Месторождение Карачаганак нефтегазоконденсатное месторождение Казахстана, расположено в Западно-Казахстанской области, вблизи города Аксай. Открыто в 1979 году. Начальные запасы месторождения составляют свыше 1 млрд тонн нефти и газового конденсата, содержит кроме основных газоконденсатных горизонтов и нефтяные залежи. Следовательно, при разработке месторождения, обеспечивающего высокий отбор наиболее ценных частей углеводородного сырья - нефти и стабильного конденсата, а также при организации промыслового сбора, подготовки и транспорта, в том числе и трубопроводного, которой в данный момент получил особую актуальность для этого региона необходимо особенно тщательно изучать особенности состава и свойств нефтей и конденсатов[1].
Уникальность месторождения диктует определенные условия, в ходе разработки этого месторождения особенно важное значение приобретает систематический контроль не только за изменениями физических параметров залежей (условии равновесия фаз), но и за изменениями состава и свойств продукции скважин (особенно нефтяных). Это необходимо для прогнозирования состава товарной нефти и стабильного конденсата для целей переработки, а также возможного регулирования параметров для повышения конденсатоотдачи при Сайклинг-процессе.
Для нефтей из каменноугольных горизонтов месторождения Карачаганак характерно повышение содержания асфальто-смолистых веществ, вязкости и плотности по мере глубины залегания. При этом происходит увеличение коксуемости. Наиболее тяжелой из исследованных проб является нефть скважины 29, отобранная из интервала перфорации 5164-5174 м (плотность при 20°С 865 кг/м3) с температурой застывания 2°С.
Она содержит 0,93% асфальтенов, 9,02% силикагелевых смол и 7,44% парафина (с температурой плавления 56°С). В интервале температур O-IO0C из-за выпадения в объеме нефти кристалликов парафина она проявляет аномалию вязкости, приобретает статическое и динамическое напряжение сдвига. Девонская нефть месторождения Карачаганак (скважина 15, интервал перфорации 5647-5754м) является исключением. Она светло- желтого цвета и напоминает белые нефти месторождений Оймаша, Ракушечное. Содержит всего 1,1% силикагелевых смол, асфальтены отсутствуют. Нефть маловязкая и низкозастывающая она имеет высокий выход светлых фракций (до 350°-61,3% масс) [1].
Стандартные бензиновые фракции Карачаганакской нефти, скважины 15 выкипающие до 200°С, характеризуются низким содержанием серы от 0,003 до 0,024%.
Тогда как фракции нефтей того же месторождения скважины 14 отличаются повышенным содержанием серы и высокой кислотностью. Поэтому легкие фракции этих нефтей (н.к.-120°, н.к.-150°) могут служить прямогонными компонентами авиа- и автобензинов после очистки от сернистых соединений и гидрокаталитической переработки на специально разработанном катализаторе можно получить высокооктановый бензин с достаточно высоким выходом (70-80%) без каталитического риформинга.
Фракции н.к.-180° и н.к.-200° после щелочной очистки можно использовать в качестве растворителя для лакокрасочной промышленности по ГОСТ 3134-52. Керосиновые фракции нефтей месторождения Карачаганак кроме девонской нефти (скважины 15) имеют повышенную кислотность и высокое содержание серы. Все они по основным физико- химическим характеристикам отвечают требованиям ГОСТ 10227-62 на реактивное топливо TC-I или PT (фракции 120°-230°С, 120°-240°С) или требованиям ГОСТ 305-82 в качестве прямогонных компонентов зимних дизельных топлив марки «3», в случае необходимости осветительным керосином КО-20 по ГОСТ 4753- 68.
Фракции (150°-280°, 150°-320°С) - легкие керосиновые дистилляты девонской нефти Карачаганакского месторождения из-за малой вязкости и низкой плотности не отвечают требованиям ГОСТ на реактивные топлива. Керосиновые фракции из нефтей других скважин содержат повышенное количество общей серы, не соответствующее требованиям ГОСТа. По остальным физико-химическим характеристикам они отвечают требованиям ГОСТа 10227-86 на реактивное топливо TC-I или PT или требованиям ГОСТа 305-82 в качестве прямогонных компонентов зимних дизельных топлив марки 3, при необходимости - требованиям ГОСТа 4753-68 на осветительный керосин 30.20. Дизельные дистилляты Карачаганакской нефти скважины 14 сернистые и низкозастывающие фракция 180°-350°С по основным характеристикам отвечает требованиям ГОСТ 305-82 на зимнее дизельное топливо после соответствующей очистки. Из числа аналогичных дистиллятов Карачаганакской нефти (скважины 20) фракция 200° - 320°С отвечает требованиям на зимние топливо, а другие могут быть использованы согласно ГОСТ 305-82 в качестве летнего дизельного топлива.
Дизельные дистилляты, отобранные из Карачаганакской нефти скважины 15 малосернистые, температуры застывания низкие. Фракции 180°-350°, 200°-320°, 200°-350°С по основным характеристикам отвечают требованиям ГОСТ 308-82 на зимнее топливо для холодной климатической зоны, а фракция 250°-350°С на летнее дизельное топливо. Вакуумный дистиллят маловязкий. Парафино-нафтеновые углеводороды в нем составляют 74,8, ароматические - 24,51%, значительная часть последних приходиться на углеводороды II и III групп (19,33%).
Среди моторных топлив особое место занимает автомобильные и авиационные бензины, имеющие максимально возрастающие потребности использования в современном мире[2].
Нефти различных месторождении содержат различное количество легких прямогонных фракции, который в зависимости от углеводородного состава и характеристик могут быть использованы в качестве того или иного бензина или их компонентов.
Легкие прямогонные фракции нефтей, выкипающих до 200 0C, используются также для различных технических нужд. Например, в качестве растворителей для резиновой, лакокрасочной промышленности и другие.
Так легкие погоны нефтей, которые по тем или иным признакам не отвечают требованиям соответствующих ГОСТов на моторные бензины,бензины-растворители, направляются на вторичные процессы переработки и очистки для получения нефтепродуктов требуемого состава и качества.
Выход бензиновых фракций Карачаганакских нефтей н.к.-150 oC для них соответственно 35,18 и 17,45 %, но эти фракции отличаются большим содержанием серы.
Таблица 1 - Физико-химическая характеристика нефтей
|
Г оризоі IT |
Интервал перфорации |
Z S S гл Q Z Z |
Р4° |
Z |
Вязкость при 20°Cr MM2 C |
Температу р a, 0C |
Содержание, масс % |
Коксуемость, % |
Парафин |
Выход фракций, % |
||||||
|
вспышки в закрытом тигле |
Z о И g CJ m |
асфальтенов |
Z OJ о OJ 5 = S Z и |
смол сернокислотных |
серы |
содержание |
У |
У гч о |
до 350 cC |
|||||||
|
карб. |
5007-5023 |
20 |
816Л0 |
145 |
5,16 |
0 |
-24 |
0,06 |
2,2 |
23 |
0,87 |
0,83 |
6,2 |
48 |
36,7 |
64,2 |
|
карб. |
5164-5174 |
29 |
865,0 |
239 |
94,5 |
0 |
2 |
0,93 |
9,02 |
48 |
3,3 |
7,44 |
7,44 |
56 |
22,0 |
39,5 |
|
карб. |
5120-5170 |
14 |
845г6 |
262 |
18,59 |
-2 |
-28 |
1,30 |
3,38 |
32 |
0,86 |
1,6 |
4,97 |
46 |
24,0 |
49,0 |
|
карб. |
4734-4762 |
И |
792,0 |
171 |
2,70 |
0 |
-40 |
0,21 |
2,10 |
8,0 |
1,0 |
0,3 |
4,31 |
48 |
48,4 |
72,5 |
|
карб. |
5202-5207 |
13 |
849,5 |
12,10 |
- |
-20 |
0,70 |
8,85 |
V |
2,9 |
6,96 |
49 |
28,8 |
55,0 |
||
|
дев. |
5647-5754 |
15 |
803,6 |
201 |
3,59 |
- |
-15 |
отс. |
1,17 |
2.2 |
0,46 |
0,37 |
5,2 |
48 |
37,5 |
61.25 |
Так, в бензиновых фракциях н.к.-150°С содержится 0,2-0,56% серы, что значительно превышает нормы ГОСТов на авто и авиационные бензины.
После соответствующей очистки фракции могут служить прямогонными компонентами этих топлив. Например, фракции н.к.-120°С по фракционному составу отвечают требованиям ГОСТ 1012-72 на авиационный бензин Б-70.
Остальные более тяжелые бензиновые фракции после очистки от серы могут применяться в качестве растворителей для лакокрасочной промышленности (ГОСТ 3134-52) [3].
Таблица 2 - Физико-химические характеристики бензиновых фракций
|
Температура отбора, 0C |
Выход на нефть, % |
20 P4 |
20 Ид |
Содержание углеводородов, % |
||||
|
ароматических |
нафтеновых |
парафиновых |
||||||
|
суммарное |
нормального строения |
изостроения |
||||||
|
Нефть из скважины № 15 |
||||||||
|
Н.К.-62 |
3,25 |
0,6495 |
1,3787 |
- |
7,59 |
92,41 |
9,38 |
83,03 |
|
62-95 |
7,60 |
0,6962 |
1,3962 |
7,5 |
13,9 |
78,6 |
9,5 |
69,1 |
|
95-122 |
10,62 |
0,7363 |
1,4132 |
15,6 |
13,5 |
70,9 |
5,21 |
65,69 |
|
122-150 |
7,40 |
0,7578 |
1,4252 |
23,94 |
13,69 |
62,37 |
2,90 |
59,47 |
|
150-200 |
11,90 |
0,7737 |
1,4392 |
31,68 |
10,25 |
58,07 |
7,91 |
50,16 |
|
Н.К.-200 |
40,75 |
0,7366 |
1,4194 |
15,74 |
11,79 |
72,47 |
6,98 |
65,49 |
|
Нефть из скважины № 14 |
||||||||
|
Н.К.-62 |
1,2 _ |
0,6776 |
1,3840 |
- |
и,з |
887 |
88,7 |
- |
|
62-95 |
3,8 |
0,6864 |
1,3940 |
8,6 |
17,8 |
73,6 |
73,6 |
- |
|
95-122 |
4,5 |
0,7255 |
1,4085 |
12,6 |
21,9 |
65,5 |
65,5 |
- |
|
122-150 |
6,5 |
0,7542 |
1,4230 |
20,2 |
19,1 |
60,7 |
60,7 |
- |
|
150-200 |
%0 |
0,7804 |
1,4380 |
26,3 |
22,1 |
51,6 |
51,6 |
- |
Фракции 120-240°С полученные из Карачаганакских нефтей по фракционным составам, значениям кинематической вязкости, высоты некоптящего пламени и температуры вспышки удовлетворяют требованиям ГОСТ 10227-62 на реактивное топливо TC-I, однако повышенное содержание серы обусловливает некондиционность фракции.
Максимальным выходом на нефть отличаются фракции 120-240С Карачаганакских нефтей (27,7-35,4%). Нефти месторождения Карачаганак, отличаются большим выходом легких фракции (30-50%) фракции н.к.-200С.
Дизельные дистилляты.
Дистилляты 230-350 и 240-350°С по значениям основных характеристик удовлетворяет требованиям ГОСТ 305-82 на летнее дизельное топливо марки Л.
Для них коксуемость 10%-ного остатка немного превышает норму 0,3%.
Широкая дизельная фракция 180-350С с выходом на нефть 20,5%масс является кондиционным зимним дизельным топливом марки 3 для дизелей общего назначения в умеренной климатической зоне.
Последующие две фракции 200-320 и 200-350°С также могут служить в качестве топлива 3 для судовых и тепловозных дизелей (по величине вязкости при 20 0C.)
Исследованы [1]. Характеристики смесей углеводородов из этих фракции, не образующих комплекс с карбамидом и характеристики жидких парафинов, выделенных при карбамидной депарафинизации фракции.
В результате депарафинизации температуры застывания фракции снижается, а значение других характеристик немного повышены.
Выделенные из фракции жидкие парафины имеют средние молекулярные массы 202, 219 и застывают при температурах минус 4 и минус 8.
Были приведены характеристики различных остатков, полученных при перегонке нефти в аппарате АРН-2. Остатки, за исключением двух последних, могут служить поточным мазутом № 40 по ГОСТ 10585-75.
Температура застывания их не превышает 25°С, следовательно, они рассматриваются как мазуты из высокопарафинистой и высокосернистой нефти. Остатки выше 400 и выше 450 0C могут служить мазутом марки М100, а также как из высокопарафинистой нефти (т.к. их температура застывания не превышает 42°С- требования упомянутого ГОСТ) [4].
Для определения технологической классификации нефти месторождения «Карачаганак» необходимо проанализировать следующие показатели:
|
Содержание серы в нефти, % |
Содержание светлых фракций, выкипающих до 350°С, % |
Потенциальное содержание базовых масел, вес. % |
Индекс вязкости базовых масел |
Содержание парафинов, % |
|
0,4-1,2 |
39,5-64,2 |
7,41-16,13 |
107-139 |
4,97-9,8 |
На основании вышеизложенных показателей физико-химической характеристики нефти можно составить следующий технологический шифр по ГОСТ для нефтей месторождения «Карачаганак»
II - класс по содержанию серы в нефти
Ti - тип по содержанию фракций, выкипающих до 350°С.
Мг- группа по потенциальному содержанию базовых масел.
Hi - индекс вязкости базовых масел.
Пз - вид по содержанию парафинов в нефти.
Анализ нефтей месторождения Карачаганак следующие обнаруживает следующие свойства:
Нефти месторождения Карачаганак имеют следующий усредненный состав: нефть сернистая (содержание серы 0,4 - 1,2); содержание парафина (4,97 - 9,8) с температурой плавления 50°С; малосмолистая асфальтенов в среднем 0,33%, содержание селикагеливых смол 4,95%, температура вспышки +5°С, температура застывания - 25°С. Выход светлых фракций н.к. - 200°С составил в среднем 47,9%, фракций до 350°С - 68,5%.
На основании вышеизложенных результатов можно рекомендовать следующие варианты переработки:
Анализ показал, что нефти месторождения можно использовать как сырье для получения моторных топлив с предварительной гидроочисткой. Выход фракций 350°С -500°С также высок, в среднем 10 - 20% на нефть, исследование свойств остатков показало, что их можно использовать так же - как сырье для получения смазочных масел. По вышесказанному можно резюмировать, что нефть месторождения «Карачаганак» целесообразно перерабатывать следующим образом: для переработки девонской нефти месторождения предлагается топливный вариант с параллельным получением сырья для нефтехимии по топливно-масленому варианту, а для нефтей каменноугольных горизонтов разработана поточная схема по топливно-масляному варианту.
На основании вышеизложенного нами предлагаются два варианта переработки нефтей месторождения Карачаганак [5].
Для переработки девонской нефти месторождения предлагается топливный вариант с параллельным получением сырья для нефтехимии (рисунок 4).
Газовый конденсат поступает на разделение. C установки разделения исходит 3 потока, фракция 120°-150°С идет как прямогонный бензин, часть той же фракции поступает на термокаталитический пиролиз с получением сырья для нефтехимического синтеза. Второй поток - это фракции керосина и дизельного топлива, часть той же фракции поступает на гидролиз для получения сырья нефтехимического синтеза этилена и полипропилена. Третий поток разделения- котельное топливо.
Газ сепарации поступает на термокаталитический пиролиз. Туда же поступает и пироконденсат побочный продукт гидролиза, конечный продукт термокаталитического пиролиза широкий спектр сырья для нефтехимического синтеза.
Для нефтей каменноугольных горизонтов разработана поточная схема по топливно-масляному варианту (рисунок 2)
Нефть поступает на установку ЭЛ ОУ-АВТ, где подвергается электрообессоливанию, обезвоживанию и разделению на следующие фракции: 120°-150°С, 180°-240°С, более 450°С. Фракция 120°-150°С поступает на гидроочистку, для получения высокооктанового бензина. Фракция 180°-240°С также подвергается гидроочистке с целью получения дизельного топлива. C вакуумной перегонки получают масляную фракцию 350°-400°С. Дистиллятные фракции подвергаются селективной очистке, депарафинизации и адсорбционной доочистке с получением базовых масел.
Из остаточной фракции получают компонент строительного битума с установки производства битумов. На эту же установку отправляют побочный продукт селективной очистки - экстракт. Гач, получаемый при депарафинизации дистиллятных фракций, используют в качестве компонента котельного топлив.
Список литературы:
- Н.К. Надиров. «Нефть и газ Казахстана», АО «Мұнай» - Алматы, Ғылым, 1996 г. ч. 2.
- С.Г.Хабибуллин, О.Ю. Панченко «Моделирование процессов переработки Карачаганакского газоконденсата» Сборник научных трудов международной научно- практической конференции «К 110-летию Казахстанской нефти» г. Атырау, 2009 г.
- С.Г.Хабибуллин, О.Ю. Панченко «Перспективное направление переработки газоконденсата Карачаганакского месторождения» Вестник АИНГ №16, 2009 г.
- А.И. Быстров, С.Г. Хабибуллин, И.Р. Хайрудинов, Ф.М. Султанов, Н.С. Иванова «Прогнозирование результатов переработки газового конденсата по данным анализа его химического состава и отбора товарных продуктов с использованием балансовой схемы» Материалы Международной научной - практической конференции «Нефтегазопереработка-2010» г.Уфа, 2010 г.
- О.Ю. Панченко, Г.Н. Мухамбетова «Перспективы переработки высокосернистого сырья в Казахстане» Материалы IV научно-технической конференции молодых специалистов. Омскнефтехимпроект. г.Омск, 2013 г.