способ создания хранилища гелия при разработке группы месторождений гелийсодержащего природного газа различной емкости

Формула изобретения

Способ создания хранилища гелия при разработке группы месторождений гелийсодержащего природного газа различной емкости, в котором осуществляют бурение и строительство скважин с применением труб, резьбовых соединителей, скважинного оборудования, элементов затрубного пространства, защищенных от проникновения гелия с помощью полимерных покрытий и герметичных материалов, добычу из одного или нескольких малых месторождений гелийсодержащего природного газа с последующей его транспортировкой и закачкой в крупное месторождение, по запасам газа превосходящее на порядок и более любое из малых месторождений, до тех пор, пока объем выкаченного газа станет равным или в 1,2-1,3 раза превысит суммарный объем гелия, содержащегося в природном газе всей группы месторождений, после чего осуществляют эксплуатацию крупного месторождения, а также закачку выделенного на заводских технологических установках из добываемого гелийсодержащего газа гелия или гелиевого концентрата в малые месторождения для хранения в высвобожденных от природного газа структурах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области создания подземных хранилищ газов, в частности гелия, а также для утилизации попутного нефтяного газа, СО₂, H₂S и др.

Известен способ сооружения хранилища гелия в одной из структур месторождения гелийсодержащего природного газа, включающий бурение на продуктивный пласт и также на пласт для хранения гелия эксплуатационных и нагнетательных скважин для отбора гелийсодержащего природного газа, бурение скважин для закачки и отбора гелия и бурение наблюдательных скважин для контроля давления и концентрации гелия в пласте, отбор через эксплуатационные газодобывающие скважины гелийсодержащего природного газа, транспортировку его на газоперерабатывающий завод для дальнейшего извлечения из природного газа гелия или гелиевого концентрата, а также транспортировку извлеченного гелия или гелиевого концентрата к месторождению и закачку гелия в пласт для хранения (научная статья «Хранение гелия в месторождении Клиффсайд», Майлз Д.Таде., Член AIME, Горное бюро США, Техас, Амарилло, журнал «The Journal of Petroleum Technology», стр.885-888, 1967 г.). Основным недостатком известного способа является зависимость объема добычи газа для его реализации от спроса на гелий. Другим, не менее значимым, недостатком такой технологии является необходимость постоянного тщательного контроля за давлением и концентрацией гелия в пласте, закачиваемого под давлением, превышающим давление газа в пласте, что связано с необходимостью бурения наблюдательных скважин и с естественным удорожанием работ по сооружению хранилища, что делает подобную технологию сооружения и эксплуатации хранилища гелия неприемлемой для решения основной проблемы добычи и реализации прежде всего природного газа, а не гелия. Гелий как содержащийся в природном газе негорючий газ и стратегический продукт подлежит извлечению, хранению и реализации как побочный продукт при освоении месторождений гелийсодержащего природного газа.

Техническим результатом, на достижение которого направлен заявленный способ, является обеспечение неограниченной добычи природного газа независимо от спроса на гелий, а также минимизация затрат на сооружение хранилища для него за счет разработки более эффективного способа создания хранилища гелия. Это происходит за счет того, что до освоения крупного основного месторождения гелийсодержащего природного газа, в структурах малых месторождений-сателлитов подготавливают емкости для последующей закачки и хранения гелия путем отбора газа из них и перекачки его в крупное месторождение.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном способе создания хранилища гелия при разработке группы месторождений гелийсодержащего природного газа различной емкости согласно изобретению осуществляют бурение и строительство скважин с применением труб, резьбовых соединителей, скважинного оборудования, элементов затрубного пространства, защищенных от проникновения гелия с помощью полимерных покрытий и герметичных материалов, после чего осуществляют добычу из одного или нескольких малых месторождений гелийсодержащего природного газа с последующей его транспортировкой и закачкой в крупное месторождение, по запасам газа превосходящее на порядок и более любое из малых месторождений, до тех пор, пока объем выкачанного газа станет равным или в 1,2-1,3 раза превысит суммарный объем гелия, содержащегося в природном газе всей группы месторождений, после чего начинают эксплуатацию крупного месторождения, а выделенный на заводских технологических установках из добываемого гелийсодержащего природного газа гелий или гелиевый концентрат закачивают в малые месторождения для хранения в высвобожденных от природного газа структурах.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором в качестве примера показана принципиальная схема реализации предлагаемого способа.

На схеме отображены крупное месторождение 1 и малые месторождения 2 (месторождения-сателлиты) гелийсодержащего природного газа, на которых пробурены и обустроены скважины соответственно 3 и 4, трубопровод 5, связывающий скважины 3 крупного месторождения 1 со скважинами 4 малых месторождений 2, технологическая установка 6 для извлечения гелия из природного газа, компрессорная установка 7 для перекачки гелийсодержащего природного газа из скважин 4 месторождений 2 в месторождение 1 через скважины 3, а также для подачи гелия, извлеченного из газа из крупного месторождения 1 с помощью заводских технологических установок 6 в малые месторождения 2 через скважины 4, трубопроводы 8 и 9 отвода и подачи товарного очищенного природного газа (ТПГ) потребителю.

Для дальнейшего использования трубопровода 5, после окончания перекачки газа из месторождения 2 в месторождение 1, для подачи гелия или гелиевого концентрата из технологической установки 6 в освобожденные «емкости» месторождения 2 технологическую установку 6 на входе и на выходе связывают с трубопроводом 5, соответственно, трубопроводами 10 и 11, снабженными задвижками 12 и 13, а между ними, на трубопроводе 5, устанавливают запорный кран 14. Кроме этого обвязку компрессорной установки 7 выполняют с возможностью обеспечения реверса потоков газа (на чертеже не показано).

Описанная принципиальная схема реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

Процесс создания хранилища гелия и последующего освоения группы месторождений гелийсодержащего природного газа начинают с бурения скважин 3 и 4 на крупном и мелких месторождениях соответственно 1, 2. Скважины 3 на крупном месторождении 1 обустраивают традиционным способом. Скважины 4 на мелких месторождениях 2 обустраивают с применением труб, резьбовых соединителей, скважинного оборудования и элементов затрубного пространства, а также наземной газотранспортной системы, защищенных от проникновения гелия с помощью полимерных покрытий и герметичных материалов (на чертеже не показано).

После бурения и обустройства скважин 3 и 4 на месторождениях 1 и 2 или одновременно с бурением и обустройством указанных скважин 3, 4 сооружают соединяющую эти месторождения газотранспортную наземную систему, включающую трубопроводы 5, 8, 9, 10 и 11 с задвижками 12, 13 и запорным краном 14, технологическую установку 6 и компрессор 7. Затем начинают добычу гелийсодержащего природного газа из мелкого месторождения 2 по скважинам 4 и подают его по трубопроводу 5 через открытый запорный кран 14 и скважины 3 в продуктивный пласт или пласты крупного месторождения 1. После перекачки необходимого объема газа запорный кран 14 на трубопроводе 5 закрывают и процесс прекращают в связи с окончанием высвобождения необходимой «емкости» для последующей закачки и хранения гелия или гелиевого концентрата.

Далее начинают процесс добычи основного газа с крупного месторождения 1 через скважины 3. Добытый газ подают по трубопроводу 5 на газоперерабатывающий завод (на чертеже не показан), где на технологических установках 6 из поступающего по трубопроводу 10 через открытую задвижку 12 гелийсодержащего природного газа извлекают гелий, который по трубопроводу 11 через открытую задвижку 13 подают на прием компрессора 7, с помощью которого гелий нагнетают через скважины 4 в подготовленный для его хранения пласт мелкого месторождения 2. Очищенный от гелия товарный природный газ транспортируют по трубопроводам 8 и 9 потребителю.

При наличии потребителя природного газа, в случае его откачки из скважин 4 малого месторождения 2, возможен вариант закачки в скважины 3 крупного месторождения 1 гелиевого концентрата после его выделения из гелийсодержащего природного газа, транспортируемого из малого месторождения 2. Для этого добываемый из малого месторождения 2 гелийсодержащий природный газ по трубопроводу 5 через открытую задвижку 13 и далее по трубопроводу 11 транспортируют на заводскую технологическую установку 6, где осуществляется выделение гелиевого концентрата из транспортируемого газа, после чего гелиевый концентрат по трубопроводу 10 через открытую задвижку 12 и далее по трубопроводу 5 закачивают в крупное месторождение 1, а очищенный товарный природный газ по трубопроводам 8 и 9 подают потребителю.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в следующем:

- скважины только на малых месторождениях после частичной или полной откачки гелийсодержащего природного газа из них должны быть защищены от воздействия гелия и его утечки, так как указанные скважины в дальнейшем используются для хранения гелия, его закачки и отбора. Для скважин на крупном месторождении этого не требуется в связи с тем, что через них из месторождения извлекают не чистый гелий, а лишь гелийсодержащий природный газ с небольшим содержанием гелия (0,02-0,5%), негативным влиянием которого можно пренебречь. Соблюдение этого условия также позволит существенно снизить общую стоимость буровых работ и обустройства скважин, так как основная их часть (не менее 90%) будет буриться на крупном месторождении;

- перекачка гелийсодержащего природного газа из малых месторождений в крупное не нарушит сколько-нибудь состояния продуктивного пласта, так как объем закачиваемого газа относительно мал и составит не более 0,5-1,0% от объема хранимого газа в крупном месторождении;

- для создания необходимых «емкостей» в малых месторождениях для последующего хранения гелиевого концентрата надо выкачать из них объем газа, превышающий объем хранения гелия в 1,2-1,3 раза, так как гелиевый концентрат, как правило, содержит только 70-80% гелия, а потому его объем превышает объем гелия на указанную величину;

- объем добычи природного газа из крупного месторождения согласно предлагаемой технологии не зависит от спроса на гелий, так как для хранения гелия предварительно, на малых месторождениях, создается хранилище на максимальный объем хранения гелия или гелиевого концентрата.

Реализация предлагаемого способа позволит приступить к освоению основных групп месторождений гелийсодержащего природного газа Восточной Сибири России, а также обеспечить гарантированное сохранение гелия - ценнейшего стратегического продукта.