Применение ВТГР для добычи трудноизвлекаемых и нетрадиционных углеводородов

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

Применение ВТГР для добычи трудноизвлекаемых и нетрадиционных углеводородов А. В. Беспалов, Н. Г. Кодочигов III Национальный нефтегазовый форум Москва, 19 -20 апреля 2016

Концепция добычи тяжелой нефти с использованием ВТГР В настоящем докладе излагается концепция применения энергоблока на базе высокотемпературного гелиевого реактора (ВТГР) для энергоснабжения комплекса по добыче тяжелой нефти. Согласно предлагаемой концепции ВТГР производит высокопотенциальное тепло с температурой не ниже 750 °С, а также электричество для потребителей комплекса. - Тепло от ВТГР передается к добычному комплексу с помощью системы передачи тепла. - Вблизи места добычи тепло преобразуется в пар со сверх-критическими (СК) параметрами и затем закачивается в нагнетающие скважины. Проведена оценка снижения выброса вредных веществ при использовании энергоисточника с ВТГР, а также влияние на стоимость добычи нефти. 2 >>>

Схема добычи тяжелой нефти с использованием ВТГР Передача тепла Производство электричества Парогенератор ВТГР Пар Легкая нефть Пласт с тяжелой нефтью Пар высоких параметров производимый ВТГР может не только растворять тяжелую нефть, но и конвертировать тяжелые ее фракции в более легкие 3 >>>

Атомный энергоисточник с ВТГР Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор (ВТГР) Ø Технические особенности ВТГР: • • • использование в качестве теплоносителя инертного газа – гелия; использование графита в качестве материала внутриреакторных конструкций, т. о. конструкция реактора устойчива к высоким температурам; тепловыделяющие элементы из керамики на основе карбида кремния и пиролитического углерода удерживают радиоактивность при любых режимах работы реактора, включая аварии. Ø Преимущества ВТГР: Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор (ВТГР) модульного типа 4 Повышенный уровень безопасности позволяет размещать эти реакторы вблизи потребителей промышленного тепла и/или электроэнергии, что способствует существенному снижению капитальных и операционных затрат Возможность нагрева теплоносителя в реакторе до 950 °С позволяет реализовывать эффективные по к. п. д. циклы производства электроэнергии и промышленного теплоснабжения >>>

Транспорт тепла от ВТГР на средние расстояния Схема передачи тепла от ВТГР на расстояния до ~15 км Высокотемпературный промежуточный теплообменник Реактор 750 o. C Парогенератор Гелий Солевой теплоноситель Пар в скважину Насос Вода 250 o. C Паротурбиная установка Газодувка 5 >>>

Транспорт тепла от ВТГР на большие расстояния Схема дальней передачи тепла от ВТГР [1] Реактор Гелий Термоконверсионный аппарат Охладитель Хранилище Рекуператор газа СО+ Н 2 CO+3 H 2 H 2 O+CH 4 Парогенератор Метанатор Теплообменник CH 4 Компрессор ПТУ 100 км Сепаратор H 2 O Потребите-ли тепла Газодувка Коэффициент использования тепла в системе транспорта оценивается в 91%. [1] Корякин Ю. И. «Дальнее атомное теплоснабжение-вторая задача ядерной энергетики России ΧΧΙ века» , электронный журнал «Экологические системы» , № 9, сентябрь 2008 г. 6 >>>

Преимущества использования СК пара для добычи нефти I. Потенциальная возможность снижение капитальных затрат на освоение месторождения за счет подземного облагораживания тяжелой нефти в процессе высокотемпературной конверсии в присутствии воды (акватермолиз). II. Повышение извлечения нефти за счет высокой растворимости углеводородов водой в сверхкритическом состоянии, а также разложения вязких фракций на более подвижные в процессе акватермолиза. III. Повышение скорости добычи нефти за счет способности сверхкритического пара высокого давления быстро проникать в нефтеносную породу и создавать высокий градиент давления. 7 >>>

Облагораживание тяжелой нефти при акватермолизе Акватермолиз – это процесс высокотемпературной конверсии нефти при воздействии водяного пара в присутствии природных минералов, входящих в состав коллектора[2]. При соответствующем подборе условий в процессе акватермолиза происходит частичное разложение тяжелых фракций нефти (смолы, асфальтены) на более легкие. Происходит также очистка нефти от примесей металлов и серы. В лабораторных условиях получено снижение вязкости нефти более чем 10 раз и снижение содержания фракций с высокой температурой кипения с 30% до 9%. Достигается также снижение содержания в нефти гетероатомов (Ni, V, Fe, S) в 1, 3÷ 4 раза, например, [3]. [2] Hyne J. B. , Greidanus J. W. , Tyrer J. D. et al. “Aquathermolysis of Heavy Oils”, 2 nd Int. Conf. «The Future of Heavy Crude and Tar Sands» , Caracas, Venezuela, 7– 17 February 1982. [3] Hart A. , Leeke G. , Greaves M. & Wood J. «Downhole heavy crude oil upgrading using CAPRI : effect of steam upon upgrading and coke formation» Energy & Fuels, vol 28, no. 3, 2014. 8 >>>

Повышение извлечения тяжелой нефти применении СК пара Вода в сверхкритическом состоянии (СКВ) может смешиваться с большинством органических веществ, что повышает растворение углеводородов в коллекторе и ведет к повышению извлечения нефти. СКВ обладает потенциальной способностью дотировать водород[4]. Это свойство полезно для процессов: образование легких фракций в процессе акватермолиза, гидроочистки нефти от серы и других гетероатомов. В зависимости от температуры и давления СВК изменяет диэлектрическую константу от 2 до 30, а также может проявлять свойства катализатора, как кислотного, так и основного типа[4]. Эти свойства дают возможность оптимизировать процесс извлечения нефти подбором оптимальных значений температуры и давления. [4] Ning Li, Bo Yan, Xian-Ming Xiao, ‘A Review of Laboratory-Scale Research on Upgrading Heavy Oil in Supercritical Water’, Energies 2015, 8, 8962 -8989. 9 >>>

Повышение скорости добычи тяжелой нефти при использовании СК пара Для эффективной добычи нефти давление пара должно превышать внутреннее давление в пласте[5]. Большая часть месторождений тяжелой нефти залегает на глубинах 300 -800 м, где давление составляет 5 -15 МПа, а ряд месторождений находится на глубине до 3000 м. Таким образом давление в пласте может достигать 30 МПа и выше (давление пара должно быть выше). Высокое давление пара повышает скорость добычи нефти ввиду большего градиента давления от нагнетающей скважины к добычной. Кроме того, несколько увеличивается коэффициент добычи[5]. [5] Patrick M. Collins, M. Sc. , P. Eng. “The False Lucre of Low-Pressure SAGD” Petroleum Society’s 5 th Canadian International Petroleum Conference, Calgary, Alberta, Canada, 2004 10 >>>

Оценка роста производства нефти при одинаковом объеме добычи Расчет снижения производства нефти в случае ее частичного сжигания для производства пара Начальная температура воды 10°С Конечная температура воды/пара 220°С Тепло на нагрев и испарение 1 кг воды 2744 к. Дж Соотношение массы закачиваемого пара и массы добываемой нефти (SOR) 3 К. П. Д. парового котла 80% Количества сжигаемой нефти для обеспечения добычи 1 кг нефти 224 г Согласно приведенной оценке при использовании ВТГР количество товарной продукции увеличивается на 29%. 11 >>>

Оценка снижения выбросов парниковых газов и других вредных веществ Расчет количества образующихся вредных газов в случае сжигания нефти для производства пара на 1 т нефти Количества сжигаемой нефти 290 кг Содержание серы в нефти[6] 3, 75 % Содержание азота в нефти[6] 7500 ppm Масса образующегося СО 2 900 кг Масса образующегося SO 2 22 кг Масса образующегося NO 2 7, 1 кг При годовом производстве 5 млн. т нефти при использовании огневого нагрева образуется: 4, 5 млн. т СО 2, 110 тыс. т SO 2 и 35, 5 тыс. т NO 2. [6] Ovalles, C; Rivero, V. ; Salazar, A. , Downhole Upgrading of Orinoco Basin Extra-Heavy Crude Oil Using Hydrogen Donors under Steam Injection Conditions. , Catalysts 2015, 5, 286 -297. 12 >>>

Предварительные экономические оценки применения ВТГР для добычи тяжелой нефти Удорожание добычи нефти при использовании ВТГР можно оценить, приняв стоимость его тепла равной среднему тарифу на тепловую энергию в России ~ 1000 руб. /Гкал. Исходя из этой величины и соотношения пар/нефть=3 получаем удорожание добычи нефти при использовании ВТГР в размере 3, 9 долл. /баррель. В случае использования паро-гравитационного метода добычи нефти с паром стандартных параметров (Т=220°С, Р=2 МПа) потребуется строить завод по первичной переработке тяжелой нефти. Такой завод может включать: установку атмосферной перегонки нефти, установку визбкрекинга мазута и блок термополикондесации[7]. Для мощности завода по первичной переработке тяжелой нефти в 5 млн. т в год, его стоимость составит не менее 200 млн. долл. [7] Потребуется также создание инфраструктуры для энергоснабжения завода. [7] А. К. Курочкин, С. П. Топтыгин «Синтетическая нефть. Безостаточная технология переработка тяжелых российских нефтей на промыслах» , Сфера Нефтегаз, 1, 2010, с. 92 -105 13 >>>

Заключение Преимущества использования ВТГР в сравнении с энергоисточником на органическом топливе: Ø Возможность полного устранения выбросов парниковых газов и других вредных веществ. Ø Повышение выхода товарной продукции при той же мощности оборудования по добыче углеводородов. Ø Высокая безопасность ввиду исключения процесса горения и наличия органического топлива. Ø Удорожание добычи может находится в допустимых пределах. 14 >>>

Выводы Приведенные результаты качественного анализа дают основание считать, что имеются предпосылки для использования энергоисточника с ВТГР для добычи тяжелой нефти. Для объективного анализа эффективности применения ВТГР для добычи тяжелой высоковязкой нефти необходимо подготовить ТЭО. Для разработки ТЭО, в свою очередь, необходимы требования к атомному энергоисточнику со стороны нефтедобывающих компаний. По нашему мнению требования к атомному энергоисточнику можно разработать взяв за основу одно из перспективных месторождений тяжелой нефти, для которого применима технология добычи с закачкой пара высоких параметров. 15 >>>

Приложение 1 Основные свойства тяжелой нефти Тип Плотность Вязкость Обычная нефть <920 кг/м 3 1 -10 м. Па·с Тяжелая нефть 920 -1000 кг/м 3 10 -100 м. Па·с Сверхтяжелая нефть 1000 кг/м 3 100 -1000 м. Па·с Битумы >1000 кг/м 3 >10000 м. Па·с Пример сверхтяжелой нефти [8]: Удельный вес (API град) Вязкость при 80°C (c. P) Асфальтены (wt %) Сера (wt %) Никель (ppm) Ванадий (ppm) Азот (ppm) Начало кипения (°С) 9. 1 1810 22 3. 75 102 450 7500 201 [8] Ovalles, C; Rivero, V. ; Salazar, A. , Downhole Upgrading of Orinoco Basin Extra-Heavy Crude Oil Using Hydrogen Donors under Steam Injection Conditions. , Catalysts 2015, 5, 286 -297. 16 >>>

Приложение 2 Применения ВТГР для проризводства водорода Производство водорода методом паровой конверсией метана для облагораживания тяжелой нефти Парогазовая смесь Конвертер Реактор Парогенератор Гелий Удаление СО 2 Выделение H 2 Пар + СН 4 Метан (подпитка) Газодувка ВТО-ТКА 3 17 Пар ВТО-ТКА 2 Сепаратор влаги Пар (подпитка) ВТО-ТКА 1 >>>

Скачать презентацию Применение ВТГР для добычи трудноизвлекаемых и нетрадиционных углеводородов

5ecdd54d378534711b59f6b9b107b60f.ppt

Количество слайдов: 17