安全控制技術(shù)

1、空氣泡沫驅(qū)安全控制技術(shù)的研究應(yīng)用 摘要: 由于空氣氣源豐富，成本低廉，注空氣泡沫驅(qū)油逐步成為低滲透油田進一步挖掘剩余儲量的經(jīng)濟而有效的方法。2007年以來空氣泡沫驅(qū)技術(shù)已在中原油田采油五廠成功應(yīng)用4井次，目前仍在擴大試驗之中。鑒于該技術(shù)對安全的特殊要求，通過深入調(diào)查研究和試驗探索，對空氣壓縮機、施工管線、注入井、生產(chǎn)井等存在的隱患進行了安全評估，并作出了有效管理控制，達到了消除安全隱患、高效施工的目的。通過現(xiàn)場試驗，提出了下步可能存在的安全隱患和應(yīng)對辦法。主題詞:空氣泡沫驅(qū) 壓縮機 注氣管線 爆炸極限 安全控制 一、引言2007年以來在中原油田采油五廠試驗應(yīng)用空氣泡沫調(diào)驅(qū)4井次，無論從工藝的適

2、應(yīng)性或增油效果都顯示了該技術(shù)廣泛的優(yōu)越性，目前仍在擴大試驗之中。但該工藝在施工過程中使用高壓空氣壓縮機組，設(shè)備、管網(wǎng)、井筒都處在高溫、高壓、高氧、強腐蝕的環(huán)境下，安全問題將成為工藝成敗的決定因素。眾所周知，空氣中含有大量的氧，當空氣與天然氣混合時，形成混合氣體，在一定條件下易發(fā)生爆炸，同時空氣和泡沫密度小，注入壓力高，因此對注入設(shè)備、地面管線及井筒的安全要求遠大于常規(guī)的調(diào)驅(qū)施工。通過廣泛深入的調(diào)查研究和現(xiàn)場探索，對空氣壓縮機、施工管線、注入井、生產(chǎn)井等存在的隱患進行了安全評估，編制了注空氣現(xiàn)場試驗安全控制預(yù)案，并作出了有效管理控制，達到了消除安全隱患、高效施工的目的。二、空氣泡沫驅(qū)安全控制技術(shù)

3、應(yīng)用注空氣安全控制技術(shù)研究主要包括空氣壓縮機安全控制；采出氣的爆炸極限研究和臨界氧含量監(jiān)測；注氣管線安全控制；注入井井筒安全控制。1、空氣壓縮機安全控制空壓機因長期高溫運行和積碳兩方面因素造成安全隱患。積碳在高溫狀態(tài)下發(fā)生自燃，極易造成空壓機發(fā)生爆炸，國內(nèi)外因空壓機氣路系統(tǒng)發(fā)生爆炸的案例比比皆是。（1）高溫形成空壓機高溫的主要原因是冷卻效果不好，冷卻系統(tǒng)在設(shè)計上存在缺陷造成非最優(yōu)冷卻；空壓機部件質(zhì)量低劣及2號機散熱器外部臟無法清理，散熱能力變差造成高溫，表現(xiàn)在氣溫高時預(yù)警系統(tǒng)自動停機，不能開機；進、排氣閥使用壽命短，漏氣嚴重，也是運行溫度過高的重要原因。（2）積碳積碳的形成首先與潤滑油供給量有

4、著密切聯(lián)系。供油過少，氣缸潤滑不良，容易造成燒缸；供油過多，則易形成積碳?？諌簷C在運行中的污水污油沉積在后冷卻器及儲氣罐底部，由于不及時排放，附在上面的污油被高溫蒸發(fā)也易形成積碳。由于積碳本身易燃易爆，此時若遇積碳自燃、油質(zhì)劣化閃點降低、排氣管或氣缸等溫度過高或受機械沖擊、氣流中硬質(zhì)顆粒在運動中沖擊或碰撞、靜電積聚等，都能引起空壓機系統(tǒng)燃燒，甚至爆炸。 在調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，采取了如下安全控制方案，確保了空壓機安全運行。（1）通過對國內(nèi)部分壓縮機生產(chǎn)廠的調(diào)研，目前能進入油田現(xiàn)場應(yīng)用的空壓機設(shè)備及生產(chǎn)廠家主要有重慶及蚌埠。最終選用的空壓機型號為：W7/400型，其最大工作壓力為40MPa，最大排量

5、7m3/min。(2) 提高檢修質(zhì)量，嚴格控制因密封不嚴而使?jié)櫥透Z入氣缸內(nèi)；對冷卻器進行技術(shù)監(jiān)控，冷卻器芯由于其質(zhì)量或長時間運行振動，影響冷卻效果，應(yīng)采用銅制波紋管式冷卻器芯并加強檢查；及時調(diào)整風壓，避免空負荷運轉(zhuǎn); 對于高壓壓縮，需要級間冷卻壓縮空氣，使排出溫度低于149。（3）根據(jù)油田現(xiàn)場經(jīng)驗選用高質(zhì)量的高溫合成雙脂潤滑劑，將原礦物油更換為全合成油；按國家標準掌握潤滑油的用量 (國家標準105g/h， L515-40/8型號級缸每分鐘1520滴，級缸每分鐘1518滴)；定期清理后冷卻器的積碳。(4)加強管理，定期巡檢，及時調(diào)整，制定合理排污周期。、采出氣的爆炸極限研究和臨界氧含量監(jiān)測爆炸

6、極限:當可燃性氣體與空氣在一定范圍內(nèi)均勻混合，遇到火源會發(fā)生爆炸。研究結(jié)果表明，爆炸極限不是一個固定值，它受多種因素影響。（1）原始溫度：爆炸性氣體混合物的原始溫度越高，則爆炸極限范圍越大，即爆炸下限降低而爆炸上限增高。（2）系統(tǒng)初始壓力：混合物的原始壓力對爆炸極限有很大影響，壓力增大，爆炸極限范圍也擴大，爆炸下限變化不大，但爆炸上限顯著提高。壓力減小，爆炸范圍縮小，壓力降低至某一數(shù)值時，下限和上限相會成一點；壓力再降低，混合物變?yōu)椴豢杀?。?）氧含量：混合物中含氧量增加，爆炸極限范圍擴大。（4）惰性氣體：在爆炸混合物中惰性氣體的含量越高，爆炸范圍越小。（5）能源：各種爆炸性混合物有一個最低引

7、爆能量，即點火能。臨界含氧量:若氧含量高于此臨界氧濃度，便會發(fā)生燃燒或爆炸，氧含量低于此濃度便不會發(fā)生燃燒或爆炸。理論計算結(jié)果表明，對大多數(shù)石油產(chǎn)物而言，氧含量安全限值為（1011）%，氧含量低于這個值，即使遇明火也不會發(fā)生爆炸?？刂拼胧?1)合理實施注氣工藝，延長空氣在地層中與原油的接觸反應(yīng)時間，降低氧氣產(chǎn)出機會。（2）注氣井所有對應(yīng)油井采用便攜式氣體檢測儀和氣相色譜儀相結(jié)合的辦法進行含氧監(jiān)測。當氧氣濃度達到3%時，油井關(guān)井，注入井停注，當氧氣濃度3%時，油井恢復(fù)生產(chǎn)，當氧氣濃度1%時，注入井恢復(fù)注空氣泡沫或注水等安全控制技術(shù)實施控制，確保先導試驗期間的安全。(3)產(chǎn)出氣體高部位放空。、注

8、氣管線的安全控制注氣管線爆炸因素：（1）管線內(nèi)的銹皮及其他固體微粒隨空氣高速流動時的摩擦熱和碰撞（尤其在管道拐彎處）。（2）空氣流的作用使管線與空氣壓縮機之間的閥門沾有油脂。（3）管線漏氣，在管線外圍形成爆炸性氣體滯留空間，遇明火發(fā)生著火和爆炸。（4）空氣壓縮機著火導致注氣管線著火爆炸。（5）注氣管線因腐蝕等原因造成強度下降而破裂，壓縮空氣能量瞬間釋放引起爆炸?？刂拼胧海?）對注氣管線進行內(nèi)部涂層，防止內(nèi)部生銹，減少銹皮與高速流動的空氣磨擦產(chǎn)生的熱。（2）盡量減小注氣管線的拐彎，管道連接應(yīng)采用焊接，但與設(shè)備、閥門和附件的連接處可采用法蘭或螺紋連接。（3）防止空氣壓縮機爆炸，將明火倒入管道內(nèi)部

9、。（4）進行氣密性和泄露性試驗防止管線泄漏。、注入井井筒的安全控制當停注和重新啟動后，注入井井底壓力下降，地層中的油氣容易回流進入注氣井，與井筒中的高壓空氣混合，當該混合氣體達到爆炸極限時，在火源的作用下就會發(fā)生爆炸?？刂拼胧海?）所有注氣井采用封隔器保護，環(huán)空注氮氣，防止油氣上竄。（2）根據(jù)監(jiān)測到的回流油氣成分估算其爆炸極限，評估是否有爆炸傾向。（3）在注入井中保持正空氣壓力是防止油氣回流安全操作的基本要求。當壓縮機的停機時間超過30分鐘時，向井內(nèi)泵入氮氣、水或2%的氯化鉀水溶液，將剩余的空氣推入地層，以阻止烴向井筒回流。三、空氣泡沫驅(qū)安全控制技術(shù)的探討與拓展空氣泡沫驅(qū)技術(shù)在中原油田的礦場

10、應(yīng)用是安全可行的，隨著該項技術(shù)的擴大試驗，必將面臨更多的安全課題，因此有必要做進一步研究和拓展，以應(yīng)對更為復(fù)雜多樣的挑戰(zhàn)。、空壓機老化隨著使用年限的增長，在高溫高壓運行下的空壓機將會面臨部件老化的問題，出現(xiàn)爆炸的幾率大大增加，空壓機安全性能大幅度降低。應(yīng)及早與壓縮機廠家建立規(guī)范的定期維護檢修關(guān)系，同時從采油廠內(nèi)部挑選專業(yè)對口、責任心強的高技能人才進行系統(tǒng)培訓，做到有備無患。、后期氧氣竄出注入空氣中的氧氣在地溫下與原油產(chǎn)生氧化作用，其反應(yīng)取決于原油性質(zhì)、巖石與流體關(guān)系、溫度和壓力等，反應(yīng)熱使溫度升高，從而使部分輕質(zhì)油汽化。驅(qū)動氣體因而不再是注入的空氣，而是就地產(chǎn)生的由一氧化碳、二氧化碳、氮氣和汽

11、化的輕質(zhì)烴組成的煙道氣。注空氣提高采收率，最重要的條件是油藏溫度必須足夠高、石油活性強，氧氣通過低溫氧化而消耗掉，以免生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)存在氧氣而導致爆炸。中原油田已實施的4口注氣井所對應(yīng)的油井經(jīng)檢測有偶有少量氧氣竄出，濃度在安全限值內(nèi)，分析空氣在目前的油藏條件下得到了較充分的氧化反應(yīng)，同時泡沫作為優(yōu)勢滲流通道的屏障阻礙了氣體的外竄，因此做到了安全施工。但施工后，隨著后續(xù)注入水逐步推進，地下原油將逐漸減少，泡沫會逐漸消泡，未完全反應(yīng)的氧氣可能沿優(yōu)勢滲流通道大量竄出，形成極大的安全隱患；當前在19塊即將實施稠油空氣泡沫驅(qū)，空氣與稠油難以徹底進行低溫氧化反應(yīng)，大量未反應(yīng)的氧氣一旦突破，后果嚴重。借鑒國內(nèi)外

12、諸多油田的成功經(jīng)驗，認為可以采用火燒油層的辦法提高氧氣利用率，減少安全隱患，尤其對大幅度提高稠油油藏采收率效果顯著?；馃蛯蛹磳⒖諝庾⑷氲接蛯樱诰准訜岬娇梢渣c燃原油的溫度，或通過空氣與氧氣在油層自然氧化生熱達到著火點，使原油在地下燃燒，燃燒過程中消耗部分原油產(chǎn)生熱量，將產(chǎn)生稠油降粘、蒸餾等一系列有利于原油采出的正向作用，成為原油采出的動力，從而提高采收率?；馃蛯泳哂凶⑵３钟蛯訅毫Φ奶攸c，且波及系數(shù)要高得多;具有注二氧化碳和氮氣的性質(zhì);該工藝適用范圍廣，既可用于深層(3500m),薄層(小于6m)、含水較高(大于75%)的水驅(qū)稀油油藏，又可用于稠油油藏; 綜合了熱驅(qū)、氣驅(qū)、混相驅(qū)和非混相

13、驅(qū)的機理，能量利用率高、適應(yīng)范圍廣，是一種充分利用石油資源、較徹底的石油開采技術(shù)。開發(fā)應(yīng)用與現(xiàn)場自動化防控警報系統(tǒng)相連的氧氣探測器監(jiān)測生產(chǎn)、測試設(shè)備中的氧氣含量，產(chǎn)出氣樣定期送往實驗室做分析，同時繼續(xù)采用便攜式測氧儀隨時監(jiān)測，及時反饋信息并根據(jù)安全預(yù)案做出及時應(yīng)對措施。、注氣井腐蝕造成的安全隱患從胡12-152井取出的腐蝕監(jiān)測環(huán)和油管從外觀可明顯發(fā)現(xiàn)嚴重腐蝕，對地面管線、注入管柱帶來安全隱患，建議使用鈦納米聚合物防腐涂層油管、鍍鎢合金防腐油管，或間歇性注入QH-01緩蝕劑和下入陰極保護短節(jié)等多種防腐手段，提高綜合防腐效果，減少管柱腐蝕帶來的一系列安全問題。、井場安全環(huán)?？諝馀菽?qū)施工在活性劑配制過程中會出現(xiàn)大量泡沫，極易漫灌，大風天氣大量落至附近農(nóng)田，造成了環(huán)境污染。可采取減少單罐配制量和頂部部分密封的方式杜絕污染。四、結(jié) 論、空氣泡沫驅(qū)技術(shù)在現(xiàn)場實施過程中得到了有效安全控制。 2、