訾曉晨 袁玉曉 谷永鋼 朱偉 趙軍棟 劉 婕

（河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 河北任丘 062550）

華北油田注減氧空氣驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)及配套工藝技術(shù)研究

訾曉晨 袁玉曉 谷永鋼 朱偉 趙軍棟 劉 婕

（河北華北石油港華勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 河北任丘 062550）

減氧空氣溶于油后，使原油體積膨脹，有利于提高采油速度、洗油效率和收集殘余油，提高驅(qū)油效果,進(jìn)而提高采收率，也是十三五期間華北油田研究的主要方向之一。該油田Y區(qū)塊結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，采用集成膜過濾法和變壓吸附法兩種氣體分離技術(shù)。為避免氣體外排而造成的環(huán)境影響，注、采、處理系統(tǒng)均設(shè)置必要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。

注氣重力驅(qū)油 ;膜過濾法; 油氣雙管集油; 變壓吸附法; 循環(huán)利用

潛山油田儲(chǔ)量占華北油田總儲(chǔ)量的約44.7%，約5億噸左右，當(dāng)前開發(fā)的主力油藏有較大部分為潛山油藏，采出程度較低，約35%左右，但綜合含水已達(dá)97%。注氣重力驅(qū)油是一種能大幅度提高原油采收率的三次采油技術(shù)，在國(guó)外多個(gè)油田的潛山油田獲得廣泛應(yīng)用，都取得了較好的實(shí)施效果。近年來，華北油田對(duì)已開發(fā)的油田進(jìn)行注氣重力驅(qū)油的可行性研究，經(jīng)過油藏專家反復(fù)推敲論證，選取了位于該油田第一采油廠的Y區(qū)塊作為注氣重力驅(qū)的先導(dǎo)試驗(yàn)示范區(qū)。同時(shí)形成一套完整的、成熟的、具有該油田特色的注氣重力驅(qū)油地面工程技術(shù)，為以后注氣重力驅(qū)油在華北油田的推廣應(yīng)用做好技術(shù)儲(chǔ)備，對(duì)油田穩(wěn)產(chǎn)800萬噸、應(yīng)對(duì)低油價(jià)具有重大的意義。

1 項(xiàng)目概況

華北油田Y區(qū)塊注氣重力驅(qū)油先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目分3個(gè)階段實(shí)施：第一階段對(duì)4口注氣井注氣，只注不采；第二階段對(duì)4口注氣井注氣、9口采油井生產(chǎn)，邊注邊采，最大注氣量為45萬方/天；第三階段對(duì)6口注氣井注氣、11口采油井生產(chǎn)，邊注邊采；最高注氣壓力為30MPa，最大注氣量為60萬立方方/天。預(yù)計(jì)三個(gè)階段總注氣量為12.7億方，累積產(chǎn)油178.9萬噸，提高采收率10.22%。

2 建站模式與完整工藝流程

選取的注氣井和生產(chǎn)井均位于Y區(qū)塊內(nèi)，綜合考慮Y一聯(lián)3公里范圍內(nèi)注氣井、生產(chǎn)井較為集中且日注氣壓力高、氣量大（相對(duì)于單井注入）等因素，對(duì)單泵多井流程、單泵單井流程、單井注入流程等多種建站流程進(jìn)行對(duì)比后，選取了集中建站單泵多井模式，站外管線采用枝狀連接方式，為降低投資成本，設(shè)備可重復(fù)利用，設(shè)備安裝采用撬裝工藝。綜合考慮投資、運(yùn)行管理等各方面因素，最終注氣站選址為Y一聯(lián)合站，Y注氣站包括減氧空氣的制取、注入和產(chǎn)出氣循環(huán)利用三大系統(tǒng)，完整工藝流程見圖1。

圖1 Y注氣站完整的工藝流程圖

3 配套工藝技術(shù)

3.1 氣體分離技術(shù)

常見的生產(chǎn)減氧空氣的方法有三種，分別為深冷分離法、變壓吸附法和集成膜過濾法嗎，對(duì)三種氣體分離方法的優(yōu)缺點(diǎn)、適應(yīng)范圍進(jìn)行對(duì)比分析，如下表所示：

表1 三種氣體分離方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

本次先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目最大日注氣量為60萬立方米/天，屬于用氣量小的范圍，考慮到深冷分離技術(shù)局限性高、經(jīng)濟(jì)性差、能耗較高且設(shè)備占地面積大，僅對(duì)變壓吸附法（PSA）和集成膜分離法（MEM）兩種較為合適的分離技術(shù)進(jìn)行分析。

變壓吸附法的基本原理是利用吸附劑對(duì)空氣中氧、氮分子的差異在不同壓力下有不同的吸附容量，并且在一定壓力下對(duì)空氣混合物有選擇吸附的特點(diǎn)。在吸附劑選擇吸附的條件下，加壓吸附除去原料中的氧氣，減壓脫出氧氣而使吸附劑獲得再生。變壓吸附減氧系統(tǒng)通過A、B兩個(gè)吸附罐進(jìn)行交替吸附和再生，再經(jīng)過純化系統(tǒng)可得到不同濃度的減氧空氣。

膜分離技術(shù)的核心是利用了空氣中不同組分在高分子材料上的擴(kuò)散系數(shù)大小不同而達(dá)到氣體分離的物理過程。高分子材料被制成如頭發(fā)粗細(xì)的中孔纖維膜，氣體在孔內(nèi)部通過，末端得到需要的減氧空氣，側(cè)面為排放的富氧氣體。

經(jīng)對(duì)上述兩種分離技術(shù)分析，并考慮到集成膜過濾法裝置占地面積小并且運(yùn)行穩(wěn)定，推薦在制取減氧空氣時(shí)選用了膜分離法；伴生氣氣體分離時(shí)，由于伴生氣體壓力低，約為0.5MPa，只有變壓吸附法可以在此工況下進(jìn)行氣體分離，推薦伴生氣體分離時(shí)選用變壓吸附法。

3.2 注入系統(tǒng)配套工藝技術(shù)

根據(jù)油藏方案注氣壓力為30MPa，屬于高壓注氣，因此采用兩段式增壓工藝，即注入壓縮機(jī)-減氧裝置-增壓壓縮機(jī)，空氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓到2.2MPa，達(dá)到膜組分離的工作條件后，進(jìn)入膜組減氧，含氧量達(dá)到10%，經(jīng)過計(jì)量后再進(jìn)入到注氣壓縮機(jī)，增壓到30MPa后，再經(jīng)注氣閥組分配，注入到各注氣井。在高壓注氣壓縮機(jī)出口安裝露點(diǎn)、含氧量在線檢測(cè)設(shè)備和緊急切斷閥，當(dāng)減氧空氣濕度>20%或含氧量>12%或壓力超過35MPa時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，關(guān)閉壓縮機(jī)同時(shí)關(guān)閉增壓壓縮機(jī)出口和注氣井場(chǎng)進(jìn)站管線上的緊急切斷閥，站內(nèi)外系統(tǒng)的緊急關(guān)斷。注氣系統(tǒng)工藝流程圖見圖2。

圖2 Y注氣站注氣系統(tǒng)工藝流程圖

4 減氧空氣氧濃度的確定

生產(chǎn)過程中將采出氣與減氧空氣進(jìn)行摻混后，通過注氣壓縮機(jī)回注地下。由于烴類氣體與氧氣混合后易發(fā)生爆炸，因此，需對(duì)減氧空氣的安全氧濃度進(jìn)行分析。

2016年7月對(duì)Y133井套管氣進(jìn)行了取樣化驗(yàn)，將10個(gè)取樣結(jié)果進(jìn)行平均，其中可燃?xì)怏w的體積百分?jǐn)?shù)見表2。

表2 Y133井10次套管氣化驗(yàn)結(jié)果平均值統(tǒng)計(jì)

由阿馬格體積定律可知，在多元混合氣體中各氣體的體積分?jǐn)?shù)等于其摩爾分?jǐn)?shù)，因此可以將混合氣體近似看成含C、H的單一氣體，分子簡(jiǎn)式記為CnHm，則得出分子簡(jiǎn)式為C1.073H4.147。

混合氣體中各可燃組分在空氣中的爆炸極限見表3。

表3 混合氣體中各可燃組分爆炸極限統(tǒng)計(jì)表

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