, в котором обеспечивают установку для преобразования энергии и подсоединяют
ее к установке для повышения давления азота и установке для преобразования газа в жидкость так, что
обеспечивается возможность преобразования тепла, вырабатываемого в установке для преобразования
газа в жидкость, в энергию, необходимую установке для повышения давления.
11. Способ модификации установки для интенсифицированной добычи нефти, при которой природный газ подают в природный нефтяной коллектор и используют по меньшей мере одну трубу для подачи
природного газа и установку для повышения давления природного газа, предназначенную для подачи
природного газа в коллектор, содержащий следующие операции:
обеспечение установки для преобразования газа в жидкость и воздухоразделительный агрегат, выполненный с возможностью формирования потока, богатого кислородом, и потока, богатого азотом, и
имеющего отверстие для выпуска кислорода и отверстие для выпуска азота, и подсоединение отверстия
для выпуска кислорода к установке для преобразования газа в жидкость так, что обеспечивается возможность подачи кислорода в установку для преобразования газа в жидкость;
соединение трубы для подачи природного газа к установке для преобразования газа в жидкость с газонапорной трубой так, что по меньшей мере часть природного газа можно отвести в установку для преобразования газа в жидкость;
подсоединение установки для повышения давления природного газа к отверстию для выпуска азота
из воздухоразделительного агрегата так, что азот может протекать в установку для повышения давления,
в которой его давление увеличивается;
обеспечение напорной трубы, проходящей от установки для повышения давления к природному
нефтяному коллектору, так, что азот, находящийся под повышенным давлением, может течь в этот нефтяной коллектор.
12. Способ по п.11, в котором используют установку для повышения давления природного газа, содержащую по меньшей мере один компрессор для природного газа, и модифицируют этот компрессор
для обслуживания потребностей в азоте.
13. Способ по п.11, в котором обеспечивают преобразователь энергии и подсоединяют его к установке для повышения давления природного газа и установке для преобразования газа в жидкость так, что
обеспечивается возможность преобразования тепла, вырабатываемого в установке для преобразования
газа в жидкость, в энергию, необходимую установке для повышения давления.
14. Способ добычи нефти из природного нефтяного коллектора, при котором азот под повышенным
давлением закачивают в природный нефтяной коллектор для интенсификации добычи нефти из этого
коллектора, причем азот вырабатывают в воздухоразделительном агрегате, который формирует поток
отходящего кислорода, имеющий чистоту 70-100%, и поток азота высокой чистоты, отличающийся тем,
что формируют поток природного газа и подают этот поток природного газа вместе с потоком отходящего кислорода в установку для преобразования газа в жидкость для выработки углеводородных продуктов
и тепла, и используют по меньшей мере часть тепла, выработанного в установке для преобразования газа
в жидкость, для выработки энергии для повышения давления потока азота.
15. Способ по п.14, в котором поток отходящего кислорода имеет чистоту 90-100%.
16. Установка для выработки продуктов преобразования газа в жидкость и интенсифицированной
добычи нефти из природного нефтяного коллектора, содержащая установку для повышения давления,
предназначенную для подъема давления азота для интенсифицированной добычи нефти, воздухоразде-8-
005363
лительный агрегат, выполненный с возможностью выработки азота, имеющего содержание кислорода
менее 10 частей кислорода на миллион частей азота, агрегат для преобразования газа в жидкость, напорные трубы, расположенные с возможностью подачи природного газа в агрегат для преобразования газа в
жидкость и азота из воздухоразделительного агрегата в установку для повышения давления, и преобразователь отходящего тепла для преобразования отходящего тепла, выработанного в агрегате для преобразования газа в жидкость, в энергию, выполненный с возможностью оперативного подсоединения к установке для повышения давления, для выработки энергии для привода установки для повышения давления.
17. Установка по п.13, в которой преобразователем отходящего тепла является котел, работающий
на отходящем тепле и вырабатывающий водяной пар высокого давления.
18. Установка для выработки продуктов преобразования газа в жидкость и интенсифицированной
добычи нефти из природного нефтяного коллектора, содержащая установку для повышения давления,
воздухоразделительный агрегат, выполненный с возможностью выработки азота, имеющего содержание
кислорода менее 10 частей кислорода на миллион частей азота, агрегат для преобразования газа в жидкость, напорные трубы и управляющие клапаны, расположенные с возможностью отвода по меньшей
мере части природного газа из средства, обслуживающего интенсифицированную добычу нефти с использованием природного газа, в агрегат для преобразования газа в жидкость и азота из воздухоразделительного агрегата в установку для повышения давления, и преобразователь отходящего тепла, скомпонованный с возможностью преобразования отходящего тепла, выработанного в агрегате для преобразования газа в жидкость, в энергию, оперативно подсоединенный к установке для повышения давления, для
выработки энергии для привода установки для повышения давления.
19. Способ, в котором используют природный газ, находящийся под повышенным давлением, для
интенсифицированной добычи нефти, и предусматривается замена, по меньшей мере, некоторой части
природного газа азотом так, что объем азота при этом в 1,5-2 раза больше объема заменяемого природного газа, включающий следующие операции:
отведение по меньшей мере части природного газа в установку для преобразования газа в жидкость,
подсоединенную к воздухоразделительному агрегату, формирующему поток, богатый кислородом, и
поток, богатый азотом;
подача потока, богатого кислородом, в установку для преобразования газа в жидкость;
пропускание по меньшей мере части потока, богатого азотом, в нефтяной коллектор для замены отведенного природного газа.
20. Способ по п.19, в котором используют, по меньшей мере, некоторую часть тепла, выработанного
в установке для преобразования газа в жидкость, с целью выработки энергии для подъема давления потока, богатого азотом.
21. Способ, в котором природный газ, находящийся под повышенным давлением, пропускают в
природный нефтяной коллектор для интенсифицированной добычи нефти, и предусматривают уменьшение объема природного газа, необходимого для интенсифицированной добычи нефти, на величину, находящуюся в диапазоне примерно от 20 до 60%, включающий отведение по меньшей мере части природного газа в установку для преобразования газа в жидкость, подсоединенную к воздухоразделительному
агрегату, формирующему поток, богатый кислородом, и поток, богатый азотом, и пропускание по меньшей мере части потока, богатого азотом, в упомянутый нефтяной коллектор для замены отведенного
природного газа.
22. Способ по п.21, в котором используют, по меньшей мере, некоторую часть тепла, выработанного
в установке для преобразования газа в жидкость, с целью выработки энергии для подъема давления потока, богатого азотом.
Фиг. 1
-9-
005363
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
-10-