劉學(xué)全
(中國石油化工股份有限公司華北油氣分公司,河南 鄭州 450000)
鄂南致密油藏的主要特點(diǎn)是儲層致密,基質(zhì)滲透率低,裂縫發(fā)育,非均質(zhì)性強(qiáng)[1-2],常規(guī)注水開發(fā)時,容易發(fā)生水淹和水竄,導(dǎo)致開發(fā)效果不理想[3]。注空氣驅(qū)已被證明是一種高效、低成本、氣源豐富的提高采收率的方法[4-8],但空氣中氧含量的存在極大地增加了注氣爆炸風(fēng)險[9]。而減氧空氣驅(qū)[10]不僅兼有空氣驅(qū)的優(yōu)點(diǎn),還具有減少爆炸風(fēng)險的特點(diǎn),所以其近年來也開始進(jìn)入了應(yīng)用發(fā)展階段并且成效頗匪[11]。
但目前減氧空氣驅(qū)并未進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用,安全控制方面的研究不夠深入是限制其推廣的主要因素之一。爆炸極限與極限氧含量是火三角中兩個重要參數(shù)[12],這兩個參數(shù)的測定是防爆抑爆設(shè)計主要依據(jù)。大多數(shù)實驗表明,溫度與壓力等[13-16]是影響爆炸極限與臨界氧含量的主要因素。目前,爆炸極限及臨界氧含量的測量主要是是針對單元、二元及三元等可燃?xì)怏w,對于油井井流物下的混合多組分氣體的測試仍比較少。本文搭建了1套油氣混合物爆炸極限測試裝置,采用逐步逼近法,測試了在不同初始溫度(15~150 ℃)、不同初始壓力(0.1~8 MPa)下3組井流物的臨界氧含量和爆炸極限測試值,明確不同壓力溫度對其的影響。測試結(jié)果既可作為理論模型的先驗數(shù)據(jù),也可作為減氧空氣驅(qū)油安全控制方案制定提供依據(jù)。
圖1給出了爆炸裝置試驗圖和流程,主要有爆炸裝置、配器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于測試沸點(diǎn)低于300 ℃的可燃液體蒸汽或可燃?xì)怏w與氧氣混合的爆炸特性參數(shù)。爆炸室采用炮鋼鍛造加工而成,承壓10 MPa,總體積為24 L。爆炸室上部裝有安全閥,當(dāng)爆炸筒內(nèi)的壓力大于5 MPa時能自動泄壓,可保證實驗安全。配氣系統(tǒng)可向爆炸室提供定濃度試驗氣體,包含三部分:混氣及加熱裝置、可燃?xì)怏w計量與輸送裝置和液體計量、輸送與氣化裝置。溫度控制裝置把溫度控制高于可燃液體沸點(diǎn)的溫度。可保證可燃液體產(chǎn)生的蒸氣不被冷凝,本次實驗采用TDA8601型溫度控制儀實現(xiàn)。
圖1 可燃?xì)怏w爆炸試驗圖
(1)氣密性檢查
采用真空泵對裝置抽真空直至真空壓力小于667 Pa停泵,10 min后壓力升高不得大于267 Pa,則氣密性要求合格。
(2)清除裝置種氧氣
通過連續(xù)通入氮?dú)馀懦b置中的氧氣。
(3)準(zhǔn)備待測樣品
采用分壓法配制待測混合氣體作為氣體樣品,并將進(jìn)樣軟膠管連接到進(jìn)樣控制電磁閥的接頭上。
(4)攪拌
為使反應(yīng)管內(nèi)可燃性混合氣體在裝置中能均勻分布,配好氣后利用無油封閉循環(huán)攪拌泵均勻攪拌大約5 min。
(5)點(diǎn)火
停止攪拌后及時打開反應(yīng)管底部泄壓閥,然后點(diǎn)火,觀察是否出現(xiàn)火焰。點(diǎn)火過程恒溫箱的玻璃門應(yīng)始終處于關(guān)閉狀態(tài)。
(6)爆炸極限和臨界氧含量的確定
采用漸進(jìn)法通過測試來確定爆炸極限值和臨界氧含量。測定爆炸下(上)限和臨界氧含量時,如果在某濃度下未出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象,則增大(減少)可燃性氣體的濃度或氧含量直至測得能發(fā)生爆炸的最小(大)濃度;如果在某濃度下發(fā)生爆炸現(xiàn)象,則減少(增大)可燃性氣體濃度或氧含量直至測得不能發(fā)生爆炸的最大(小)濃度。測量爆炸下限時所用樣品改變量應(yīng)滿足每次不大于上次進(jìn)樣量的10%,測量爆炸上限時所用樣品改變量應(yīng)滿足每次不大于上次進(jìn)樣量的2%。測得最接近爆炸和不爆炸兩點(diǎn)的濃度,并按下式來計算爆炸極限值:
(1)
式中:φ——爆炸極限;φ1——爆炸濃度;φ2——不爆炸濃度。
(7)影響因素測試
通過改變初始溫度、初始壓力、空氣氧含量、惰性氣體含量等因素來得到不同因素下的爆炸極限數(shù)值。
實驗測試1#井流物的爆炸極限測試結(jié)果(如圖2所示)表明,隨著溫度、壓力的增大,爆炸極限下限變化不大,上限變大,爆炸濃度范圍變寬,爆炸危險性增大;臨界氧含量隨著溫度壓力的增加逐漸減小(如圖3所示),但變化較緩,初始溫度改變30 ℃ 時,臨界氧含量最大改變0.25%;初始壓力改變2 MPa時,臨界氧含量最大改變0.23%。
圖2 不同初始壓力下(15 ℃)爆炸臨界值的變化情況
圖3 不同初始溫度下(2 MPa)爆炸臨界值的變化情況
表1給出了三組井流物組分情況,由三組井流物實驗結(jié)果(見表2)測試可知,可燃物濃度在4.06%~14.8%之外或者氧含量低于12.98%就不會發(fā)生爆炸,如果取0.8的安全系數(shù),從爆炸風(fēng)險的角度考慮,建議氧濃度控制在12.98%×0.8=10.4%以下。
表1 三組井流物組分
表2 三種井流物爆炸極限與臨界氧含量測試結(jié)果
(1)HH12P134井流物的爆炸極限測試結(jié)果表明,隨著溫度、壓力的增大,爆炸極限下限變化不大,上限變大,爆炸濃度范圍變寬,爆炸危險性增大;
(2)臨界氧含量隨著溫度壓力的增加逐漸減小,但變化較緩,初始溫度改變30 ℃ 時,臨界氧含量最大改變0.25%;初始壓力改變2 MPa時,臨界氧含量最大改變0.23%。
(3)三組井流物實驗結(jié)果測試可知,可燃物濃度在4.06%~14.8%之外或者氧含量低于12.98%就不會發(fā)生爆炸,如果取0.8的安全系數(shù),從爆炸風(fēng)險的角度考慮,建議氧濃度控制在12.98%×0.8=10.4%以下。