În câmpurile de exploatare petrolieră ţiţeiul extras este însoţit, în mod normal de gaze naturale, care ies din zăcământ odată cu ţiţeiul. Amestecul de ţiţei şi gaze naturale este transportat în parcurile de separaţie unde în instalaţii speciale gazele naturale sunt separate de ţiţei. La exploatările unde sunt utilizate pompe de adâncime, odată cu extracţia amestecului ţiţei/gaze naturale, în spaţiul inelar al sondelor (între conducta de extracţie ţiţei şi tubul sondei) se emană o cantitate semnificativă de gaze naturale care este scăpată în atmosferă. Aceste gaze sunt în cantitate importantă şi recuperarea acestora este o problemă în România, atât pentru creşterea producţiei de gaze pe zăcăminte cât şi pentru protejarea mediului ambiant. De asemenea recuperarea acestor gaze ajută la menţinerea în parametri nominali a randamentului hidraulic al pompei de adâncime, iar introducerea lor în conducta de amestec stimulează curgerea spre parcurile de separare şi împiedică depunerea de cruste în interiorul conductei.

Există solicitarea din partea PETROM OMV pentru găsirea unei soluţii tehnice de captare şi comprimare a gazelor pentru reintroducerea lor în conducta de amestec ţiţei/gaze naturale ale sondei sau într-o altă conductă de gaze naturale.

Debitele de gaze naturale ce trebuie recuperate sunt revativ mici (10…60Nmc/h pe sondă) şi diferă de la o sondă la alta în limite largi. Luând în consideraţie întregul câmp de sonde dintr-o exploatare cantitatea de gaz recuperată devine importantă.

Recuperarea se realizează de la o presiune aproximativ egală cu cea atmosferică şi necesită comprimarea la o presiune nominală de 5 bar.

Cerinţa este pentru o soluţie tehnică de comprimare cât mai simplă şi sigură în funcţionare adaptată condiţiilor de exploatare specifice câmpurilor petroliere cu o funcţionare independentă (nesupravegheată) şi continuă, în condiţii ambiante grele (ploi, zăpadă, îngheţuri).

Proiectul propune pentru recuperarea acestor debite de gaze naturale, efectuarea de cercetări teoretice şi experimentale cu dezvoltarea şi realizarea unei instalaţii de comprimare cu un compresor de gaze simplu de operat şi exploatat la un preţ avantajos.

Având în vedere experienţa acumulată în decursul anilor de INCDT COMOTI în domeniul echipamentelor cu palete glisante se propune dezvoltarea şi realizarea unei instalaţii cu compresor cu palete glisante miniaturizat funcţionând la turaţii ridicate (5000…6000 rpm) adaptat pentru aceste aplicaţii.

În cadrul proiectului se vor efectua cercetări pentru obţinerea unei soluţii constructive şi funcţionale simplificată a compresorului prin reducerea la maxim a cerinţelor de ungere sau chiar eliminarea lor (în funcţie de rezultatele cercetărilor) utilizând pentru piesele în mişcare cu frecare, materiale antifricţiune, prin răcire naturală cât mai eficientă, studiind şi utilizând o geometrie cu aripioare de răcire cât mai adecvată şi prin utilizarea de turaţii ridicate pentru reducerea dimensiunilor.

Utilizarea unei astfel de instalaţii ar avea următoarele avantaje:

Instalaţia va fi prevăzută cu un sistem de automatizare inteligent care să-i permită adaptarea funcţionării la condiţiile de presiune şi debit de gaze ale sondelor şi o funcţionare îndelungată fără supraveghere.

Lucrările de cercetare se vor finaliza cu realizarea unei instalaţii de comprimare ME prototip testată la INCDT COMOTI.

Proiectul se va finaliza cu instalarea pe o locaţie la Beneficiar (PETROM OMV) şi testarea ei în condiţii de exploatare.

Obiective generale

Proiectul îşi propune dezvoltarea unei instalaţii de recuperare a gazelor naturale cu compresor cu palete glisante la turaţii de 5000 ¸ 6000 rpm, miniaturizat care să corespundă cerinţelor de comprimare a debitelor mici de gaze naturale de la sondele petroliere.

În INCDT COMOTI exisă o bogată experienţă, în realizarea şi funcţionarea demaroarelor şi a motoarelor pneumatice utilizate în instalaţiile industriale echipate cu turbomotoare, având turaţii de funcţionare de până la 7000 rpm.

Recuperarea gazelor naturale emanate în spaţiul inelar al sondelor de extracţie a ţiţeiului nu a constituit până în prezent o preocupare importantă în domeniul extracţiilor petroliere. Odată cu creşterea dificultăţilor în aprovizionarea cu resurse energetice şi cu creşterea preţurilor acestora, precum şi a cerinţelor de protejare a mediului înconjurător, au intrat în atenţie posibilităţile de recuperare a acestor gaze naturale. În prezent nu există tehnici dezvoltate şi concretizate prin instalaţii realizate în acest scop. Rezolvarea acestei probleme trebuie să ia în consideraţie un număr de condiţii specifice domeniului de utilizare, cum sunt:

Pentru dezvoltarea instalaţiei se propune realizarea unui compresor cu palete glisante miniaturizat, adaptat la parametrii caracteristici gazelor naturale comprimate, adică:

Proiectul propune dezvoltarea unui compresor cu palete glisante pentru debitele şi presiunile necesare cerinţelor de comprimare a gazelor naturale recuperate din spaţiul inelar al sondelor la parametrii caracteristici exploatărilor din România amintiţi mai sus adaptat următoarelor condiţii tehnice specifice:

Proiectul îşi aduce contribuţia la dezoltarea cunoştinţelor în domeniul compresoarelor cu palete glisante prin cercetări de îmbunătăţire a soluţiilor funcţionale efectuate în următoarele direcţii:

Componenta consortiului

CO - www.comoti.ro - INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE DEZVOLTARE TURBOMOTOARE COMOTI BUCURESTI (CMT)

P1 - www.petrom.com – OMV PETROM S.A.

P2 - www.upb.ro - UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI- Centrul de Cercetare şi Expertizare Materiale Speciale din UPB

Etapele Proiectului

Etapa I cuprinde activităţile cu caracter general, studii şi cercetări teoretice pentru definirea soluţiei tehnice de realizare a recuperării gazelor naturale din spaţiul inelar al sondelor petroliere. Acestea vor trata în principal următoarele aspecte:

Rezultatele cercetărilor etapei I vor fi utilizate pentru pregătirea şi realizarea elaborării documentaţiei de execuţie pentru modelul funcţional al instalaţiei de recuperare gaze naturale.

Etapa II cuprinde activităţile de elaborare a documentaţiilor pentru realizarea părţilor componente, a compresorului cu palete glisante şi a modelului funcţional de instalaţie de recuperare a gazelor naturale. De asemenea tot în etapa II vor începe şi realizările de componente şi achiziţiile de echipamente necesare pentru modelul funcţional. Activităţile etapei II vor trata în principal următoarele aspecte:

Documentaţia pentru ansamblul instalaţiei de recuperare gaze naturale poate fi elaborată în cea mai mare parte în varianta finală (automatizare, instrumentarea, ansamblul mecanic). Subansamblul supus cercetărilor experimentale va fi în principal compresorul cu palete glisante ridicat la turaţie de 5000 ...6000 rpm.

Tot în etapa II sunt cuprinse activităţile de realizare a părţilor componente ale instalaţiei de recuperare gaze naturale şi anume:

Etapa III cuprinde activităţile de realizare a montajului general ansamblu instalaţie de recuperare gaze naturale, pregătirea experimentărilor şi efectuarea experimentărilor preliminare. Iniţial ansamblul instalaţiei de experimentare va fi configurat ca o instalaţie de experimentare amplasată într-un spaţiu amenajat în acest scop în care se vor asigura utilităţile necesare efectuării experimentărilor. Pe acest ansamblu de instalaţie model funcţional se vor efectua experimentările preliminare pentru verificarea rezultatelor cercetărilor teoretice efectuate în etapa I şi a soluţiei tehnice aleasă pentru instalaţia de recuperare gaze naturale. Pentru a obţine un volum mai mare de informaţii în cadrul cercetărilor preliminare efectuate se vor executa două sau trei seturi de componente ale compresorului cu variante constructive şi acoperiri diferite. Durata experimentărilor se va întinde pe cel puţin 6 luni din totalul etapei. Pe parcursul experimentărilor se vor face verificări privind comportarea compresorului şi a componentelor acestuia. Dacă se va considera necesar se vor efectua modificări şi se vor relua experimentările.

În etapa III se vor efectua în principal următoarele:

În cadrul acestei etape, după analiza rezultatelor experimentale, se va efectua diseminarea rezultatelor obţinute în cadrul seminariilor şi a conferinţelor ştiinţifice. Se vor purta discuţii şi se vor schimba păreri asupra rezultatelor cu specialişti. Se vor trge concluziile şi se vor efectua modificările ce se impun pentru corectarea componentelor compresorului în scopul îmbunătăţirii rezultatelor, după care se vor relua experimentările pe modulul funcţional în varianta modificată. În paralel cu experimentările, se vor realiza amenajări pe locaţia pe care se va testa instalaţia de recuperare a gazelor la beneficiar.

Etapa IV cuprinde activităţile de finalizare a proiectului. Pe baza rezultatelor obţinute în experimentările preliminare, după efectuarea corecţiilor, se va transforma instalaţia din configuraţia de model funcţional în configuraţia de prototip pentru experimentare pe locaţia unei sonde petroliere. Transformarea modelului funcţional în prototip implică realizarea modificărilor ce se impun numai la compresorul cu palete glisante care a fost supus cercetărilor. În rest instalaţia nu suferă modificări importante. Se are în vedere realizarea a două prototipuri care vor fi încercate în paralel.

Activităţile realizate în etapa IV sunt următoarele:

După încheierea probelor experimentale pe locaţie în exploatare, pe baza concluziilor trase, se va elabora varianta finală a documentaţiei de realizare a instalaţiei de recuperare a gazelor naturale.

Proiectul se va încheia cu o fază de diseminare a rezultatelor finale ale cercetărilor realizate prin:

Responsabilităţile partenerilor în realizarea activităţilor au fost împărţite în funcţie de rolul jucat în cadrul proiectului şi domeniile specifice de activitate.

Conducătorul de proiect – INCDT COMOTI va asigura coordonarea lucrărilor şi va realiza activităţile de bază ale proiectului. Având în vedere experienţa în derularea şi funcţionarea unor lucrări de cercetare-dezvoltare complexe, INCDT COMOTI a preluat activităţile de ansamblu ale proiectului cum sunt:

Partenerul 1 beneficiarul PETROM S.A – Grup OMV care este interesat în rezultatele cercetărilor şi care cofinanţează proiectul fără a primi bani de la bugetul de stat are responsabilitatea de a furniza datele tehnice privind cerinţele şi condiţiile de recuperare a gazelor naturale din spaţiul inelar al sondelor şi de a asigura şi amenaja locaţia pe care se va experimenta prototipul instalaţiei.

Partenerul 2 – Universitatea Politehnică Bucureşti – Centrul de Cercetare şi Expertizare Materiale Speciale – CEMS – va asigura realizarea activităţilor de cercetare pentru materialele şi acoperirile speciale antifricţiune utilizate în compresorul cu palete glisante în scopul reducerii la maxim posibil a ungerii compresorului prin metoda de ungere cu picături sau chiar eliminarea ungerii dacă este posibil. De asemenea se va urmări posibilitatea utilizării unor materiale antifricţiune cu temperaturi cât mai ridicate pentru a obţine pentru compresor un raport de comprimare cât mai ridicat. Activităţile de cercetare privind materialele şi acoperirile utilizate se vor desfăşura pe tot parcursul proiectului. Centrul de Cercetare Termice – CCT- va trata partea teoretică privind ciclul termogazodinamic al procesului de comprimare şi modul de îmbunătăţire a randamentului. De asemenea va studia şi dezvolta procesul de transfer de căldură pentru răcirea carcasei compresorului urmărindu-se obţinerea unei răciri eficiente prin utilizarea unei geometrii cu aripioare de răcire asemănătoare cu cele de la motoarele de motociclete şi scutere. Activităţile de cercetare privind ciclul de comprimare şi procesul de răcire se vor desfăşura pe tot parcursul proiectului.