NO852115L - Fremgangsmaate og anordning for separasjon av gasser og vaesker fra broennhode-gasser - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører separasjon av gasser og damper fra væsker i brønnhodegass fra naturgassbrønner. Spesielt vedrører oppfinnelsen fremgangsmåte og et apparat

for å forbedre produksjonen til naturgassbrønner ved bruk av flere trinns gass og dampkompresjon på en måte som gjenvinner ytterligere flytende hydrokarboner og anriker salgsgass-strømmen.

Mange naturgassbrønner produserer en brønnstrøm av naturgass med relativt høyt trykk inneholdende betydelig volumer av høytrykksdamp kondensater som normalt vil inneholde absorbert og oppløst naturgass, propan, butan, pentan og lignende. Ofte gjenvinnes disse flytende og oppløste hydrokarboner bare delvis med konvensjonelle høytrykks separatorenheter. De flytende biprodukt hydrokarbonene fjernes normalt fra brønnstrømmen med høytrykksseparator-enhet, oppsamles og fylles så gjerne i lagringstanker med lavt trykk. En betydelig mengde av oppløst gass og høy-trykks hydrokarbondamper forblir i de flytende hydrokarbon-biprodukter. Noen av disse gasser og hydrokarboner fordampes ved oppvarming i lagringstanken på grunn av den betydelige reduksjon i trykk i tanken, hvilket tillater fordamping av de flyktige bestanddeler eller avløpsgass i gassen og dampen over kondensator. På denne måte slipper noe gass og medførte flytende hydrokarboner ut i atmosfæren og går tapt. I tillegg til denne begynnelsesfordampning og tap opptrer ytterligere fordamping når kondensatet står i lageringstanken over et tidsrom. Dette er i industrien beskrevet som lufting.

Således gir naturgassbrønner som produserer betydelige mengder av høytrykksdamp-kondensater sammen med naturgassen, stor anledning til forbedring i produksjonsmetoder innbefattende en reduksjon av utslipp i det omgivende miljø og økonomisk gevinst ved gjenvinning av ellers tapte biprodukter. Som tidligere beskrevet gir nåværende produksjonsutstyr tap til atmosfæren av store mengder gjenvinnbar væske og gassformige hydrokarboner innbefattet absorbert og oppløste naturgassbestanddeler. Dette tap opptrer når høytrykks-dampkondensatene og de oppløste gasser tas ut av gass-strømmen med separator, og gjennom ventiler og noen ganger mellomliggende trykkbeholdere, fordampes når trykket på kondensatene reduseres til omtrent atmosfæretrykk i lagringstankene .

En tidligere metode for å redusere tap av tyngre flytende hydrokarbonbestanddeler, som ellers ville gått tapt ved fordampning, har medført bruk av en trinnvis fordampnings -separator hvor trykket i kondensatet reduseres i trinn. F.eks. kunne kondensattrykket reduseres i trinn før over-føring til en lagringstank som holdes omtrent på atmosfæretrykk.

Seksjonering på den beskrevne måte kan øke de gjenvunne karboner med så meget som 10 - 15%, mens seksjonering alene fjerner ikke alle de absorberte gasser og flyktige hydrokarbondamper fra kondensatet. Det resulterende flytende kondensat inneholder fortsatt viktige bestanddeler, hvilke som tidligere beskrevet ikke kan holdes fullstendig i væskefasen ved atmosfæretrykk og vil fortsatt gå over i gasser og damper under fordampning under medfølgende tap av tyngre medrevede flytende hydrokarbonbestanddeler av kondensatet.

Det er derfor et mål for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et apparat og en fremgangsmåte for mer effektiv behandling av de ytterligere gjenvinnbare gass og væskeformige hydrokarbonbestanddeler som normalt foreligger i kondensatene man får fra et naturgass brønnhode gass-flytende separasjonssystem.

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat og en fremgangsmåte for å øke totalproduksjonen fra naturgass-brønner ved bruk av flertrinns gass- væskeseparasjon i en prosess hvor trykket på kondensatet reduseres på en slik måte at man øker gjenvinningen av absorberte gasser og damper før overføring av den gjenværende væske til en lagringstank ved nær atmosfæretrykk, og innbefatter kompresjon av gasser og damper gjenvunnet fra separasjonstrinn, og deretter innfører disse gjenvunne bestanddeler tilbake i brønnhodestrømmen under spesifikke forutbestemte betingelser, hvilket også øker gjenvinningen av tyngre flytende hydrokarbonbestanddeler som ellers kunne ha gått tapt.

Foreliggende oppfinnelse anvender kompressorer valgt for å ta imot og komprimere den relative biproduktgass fra en andre separator i systemet, og for deretter å injisere de komprimerte gasser og damper således i brønnhodegass-strømmen på et forutbestemt punkt og under betingelser som letter anrikningen av volumet, sammensetningen og B.T.U. innholdet i salgsgass-strømmen og flytende hydrokarbongjen-vinning.

I en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan den andre separator være en trinnseparator som, i en fore-trukket utførelsesform, i tillegg kan inneholde varmeveksler -anordninger hvorved noe av varmen fra kompresjonen på de komprimerte gasser og damper brukes av kompressoren til å opprettholde en forutbestemt temperatur i trinnseparatoren.

I en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er separasjonsanordningen som brukes, et strippetårn med plater gjenoppvarmet med en naturgass fyrt oppvarming. Kompresjonsvarmen kan igjen brukes for å forskyve oppvarm-ingsgassbruket. Bruken av stripper og gjenoppvarmer som er beskrevet, gjør det mulig å redusere damptrykket av det resulterende kondensat til under atmosfæretrykk og derved i det vesentlige unngå alt etterfølgende damp og væske-tap fra kondensattankene . Fig. 1 er et skjematisk flyteskjema for fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse for separasjon av gasser fra de kondenserbare væsker i naturgass fra brønn-hodegasser. Fig. 2 er et partielt flyteskjema for oppvarmeren, høytrykksseparator og trinnseparatorapparatur som brukes i fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er et skjema for en typisk, enkel, høytrykks-gass-væskeseparatorprosess. Fig. 4 og 4a er et skjema for en utførelsesform ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 og 5a er et skjema for en annen utførelsesform ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 6 og 6a er skjematiske tegninger av et gjenvin-ningssystem som anvender en trinnseparator uten kompresjonsanordninger. Fig. 7 viser fra siden et strippetårn med plater som kan anvendes i en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 viser fra siden en gjenoppvarmer som kan brukes med strippetårnet vist i fig. 7. Fig. 9 viser fra enden gjenoppvarmeren vist i fig.8.

Gass-væskeseparasjonsapparatet og fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er vist skjematisk i fig. 1. Brønnhodegassen oppvarmes, føres gjennom et spjeld og blan-des så med gass med høy temperatur og høyt trykk som tidligere er gjennomgått flere trinn kompresjon. De blandede gasser underkastes så høytrykksgass-væskeseparasjon for først å fjerne væskekondensatene og å produsere en anriket salgsgass som er egnet for videre behandling så som tørking av ønskelig forbruk. F.eks. kan et dehydratiseringssystem av den type som er vist i US patenter nr. 4.342.572, utstedt 3.8.82; 4.198.214 utstedt 15.4.80; og 3.094.574, 3.288.448, 3.541.763, og US patent nr. 277.266 anvendes i kombinasjon med den her beskrevne oppfinnelse.

Gass-væskeseparasjonsapparatet og systemet ifølge foreliggende oppfinnelse som er vist i fig. 1, 2 og 3, begynner med en oppvarmer 2 med en varmeveksler rørspiral 4 hvori det er innført gassformig produkt fra et brønnhode. Brønnhodegassene transporteres gjennom innbyrdes forbundne gassoppvarmingsspiraler 4<p>g 6, som er neddykket i et inn-direkte oppvarmingsmedium 3, såsom en glykol og vannløsning i oppvarmeren 2. En spjeldventil 5 er satt inn i røret som forbinder gassoppvarmingsspiralen 4 og 6, og brukes for å redusere brønnhodetrykket til et trykk som er forenlig med operasjonstrykket for separatoren 20 og salgsgassrøret 26. Oppvarmingsmediet 3 kan oppvarmes ved hjelp av en vanlig fyrrøroppvarming vist med 10. Fyrrøroppvarmingen 10 kon-trolleres ved hjelp av en termostatisk kontrollert ventil 11 forbundet med en gassbrennerenhet 12, og oppvarming 10

er forbundet til gasskanal 13.

Oppvarmingsspiralen 6 er forbundet med høytrykks-separatoren 20 ved hjelp av et rør 21. Denne høytrykks separator 20 virker slik at den mekanisk separerer gass og væskebestanddeler med en forutbestemt driftstemperator og trykk. Gass-væskeblandingen som innføres i høytrykks-separatoren 20 vil gjerne ligge på et trykk fra ca. 68 til 34 atm. og temperaturen fra 22°C til 33°C. Ventilen 22 kon-trolleres av væskenivået på innsiden av høytrykksseparatoren 20, slik at når væskenivået når en forutbestemt høyde, vil ventilen 22 åpnes og slippe ut væsken under trykk av den gassformige bestanddel ved hjelp av rør 25 som slipper gjennom væskekomponenten til en mellomliggende trykkseparator 30. De gassformige bestanddeler fjernes fra høytrykks-separatoren ved hjelp av et rør 26, og selges så etter videre

-behandling om nødvendig. Salgsgassen kan med fordel tørkes ytterligere ved fjerning av vann ved f.eks. å bruke et glykol dehydratiseringssystem som forut beskrevet. Den mellomliggende trykk eller trinnseparator 30 drives generelt ved trykk mindre enn ca. 8,5 atm. Det meste av den absorberte naturgass og noen av dampkomponentene med høyt trykk i kondensatene som er fjernet fra høytrykksseparatoren 20 vil fordampes fra væskefasen over i dampfasen i den mellomligg-

ende trykkseparator 30. Den mellomliggende trykkseparator 30 består av en tank 35, en vanntømmingsventil 36, en olje-tømmingsventil 37, en oljevæskenivåkontroll og vannvæskenivå-kontroll (ikke vist), en termostat 39, en oppvarmingsspiral 34, en forbiføringskanal 32 og en treveistemperatur-splittings ventil 33 vist i fig.2, samt sikkerhets og kontrollstyrings-elementer så som måleglass, sikkerhetsventiler og lignende. 01jetømmingsventilen 37, som virker avhengig av oljevæske-nivåkontrollen (ikke vist), fører olje fra den mellomliggende trykkseparator 30 gjennom røret 34 til lagringstanken 50

(vist fig. 1). Den primære funksjon for den mellomliggende trykkseparator 30 er å fordampe ved høyere trykk enn atmosfæretrykk det meste av den absorberte naturgass og dampbestand

-deler med høyere trykk fra kondensatene over i en dampfase. De fordampede gasser fjernes fra den mellomliggende trykkseparator 30 ved hjelp av en ledning 40 gjennom en tilbake-trykksventil 41 og transporteres frem til flertrinnskompresjon som vist i fig- 4, 4a, 5 og 5a. Lagringstanken 50 for flytende kondensat virker ved nær atmosfæretrykk. Den videre trykkreduksjon fra trykket i den mellomliggende trykkseparator 30 vil tillate noe begrenset videre fordampning av hydrokarbonene etter som trykket reduseres. En trykkutslippsventil 51 som vist i fig.2 er anordnet for trykk-kontroll på lagringstanken 50. De fordampede gasser og damper fjernes fra lagringstanken 50 ved hjelp av et ut-slippsrør 55. De flere foreliggende trinn av kompresjonen mottar gass fra trinnseparatoren og komprimerer gassen opp til trykket for gassledningen umiddelbart nedstrøms for spjeld -ventilen 5 i oppvarmingen 2. Fortrinnsvis overføres de komprimerte gasser som ved ledningen 92 vist i fig. 2 til en varmeveksler i trinnseparatoren 30 for å fjerne noe av kompresjonsvarmen til å oppvarme væskene i trinnseparatoren for større gass og dampgjenvinning fra de separerte væsker i trinnseparatoren før væsken slippes ut til lagringstanken 50. Helst innføres de komprimerte gasser fra overførings-røret 92 til treveis temperaturkontroll spaltningsventilen 33 som er utvendig på trinnseparatoren 30. Treveisspaltnings ventilen 33 kontrollerer innføringen av gasser med høyt trykk og høy temperatur fra kompressoren ved hjelp av en termostat 39 som føler temperaturen til væskene i separatoren 30. Treveisspaltningsventilen 33 som mottar gasser og damper fra siste trinn i kompressoren fører gassene med høyt trykk og høy temperatur enten direkte til varmeveksleren 34 inne i trinnseparatoren 30 om nødvendig, eller forbi varmeveksleren 34, avhengig av de nødvendige betingelser i den mellomliggende trykkseparator 30, og deretter gjenndm en overførings-ledning 94 for gjeninnføring av gassen og dampen i gassoppvarmingsspiralen 6 i oppvarmingen 2 ved punkt nedstrøms for spjeldventilen 5.

I utførelsesformene som er vist i fig. 4, 4a, 5 og 5 a foretrekkes det å bruke varmen fra de oppvarmede væsker i trinnseparatoren til å heve temperaturen til væskene som går til trinnseparatoren fra høytrykkseparatoren og å kjøle væskene som går til lagringstanken 50. Dette er skjematisk vist i begge utførelsesformer ved å anordne en varmeveksler mellom disse to ledninger.

I en annen utførelsesform som benytter et rektifiserings-tårn istedenfor trinnseparatoren, anvendes en naturgass-fyrt gjenoppvarmer (fig. 8 og 9) med en rektifiseringskolonne enhet (fig. 7) for å stabilisere væskene som går til lagrings-eller kondensattanken. De gjenvunne gasser og damper fra rektifiseringsenheten komprimeres deretter også som i den første utførelsesform, og gassene og dampene tilbakeføres til brønnhodegassen nedstrøms for spjeldventilen som forut beskrevet. Kondensat fra de mellomliggende kjølere føres fortrinnsvis tilbake til rektifiseringsenheten gjennom gjenoppvarmeren for ytterligere separasjon av ytterligere hydrokar-bongass og damper. Kondensatet fra rektiseringen overføres til lagringstankene. Som vist med den prikkede linje på fig. 5, 5a og 6a kan noen av de komprimerte gasser og damper fra kompressoren tilbakeføres til rektifikasjons-tilførsels-strømmen som vist ved 8c fig. 5 for å opprettholde kompressor sugtrykk under tidsrom hvor rektifikasjonsoperasjonen ikke produserer nok gasser og damper. Likeledes kan kjøligere salgsgass fra salgsgass ledningen også brukes om ønsket for å opprettholde kompressorsugtrykk. Et eksempel på

dette er også vist med prikkede linjer i fig. 5a, 6a. Bruken av salgsgass-strømmen for dette formål vil selvfølgelig kreve kontrollventilanordninger og trykkreduksjonsanordninger som ikke er vist.

I de viste utførelsesformer kan valget av kompressor-kapasitet, mellomliggende kjølekapasitet mellom kompresjons-trinn og annet utstyr som er beskrevet velges blant vanlige komponenter i handelen for å tilfredsstille totalsystemets behov ved en bestemt naturgasskilde.

Under drift føres brønnhodegassene fra en naturgassbrønn til en gassoppvarmingsspiral 4 som er fullstendig neddykket i indirekte oppvarmingsmedium 3 i oppvarmingen 2. Oppvarmingen 2 oppvarmes ved hjelp av en typisk brenselsgassbrenner 12 kontrollert av ventilen 11 som reagerer på en termostat 8

i høytrykksgass-væskeseparatoren 20, som føler gasstempera-turen i separatoren 20 og kontrollerer mengden av brensels-gass som strømmer til brennerenheten 12. På denne måten kan temperaturen til det indirekte mediet i oppvarmingen 2 for-andres etter behov for å tilfredsstille gasstemperaturkravene til høytrykksseparatoren 20. Normalt holdes oppvarmingsmediet 3 på en temperatur som avhenger av sammensetning av trykk i brønnhodegassen for å oppnå optimal separasjon av gassene og væskene i høytrykksseparatoren 20, men likevel muliggjør gjeninnføring av komprimerte gasser og damper fra kompresjonsanordningene for hydrokarbonanrikning av produktgass-strømmen og øket gjenvinning av flytende hydrokarboner som her er beskrevet .

I tillegg til temperaturkontrollen med termostaten 8

og brenselgasskontroll-ventilen 11 innføres komprimerte gasser med høy temperatur og høyt trykk fra det tredje trinn av flertrinns-gasskompresjonssystemet vist i fig.4, 4a, 5 og 5a i en oppvarmingsspiral 6 som er knyttet til oppvarmings-

spiralen 4 gjennom en spjeldventil 5. De komprimerte gasser med høy temperatur og høyt trykk innføres nedstrøms for spjeldventilen 5, hvilken normalt reduserer brønnhodetrykket til mellom 68 og 34 atm. Brønnhodetrykkene man finner i na-turen vil variere sterkt, men fordelene ved foreliggende oppfinnelse kan likevel oppnås i forskjellig grad ved trykk som er høyere eller lavere enn beskrevet. Ekspansjonen av gassene som går ut fra spjeldventilen 5 gir en avkjølingsgrad under den ønskede driftstemperatur og krever følgelig en forutbestemt oppholdstid i den andre oppvarmingsspiral 6 for ytterligere varmeabsorbsjon, slik at temperaturen som føles ved 8 vil ligge på den riktig forutbestemte verdi.

Denne reduksjon i temperatur og trykk er ønskelig for den forbedrede gjenvinning av gassformige og væskeformige hydrokarboner som kan oppnås ved foreliggende oppfinnelse. Av-kjølingen ved ekspansjon forårsaker større kondensasjon av de tyngre dampformige hydrokarbonbestanddeler i de komprimerte gasser og damper og trykkreduksjonen tillater biprodukt-gasser med høyere damptrykk å anrike gass-strømmen som går til høytrykksseparatoren. Derfor anriker innføringen av komprimerte gasser med høyt trykk og høy temperatur i brønnhodegassen etter spjeldventilen 5 og før ytterligere oppvarming i oppvarmingsspiralen 6, hydrokarbon-innholdet i gass-strømmen,

og gir derved et høyere BTU innhold i salgsgassene.

I tillegg separeres mekanisk alle væskeformige kondensater fra de komprimerte gasser og damper som er tilstede i gass-væskestrømmen som strømmer gjennom ledningen 21, eller kondensert inne i strømmen, som tidligere beskrevet, og inn-føres i en vanlig høytrykksseparator 20 som tidligere beskrevet, ved hjelp av innvendige ledeplater og lignende (ikke vist), hvilket gir et relativt kondensatfritt salgsgassprodukt som kommer ut fra høytrykksseparatoren 20 gjennom ledning 26. Høytrykksseparator enhetene som med fordel kan brukes i foreliggende oppfinnelse kan kjøpes.

Når væskenivået i høytrykksseparatoren 20 øker, aktiverer væskenivåkontrollen 7 motorventilen 22, slik at væskekondensa tene kan tømmes ut gjennom røret 22 og ledning 20 til trinnseparatoren 30. Den mellomliggende trykkseparator 30 holdes på et lavere trykk enn høytrykkseparatoren 20. Under de valgte temperatur og trykkbetingelser for driften av trinnseparatoren 30 vil det meste av den absorberte naturgass og hydrokarbonbestanddeler med høyere damptrykk i kondensatene fordampe over i dampfasen. De fordampede gasser får strømme gjennom ledning 30 og gjennom baktrykksventilen 41 og ledningen 42 for etterfølgende kompresjon i flertrinns-kompre-sjonssystemet. Trinnseparatoren 30 akkumulerer også flytende kondensater som inneholder både hydrokarboner og vann. Vann-nivået i den mellomliggende trykkseparator 3 0 kan kon-trolleres ved hjelp av en væskenivåkontroll, hvilken kan kjøpes, som er ansvarlig for stigningen i hydrokarbon-vann-fasen som oppstår og kontrollerer utslippventilen 36 som vil slippe ut endel av vannet til avfall under trykk av de fordampede damper i trinnseparatoren 30. Det er anordnet en andre væskenivåkontroll som er ansvarlig for nivået av hydrokarbonkondensatene i trinnseparatoren 30 for å kontrol-lere en ventil 37 som, når den er åpen, på ligende måte vil fjerne en del av hydrokarbonkondensatene gjennom en ledning 44 og inn i lagringstanken 50 vist på fig. 1. Typiske fIotasjonsopererte kontroller som er egnet for dette formål kan kjøpes fra Kimray, Inc. og Custom Engineering og Manufacturing Corp., Tulsa, Oklahoma.

Som forut beskrevet innføres komprimerte gasser, damper og væsker med høy temperatur og trykk fra kompresjonsanordningene vist i fig. 4, 4a, 5 og 5a gjennom ledning 92 til en treveis temperaturkontroll -delingsventil 33. En termostat 39 som føler temperaturen til hydrokarbonkondensatene i trinnseparatoren 30 kontrollerer strømmen av komprimerte gasser og damper med høy temperatur og høyt trykk fra ledning 92 gjennom enten en forbiføringsledning 32 eller varmeveksler 34, avhengig av om ytterligere oppvarming kreves for de kondenserte hydrokarboner i trinnseparatoren 30 for den ønskede fordampning av bestanddelene av de kondenserte hydrokarboner med høyt damptrykk.

De flytende hydrokarboner fra trinnseparatoren 30

som går gjennom ledning 44 innføres i lagringstanken 50

som opererer ved ca. atmosfærisk trykk. Under disse temperatur og trykkbetingelser vil hydrokarbonene som innføres fra trinnseparatoren 3 0 gjennomgå noe ytterligere fordampning av de gjenværende komponenter med høyt damptrykk samt fri-gjøre noe absorbert naturgass og lignende. Reduksjonen av fordampede damper man kan vente å få med dette systemet frem-går av tabell 3, spalte 18 A. Om nødvendig kan lagringstanken 50 evakueres gjennom ventilen ved 52.

Som vist i fig. 5,7,8 og 9, er det ifølge oppfinnelsen mulig å erstatte trinnseparatoren med et rektifikasjonsplate-tårn for å oppnå den ønskede økning i salgsgassvolum og BTU innhold ved gjenvinningen av hydrokarbongassen og dampene som ellers ville slippe ut og gå tapt under fordampningen i lagringstanken og ved lufting av kondensatet i lagringstanken. Som forut beskrevet gir kompresjonanordningen (fig. 5a) gasser og damper til gass-strømmen etter spjeldventilen og de kondenserte væsker fra de mellomliggende kjølere mellom kompresjonstrinnene gjeninnføres fortrinnsvis i rektifikasjons

-enheten.

En typisk rektifikasjonsplatekolonne 100 som vil tilfredsstille hensiktene med foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 7.

Det ytre rør 101 inneholder plateavstandsholdere bestå-ende av bobleplater som vist med 102 og 103. Kondensatet fra høytrykksseparatoren innføres ved 105 og går ned gjennom platene i motstrøm med oppvarmede gasser og damper som er inn-ført ved 110. De resulterende gasser og damper tømmes ut til kompressorsug ved 106. Kolonnestørrelsen, d.v.s. dens lengde og diameter kan velges avhengig av foreliggende omstendigheter.

De oppvarmede gasser og damper som innføres ved 110 kan erholdes ved bruk av en typisk gjenoppvarmer som vist i fig.

8 og 9 med rektifikasjonskolonnen 100 vist på plass. En gass-fyrt rørbrenner (120) er anvendt på innsiden av den horison- tale gjenoppvarmer 115 og kontrollert (ikke vist) for å oppnå de spesifikke temperaturer som kreves for oppvarming av kondensatet som går ned gjennom strippekolonnen 100 for å gi gasser og damper som vil stige opp i motstrøm i kontakt med kondensatet for å fordampe de ønskede oppløste hydrokarboner og gasser med høyt damptrykk for gjeninnføring i brønngass-strømmen som tidligere beskrevet.

De følgende eksempler på drift av systemet ifølge foreliggende oppfinnelse viser overlegne resultater ved sammenligning med de vanlige resultater ved bruk av konvensjonelt utstyr som ikke gjør bruk av foreliggende oppfinnelse. Virkningsdataene ble simulert ved bruk av etablerte data fra Northern California Gas Company's (NCG) brønn nr. 3 - 14. Brønndata og tilførselens sammensetning som ble brukt for simuleringen er vist i tabell 1. Brønnhodegass-sammensetningen er basert på analyse av vanlig naturgassprodukt kombinert med en typisk kondensatanalyse for brønnen.

Resultatene fra komputersimuleringen er vist på tabell 2,3 og 4 som angir varme og materialbalansen for hver situa-sjon. I tabell 2 er de typiske resultater fra denne spesielle brønn vist hvor systemet bare anvender en vanlig oppvarming, høytrykksseparator og kondensattank. Normale nivåer for naturgassproduktvolum, kondensat-tankdamp og kondensat er vist samt den typiske hydrokarbonsammensetning for det natur-lige gassprodukt, kondensattankdamp og lagringstank-kondensat. Tabell 3 viser de samme resultater fra bruken av en trinnseparator og kompressor satt til det samme systemet og brønn samt resultater som vist i tabell 2.

Tabell 4 er det samme system som tabell 2 hvor trinnseparatoren er erstattet med en rektifiseringskolonne.

Som man kan se, ga den normale produksjonsenhets-virkningen fra tabell 2, 4507.0 M SCFD en naturgass med en høy varmeverdi (HHV) på 1148 BTU/SCF og 24.980 liter pr. dag kondensat med et målt Ried damptrykk (RVP) på 1,36 atm. Damptapet fra kondensasjonstankene var 109,3 MSCFD med en varmeverdi på 1892 BTU/SCF. Produksjonsenheten hadde en varmeytelse på 13,0 MM BTU/dag.

Til sammenligning skulle resultatene fra bruk av et system-to som anvendte en mellomliggende trykkseparator (tabell 3) gi 4597,5 MSCFD naturgass med en varmeverdi på 11,57 BTU/SCF og 27.090 liter/dag kondensat med en RVP

på 1,36 atm. Damptapet fra kondensattanken reduseres til 5,4 MSCFD med en varmeverdi på 2342 BTU/SCF. Varmeytelsen er litt redusert til 12,6 MM BTU/dag og et kompressorbehov på 21 bremsehestekrefter (BHP) er tilført.

Resultatene fra et system som anvender en rektifiserings -enhet (tabell 4) bør gi 4605,9 MSCFD naturgass på 1159 BTU/ SCF. Kondensatutbyttet er 26662 liter/dag ved RVP på 0,82 atm. Det er ikke noe damptap fra tanken. Varmeytelsen er redusert til 11,5 MM BTU/dag og kompressorbehovet er 24 BHP. Rektifiseringsgjenoppvarmeren tilfører et varmebehov av 2.0 MM BTU/dag.

Foregående prosess simuleringer gir en nøyaktig analyse av operasjonen ifølge foreliggende oppfinnelse. Da kondensattanken kan ta imot eller avvise varme fra og til atmosfæren, ble tanken simulert som en isoterm-fordampning som opptrådte ved 24°C. Denne temperaturen er en rimelig an-tagelse ut fra daglige og årstids klimavariasjoner og resultatene representerer derfor et årlig gjennomsnitt. I varmt vær vil kondensattanken operere varmere enn 24°C og mer damp vil gå tapt. Det motsatte er tilfelle hvis dampen er kaldere enn 24°C.

De økonomiske aspekter av de to beskrevne utførelses-former er sammenlignet med standard produksjonsenheten i tabell 5. For disse økonomiske betraktninger er naturgass verdsatt til $3,39/MSCF basert på en varmeverdi av 1000 BTU/ SCF (ekvivalentverdi $3,39/MM BTU). Kondensat verdsettes til $0,0154 pr.liter. Gassfyrings-varmeytelser antas å ha 80% virkningsgrad basert på brennstoff med høy varmeverdi (HHV). Denne høye varmevirkningsgraden forutsetter bruk av "Engineered Concepts Automatic Secondary Air Shutter" som er istand til å holde forbrennings-virkningsgrad større enn 90% basert på gass med lav varmeverdi (LHV) (80% basert på

HHV) .

Kompressoren som brukes i kompresjonstrinnene antas å ha en gassmaskindrift som krever 8000 BTU (LHV)/bhp time. Dette energibehovet er ekvivalent med 8850 BTU(HHV)/bhp time eller 0,212 MM BTU(HHV)/bhp dag.

Som man kan se i tabell 5 gjenvinner to-separatorenheten et bidrag av gass verdt $492/dag og et øket kondensatutbytte verdt $326/dag. De ytterligere driftsomkostninger er $ 11/ dag for en total netto inntektsøkning på $807/dag eller $294.555/år (365 dager).

Produksjonsenheten med rektifisering gjenvinner et bidrag av gass verdt $556 pr.dag og et øket kondensatutbytte $260 pr. dag. De ytterligere operasjonsomkostninger er $19 pr.dag for en total netto inntektsøkning på $797 pr.

dag eller $290.905 pr. år. Skjønt den totale hydrokarbon gjenvinning er høyere for denne enheten, kunne netto inn-tekten i dette tilfelle være mindre enn for et system som anvender to-separatorenheter. Dette skyldes strømprisene som verdsetter gassen til $3,39 pr. million BTU og $29,50 pr. fat for kondensat hvilket grovt tilsvarer $5,60 pr. million BTU for det stabile kondensat. Rektifiseringsenheten øker gassgjenvinningen på bekostning av kondensater. Både den normale produksjonsenhet og to-separatorenhetssystemet gir et kondensat med en RVP på 1,3 6 atm. etter at dampen er tapt fra tanken. Produksjonsenheten med rektifisering er simulert til å produsere et kondensat med et virkelig damptrykk på 0,86 atm. ved 38°C lik en RVP på 12. Dette gjøres slik at enheten kan innstalleres på stor høyde og i et stabilt kondensat nesten uten damptap fra kondensattanken. Når

rektifiseringen er innstallert, kan den justeres til å produsere et produkt med høyere damptrykk for å passe til lokale betingelser og fortsatt begrense damptapet.

Dette vil selvfølgelig øke kondensatutbyttet. Det stabile kondensat fra enheten med rektifiseringen er en verdi høyere enn normalt for raffinøren eller sluttforbrukeren på grunn av sin sammensetning. Avhengig av de foreliggende priser for kondensat kan det være mulig å til og med oppnå større økonomiske fordeler ved bruk av foreliggende oppfinnelse. Den ytterligere inntekt pr. år for produksjonsenhet med rektifisering vil være lik den ytterligere inntekt av to-separatorenheten hvis verdien av kondensatet økes ytterligere. Begge utførelsesformer gir derfor mulighet for større inntekt.

Til sammenligning simulerer tabell 6 som er knyttet til prosessen som skjematisk er vist i fig. 6 og 6a bruken av en trinnseparator som drives ved 38°C og 2.38 atm. med en gjenoppvarmer for den nødvendige varme, men uten kompresjon og resirkulering til spjeldutløpet, hvilket er et viktig karakterisktisk trekk i foreliggende oppfinnelse.

En omhyggelig analyse av de data som er vist for prosess-skjemaene som anvender foreliggende oppfinnelse med resultatene fra prosessene vist i tabell 2, fig.3 og tabell 6, fig.6 viser at det i tillegg til forbedring i salgsgassutbyttet og kvalitet forbedres det flytende kondensatutbytte med en forbedring i sammensetningen av kondensatet .

Skjønt foretrukne og illustrerende utførelsesformer

av oppfinnelsen her er beskrevet, må det være klart at opp-finnelsestanken kan ha andre utførelsesformer og anvendelser. Det medfølgende krav skal derfor anses å dekke alternative utførelsesformer av oppfinnelsen bortsett fra de begrens-ninger som foreligger ved teknikkens stand.

Claims (19)

1. Apparat for forbedring av volumutbyttet av brønnhodegass fra en naturgassbrønn ved bruk av flertrinns gass-væskeseparasjon og gass- og dampkompresjon karakterisert ved at den omfatter oppvarmingsanordninger for oppvarming av brønnhode-gassen til en forutbestemt temperatur; ventiler i forbindelse med oppvarmingsanordningen for reduksjon av trykket til brønnhodegassene i oppvarmingsmidlene til et forutbestemt redusert trykk for å danne brønnhodegasser med redusert trykk; blandingsanordninger for å blande brønnhodegassene med redusert trykk med komprimerte gasser og damper som er underkastet flertrinnskompresjon; høytrykksgass- væskeseparasjonsanordninger for separasjon av gasser og damper fra væsker i de oppvarmede brønnhodegasser og damper med redusert trykk som er blitt blandet med komprimerte gass; andre gass- væskeseparasjonsanordninger for videre separasjon av gasser og damper fra væsken separert ved høytrykksgass-væskeseparasjonsanordninger for å gi fordampede gasser, damper og flytende bestanddeler; og gasskompresjonsanordninger for kompresjon av gassene og fordampede bestanddeler gjenvunnet fra den andre gass- væskeseparasjonsanordning og innføring av de komprimerte gasser og fordampede bestanddeler i brønn-hodegasen med redusert trykk i blandingsanordningene.

2. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at det er anordnet varmeveksleranordninger mellom de komprimerte gasser og damper som kommer ut fra den andre gass- væskeseparasjonsanordning og væskene som tømmes ut fra høytrykks gass- væskeseparasjonsanordningen.

3. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at det er anordnet rør mellom høytrykksgass- væske-separas jonsanordningen og kompresjonsanordningen.

4. Apparatur ifølge krav 2, karakterisert ved at kompresjonsanordningen omfatter flere trinn kompresjon med kjøling mellom kompresjonstrinnene.

5. Apparatur for forbedring av volumutbyttet av en strøm av brønnhodegass ved bruk av flertrinnsgassvæske-separasjon med etterfølgende kompresjon karakterisert ved at den omfatter indirekte oppvarming for oppvarming av en strøm av brønnhodegass til en forutbestemt temperatur; spjeldventiler i strømmen for reduksjon av trykket til strømmen av brønnhodegass for å gi en lavere temperatur enn den forutbestemte temperatur strømmen medfører ved den indirekte oppvarmingsanordning; blandingsmidler for blanding av komprimerte gasser og damper etterpå gjenvunnet fra væskene separert fra brønnhodegassen inn i brønnhodegass-strømmen med redusert trykk; høytrykksgass-separasjonsanordning for å ta imot og separere de blandede brønnhodegasser og komprimerte gasser og damper fra et flytende kondensat ved en forutbestemt temperatur og trykk fra oppvarmingsanordningen etter blanding; trinnseparatoranordninger for å ta imot de separerte flytende kondensater fra høytrykksgass-separasjonsanordningen ved en forutbestemt lavere temperatur enn høytrykksgass-separasjonsanordningen for videre å separere oppløste gasser og damper "og vann fra et flytende kondensat; kompresjonsanordning for kompresjon av gasser og damper separert ved trinnseparatoranordningen for innføring av disse i blandingsanordningen.

6. Apparatur ifølge krav 5, karakterisert ved at den inneholder varmeveksler i trinnseparatoren for å ta imot de komprimerte gasser og damper og fjerne en forutbestemt varmemengde for operasjon av trinnseparatoren før innføringen av de komprimerte gasser og damper i blandingsanordningen.

7. Apparatur for økning av volumet og øke hydrokarbon-sammensetningen i en strøm av brønnhodegass ved bruk av flertrinnsgass-væskeseparasjon med etterfølgende kompresjon karakterisert ved at den omfatter indirekte oppvarmingsanordning for oppvarming av en strøm av brønnhodegass til en forutbestemt temperatur; spjeldventiler i brønnhodegass-strømmen for å redusere trykket til strømmen av brønnhodegass for å gi en lavere temperatur enn den temperatur strømmen til-føres av den indirekte oppvarmingsanordningen; blandingsanordning for å blande høytrykkskomprimerte gasser og damper med høy temperatur inn i brønnhode-gass-strømmen med redusert trykk; høytrykksgass-separasjonsanordninger for å motta den blande brønnhodegass-strøm ved en forutbestemt temperatur og trykk fra oppvarmingsanordningen etter blanding, og kunne separer gass og damp fra flytende kondensater; rektifiseringsanordninger for å ta imot de flytende kondensater fra høytrykkgass-separasjonsanordningen ved et forutbestemt lavere trykk enn høytrykksgass-separas jonsanordning for ytterligere å separere gasser og damper fra det flytende kondensat; kompresjonsanordning for å komprimere gasser og damper adskilt med rektifiseringanordningene for å føre dem inn i blandingsanordningen.

8. Apparatur ifølge krav 7, karakterisert ved at rektifiseringsanordningene omfatter rektifiserings-platekolonneanordninger og gjenoppvarmingsanordninger.

9. Apparatur ifølge krav 8, karakterisert ved at en del av de komprimerte gasser og damper fra kompresjonsanordningen innføres i rektifiseringsanordningene.

10. Fremgangsmåte ved separasjon av absorberte gasser og høytrykkshydrokarbondamp-bestanddeler fra kondenserte væsker i en naturgass brønnhodegass-strøm, karakterisert ved at man oppvarmer brønnhodegass-strømmen til en forutbestemt temperatur; reduserer trykket til brønnhodegass-strømmen; blander brønnhodegass-strømmen med komprimerte gasser og damper gjenvunnet fra kondenserte væsker som etterpå er separert fra brønnhodegass-strømmen; mekanisk separerer væskene som er kondensert fra brønnhodegass-strømmen ved et forutbestemt trykk; gjenvinner de kondenserte væsker og fordamper de flytige bestanddeler fra de kondenserte væsker ved en forutbestemt temperatur og trykk lavere enn trykket som anvendes under mekanisk separering av væskene; gjenvinner de fordampede bestanddeler; komprimerer de fordampede bestanddeler til et forutbestemt trykk; og innfører de komprimerte bestanddeler i brønnhodegass-strømmen .

11. Apparatur for forbedring av utbyttet av brønnhodegass og flytende kondensater fra en naturgassbrø nn ved bruk av flertrinns gass-væskeseparasjon og gass og damp kompresjon karakterisert ved at den omfatter oppvarmingsanordninger for oppvarming av brønnhodegass til en forutbestemt temperatur; ventiler i forbindelse med oppvarmingsanordningene for å redusere trykk og temperaturen til brønnhodegassene i oppvarmingsanordningene til et forutbestemt redusert trykk og temperatur for å gi brønnhodegasser med med redusert trykk; blandingsanordninger for å blande brønnhodegassene med redusert trykk og temperatur med komprimerte gasser og damper som har gjennomgått flertrinnskompresjon; høytrykksgass-væskeseparasjonsanordninger for å separere gasser fra væsker i de oppvarmede brønnhode-gasser med redusert trykk som er blitt blandet med komprimerte gasser og damper; andre gass-væskeseparasjonsanordninger for ytterligere separasjon av gasser og damper fra væsken separert med høytrykks gass-væske separasjonsanordninger for å gi fordampede gasser og damper og flytende bestanddeler ; og gasskompresjonsanordninger for å komprimere og kondensere gass og dampbestanddeler gjenvunnet fra de andre gass-væskeseparasjonsanordninger og innføre de komprimerte gasser og damper i brønnhodegassene ved redusert trykk og temperatur i blandingsanordningene for å kondensere flytende kondensat separerbart med høytrykks gass-væskeseparasjonsanordninger fra gassene og dampene.

12. Apparatur ifølge krav 11, karakterisert ved at det er plassert varmevekslere mellom de fordampede gasser og damper som tømmes fra de andre gass-væskeseparas jonsanordninger og væskene som tømmes fra høytrykksgass-væskeseparasjonsanordningene.

13. Apparatur ifølge krav 12, karakterisert ved at kompresjonsanordningene omfatter flertrinns kompresjon med kjøling mellom kompresjonstrinnene.

14. Apparatur for forbedring av utbyttet av gasser og væskekondensat fra en strøm av brønnhodegass ved bruk at flertrinns gass-væskeseparasjon med etterfølgende kompresjon, karakterisert ved at den omfatter indirekte oppvarmingsanordninger for oppvarming av en strøm av brønnhodegass til en forutbestemt temperatur ; spjeldventiler i strømmen for å redusere trykk og temperatur til strømmmen av brønnhodegass til en forutbestemt lavere temperatur enn den forutbestemte temperatur strømmen bringes til ved de indirekte oppvarmingsanordninger; blandingsanordninger for blanding av komprimerte gasser og damper med relativ høy temperatur og høyt trykk inn i brønnhodegass-strømmen med redusert trykk; høytrykkgass-separasjonsanordninger for å ta imot de blandede brønnhodegasser og komprimerte gasser, damper og flytende kondensater med en forutbestempt temperatur og trykk fra oppvarmingsanordningen etter blanding, hvilke separasjonsanordninger kan separare gasser og damper fra flytende kondensater; trinnseparatoranordninger for å ta imot de flytende kondensater fra høytrykks gass-separasjonsanordningene ved et forutbestemt lavere trykk enn høytrykks gass-separas jonsanordningene for ytterligere å adskille opp-løste og høydamptrykksgasser og damper og vann fra det flytende kondensat; kompresjonsanordninger for å komprimere gassene og dampene adskilt med trinnseparatoranordningene for å innføre dem i blandingsanordningen.

15. Apparatur for å øke volumet og B.T.U. innholdet av en strøm av brønnhodegass og for å øke utbyttet av flytende hydrokarbonkondensat ved bruk av flertrinnsgass-væskeseparasjon med etterfølgende kompresjon, karakterisert ved at den omfatter indirekte oppvarmingsanordninger for å oppvarme en strøm av brønnhodegass til en forutbestemt temperatur; spjeldventiler i strømmen for å redusere trykk og temperaturen til strømmen av brønnhodegass til en forutbestemt lavere temperatur enn den forutbestemte temperatur strømmen bringes på av de indirekte oppvarmingsanordninger; blandingsanordninger for å blande komprimerte gasser og damper inn i brønnhodegass-strømmen med redusert trykk; høytrykksgass-separasjonanordninger for å ta imot de blandede brønnhode og komprimerte gasser, damper og flytende kondensater ved en forutbestemt temperatur og trykk fra oppvarmingsanordningen etter blanding, og for separasjon av gass og damp fra de flytende kondensater; rektifiseringsanordninger for å ta imot de flytende kondensater fra høytrykksgass-separasjonsanordningene ved en forutbestemt lavere temperatur enn høytrykks-gass-separas jonsanordningene for ytterligere å adskille oppløste og høydamptrykks gasser og damper av vann fra det flytende kondensat; kompresjonsanordninger for å komprimere gassene som er separert med rektifiseringsanordningene for å innføre dem i blandingsanordningene .

16. Apparatur ifølge krav 15, karakterisert ved at rektifiseringsanordningene omfatter rektifisering-platekolonner og gjenoppvarmingsanordninger.

17. Apparatur ifølge krav 16, karakterisert ved at endel av de komprimerte gasser og damper fra kompresjonsanordningene innføres i rektifiseringsanordningene .

18. Fremgangsmåte ved separasjon av absorberte gasser, damp og flytende hydrokarbonbestanddeler fra væskene skilles fra naturgassbrønnhodegasser, karakterisert ved trinnene oppvarming av brønnhodegassen til en forutbestemt temperatur; reduksjon av trykk og temperaturen til brønnhode- gassen; blanding av brønnhodegassen med gasser og damper gjenvunnet fra væskene etterpå separert fra brønn-hodegass-strømmen ; mekanisk separasjon av væskene fra brønnhodegassene ved et forutbestemt trykk og temperatur; gjenvinning av væskene og fordampning av de flyktige bestanddeler fra væskene ved en forutbestemt temperatur og lavere trykk enn det trykk som anvendes under den mekaniske separasjon av væskene; gjenvinning av fordampede bestanddeler; kompresjon av fordampede bestanddeler til et forutbestemt trykk; og innføring av de komprimerte gasser og damper fra de fordampede bestanddeler i brønnhodegassene.

19. Apparatur ifølge krav 15, karakterisert v e d at kompresjonsanordningene inneholder mellomliggende kjølere og kondensat fra disse mellomliggende kjølere til-bakeføres til rektifiseringsanordningene.