Oberflächenbehandlung von Formationsflüssigkeiten
Unsere vorherigen Lektionen zu Bohrungen, künstlicher Förderung und verbesserter Ölförderung konzentrierten sich auf die Förderung von Reservoirflüssigkeiten an die Oberfläche. Nach der Produktion der Flüssigkeiten sind mehrere Schritte erforderlich, um die Kohlenwasserstoffe für den Verkauf vorzubereiten. Die Kohlenwasserstoffe müssen getrennt, verarbeitet, aufbereitet, gesammelt und gelagert werden. Diese Lektion behandelt die dafür eingesetzten Prozesse und Oberflächenanlagen.
Trennung
Die an der Bohrlochmündung geförderten Formationsflüssigkeiten sind ein komplexes Gemisch aus Flüssigkeiten, Gas und Feststoffen. Eine Ölquelle fördert oft eine geringe Menge Erdgas neben Salzwasser. Bei der Erdgasförderung werden häufig Salzwasser und flüssige Kohlenwasserstoffe gefördert. Die entstehenden Feststoffe können Sand, Zunder und Schieferablagerungen umfassen. Diese Feststoffe müssen entfernt werden, bevor Öl und Gas in ihre jeweiligen Ströme getrennt werden.
Wenn Formationsflüssigkeiten aus dem Bohrlochkopf fließen, gelangen sie in eine angeschlossene Leitung, die sogenannte Fließleitung. Durch die Fließleitung gelangen die Flüssigkeiten in einen hohlen Stahlbehälter, den sogenannten Separator. Separatoren werden als zweiphasig und dreiphasig klassifiziert. Die Art des verwendeten Separators hängt von den Eigenschaften des aus dem Bohrloch geförderten Wassers ab.
Ein Zweiphasenabscheider nutzt die Schwerkraft, um Formationsflüssigkeiten in Flüssigkeiten und Gase zu trennen. Dabei verteilen sich kleinste Tröpfchen des Formationswassers gleichmäßig im Öl und sind fest daran gebunden. Öl und Wasser in diesem Zustand werden als Emulsion bezeichnet. Die schwere Emulsion wird aus dem Boden des Abscheiders herausgedrückt. Das leichtere Gas tritt aus.
Ein Dreiphasenabscheider wird eingesetzt, wenn sich ein Teil des produzierten Wassers schnell aus dem Öl absetzt. Dieses Wasser wird als freies Wasser bezeichnet. Das freie Wasser tritt unten im Abscheider aus. Das Öl oder die Emulsion, sofern sie auch Wassertröpfchen enthält, tritt aus, während das Gas weiterhin oben austritt.
Auf YouTube gibt es einige gute Animationen des Teilungsprozesses. Im Abschnitt „Verwandte Links“ dieses Tutorials haben wir Links zu einigen davon eingefügt.
Neben der Trennung werden Öl und Gas auch anderen Arten der Reinigung und Verarbeitung unterzogen.
Schauen wir uns zunächst an, wie das Öl bzw. die Emulsion verarbeitet wird.
Emulsionsaufbereitungsanlage
Nach der Trennung wird die Emulsion über eine Rohrleitung in einen speziellen Behälter, den sogenannten Heiz-Reiniger, geleitet. Zur Trennung von Wasser und Öl kommen verschiedene Geräte und Verfahren zum Einsatz.
Um die Koaleszenz der Wassertropfen zu unterstützen, können Chemikalien, sogenannte Emulsionsspalter oder Demulgatoren, zugesetzt werden. Durch die Koaleszenz werden die Wassertropfen größer und schwerer und können sich so vom Öl trennen.
Elektrizität kann auch zum Aufbrechen der Emulsion eingesetzt werden. Wenn Wassertropfen elektrisch aufgeladen werden, bewegen sie sich schnell. Die Tropfen können miteinander kollidieren, verschmelzen und so schwer werden, dass sie sich vom Öl trennen.
Schließlich kann die Emulsion auch erhitzt werden. Dadurch verringert sich die Viskosität der Emulsion, wodurch sich Öl- und Wassermoleküle schnell bewegen können. Wie bei Elektrizität können die Wassertropfen aufeinandertreffen, verschmelzen und sich vom Öl trennen. Die Hitze selbst zerstört die Emulsion nicht – sie unterstützt andere Prozesse.
Lagerung von Rohöl
Das aus einer Ölquelle gewonnene Öl und Wasser gelangen von der Quelle zu einem Abscheider, durch Aufbereitungsanlagen und schließlich zu Lagertanks.
Eine Gruppe von Lagertanks wird als Tanklager oder Batterie bezeichnet. Die Anzahl der Tanks in einer Batterie und ihre jeweilige Größe variieren je nach Tagesproduktion.
Im Festland erfolgt die Ölförderung häufig per Tankwagen aus weit verteilten Tankbatterien. In diesem Fall wird das Öl in einer einzigen Trennanlage mit einer großen Tankanlage konzentriert und dort gereinigt.
Kommen wir nun zum Umgang mit Erdgas.
Arbeiten mit Erdgas
Neben der Trennung erfordert Gas aus verschiedenen Gründen zusätzliche Reinigung und Aufbereitung.
Erstens soll die Bildung von Hydraten verhindert werden. Hydrate sind feste, kristalline Verbindungen, die sich bei niedrigen Temperaturen und Drücken aus Kohlenwasserstoffen und Wasser beim Austritt aus dem Bohrloch bilden.
Hydrate ähneln Schnee und können Rohre, Pumpen und Fließleitungen teilweise oder vollständig verstopfen. Zur Bekämpfung von Hydraten wird Erdgas häufig durch mehrere Heizgeräte geleitet. Um die Hydratbildung zu verhindern, können an verschiedenen Stellen auch chemische Inhibitoren in den Gasstrom eingebracht werden.
Anschließend wird das Gas durch einen Entwässerer geleitet, um den Wasserdampf zu entfernen. Fast der gesamte Wasserdampf muss entfernt werden, bevor das Gas verkauft werden kann. Das Entfernen des Wasserdampfs verhindert Hydrate und Korrosion beim Transport des Gases durch die Pipeline.
Das Gas wird außerdem aufbereitet, um unerwünschte Verunreinigungen wie Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Stickstoff zu entfernen, damit es für die Einspeisung in eine Pipeline zum Verkauf geeignet ist.
Abschließend wird das Gas zu Flüssigerdgas (NGL) verarbeitet. In den meisten Fällen sind NGL als separate Produkte wertvoller, sodass ihre Entfernung aus dem Gasstrom wirtschaftlich sinnvoll ist. Weitere Informationen zu NGL finden Sie in den entsprechenden Links in dieser Lektion.
Ein Teil der notwendigen Gasaufbereitung kann direkt am Bohrlochkopf oder in dessen Nähe erfolgen. Dies wird als In-Field-Aufbereitung bezeichnet. Die gesamte Erdgasaufbereitung erfolgt jedoch in einer Aufbereitungsanlage, die sich in der Regel in der Förderregion befindet.
Wir haben uns angesehen, wie Öl und Gas getrennt, verarbeitet und aufbereitet werden, um sie für den Verkauf vorzubereiten. Betrachten wir nun, wie Kohlenwasserstoffe aus der Quelle austreten.
Sammelsysteme
Nach Abschluss der Feldvorbereitung und -verarbeitung gelangen Öl und Gas in ein Sammelsystem aus Niederdruckpipelines mit kleinem Durchmesser. Das Sammelsystem transportiert und steuert den Fluss von den Bohrlöchern zum Hauptlager, zur Verarbeitungsanlage oder zur Verladestelle.
Es gibt zwei Arten von Sammelsystemen: Radial- und Hauptleitungssysteme. Beim Radialsystem werden alle Förderleitungen zu einem zentralen Sammelsystem zusammengeführt. Das Hauptleitungssystem nutzt mehrere entfernte Sammelleitungen zur Sammlung von Öl und Gas und wird am häufigsten in großen Feldern mit großer Ausdehnung eingesetzt.
Bei Erdgas transportiert das Sammelsystem das Gas zu einer Verarbeitungsanlage, die Gas in Pipeline-Qualität produziert, das in das Pipeline-Verteilungssystem eingespeist werden kann.
Öl wird über ein Sammelsystem entweder zu einer Lagerstätte, einem Pipeline-Verteilungssystem oder einer Schiffsverladeanlage transportiert, um dort an Dritte verkauft oder zur Verarbeitung zu raffinierten Erdölprodukten an eine Raffinerie geliefert zu werden.
Das letzte wichtige Thema im Zusammenhang mit der Handhabung von Oberflächenprodukten ist die Entsorgung des produzierten Wassers.
Wasserablauf
In dieser Lektion haben wir gesehen, dass die Trennung von Salzwasser von anderen Formationsflüssigkeiten ein wesentlicher Bestandteil der Öl- und Gasförderung ist. Das geförderte Wasser selbst muss ordnungsgemäß aufbereitet und entsorgt werden.
Formationswasser wird häufig in einen eigens dafür gebohrten Brunnen gepumpt, um es wieder in die Formation einzuspeisen. Dies trägt nicht nur zur Entsorgung des Wassers bei, sondern trägt auch zur Aufrechterhaltung des Formationsdrucks bei.
Das produzierte Wasser kann auch im Rahmen eines Projekts zur verbesserten Ölgewinnung eingespeist oder bei Projekten zum hydraulischen Aufbrechen verwendet werden.
Wenn keine andere Alternative verfügbar ist, kann das produzierte Wasser auch per LKW oder Rohrleitung zu einer zertifizierten Abwasserentsorgungsanlage transportiert werden. Die Entsorgung der produzierten Sole wird von den staatlichen Öl- und Gaskommissionen geregelt.