1、火驱采油工艺风险分析及安全控制摘 要：火驱采油提高采收率具有广阔的应用前景，既可用于注水后的三次采油，也可用于不适于注水开发油田的二次采油。火驱采油工艺过程的风险因素包括生产井、注气井、空气注入系统内可能发生的爆炸以及由于氧气和二氧化碳引起的腐蚀。文章总结了国内外火驱采油的现场经验，分析火驱采油工艺过程中存在的主要风险和不安全因素，并提出了相关的安全控制及监测措施。 关键词：火驱 提高采收率 风险分析 爆炸 安全控制 目前，我国有很多中轻质油田已进入注水生产晚期，具有很大的三次采油的潜力，此外还有许多高温高压低渗透轻质油田，注水比较困难，这些油田都可能成为火驱技术的目标。 所谓火驱采油，是指在
2、一定的井网模式下，由注入井将空气连续的注入油层，油层自然或者人工点火形式，由生产井采油。火驱采油的过程中，从生产井、注气井、油藏到空气压缩机、地面管线和地面处理设备，每个环节都有由于氧气存在而引发的安全隐患，因此需要采取相应的安全技术措施。 一、工艺风险 注空气过程由于空气中氧气和井下轻烃烃组分及氧气在油藏内的反应产物的存在，使其具有潜在的安全隐患，包括注人井、生产井、空气压缩机、注气管线内的混合气体爆炸、油套管和地面管线设备的腐蚀等问题。 1.爆炸危险 注空气过程各个环节均存在着氧气混合物爆炸的危险，这主要是因为注入空气中含有氧气，氧气与原油在油藏发生氧化反应，消耗部分氧气，但在氧化反应不完
3、全的情况下，地层中的轻烃组分就会和氧气形成混合性爆炸气体，当混合气的浓度达到爆炸范围时，在一定条件下就会发生爆炸事故。 可燃气体发生燃烧和爆炸的三个基本物质因素是：可燃气体、氧气、点火能量。而燃烧爆炸，不仅需要可燃气和氧气的存在，还需要一个重要条件就是可燃气和氧气适当的配合比例。根据爆炸理论，能使可燃性混合气体发生爆炸所必需的最低可燃气体浓度，称为爆炸下限；而最高可燃气体浓度，称为爆炸上限。临界含氧量是指当给以足够的点燃能量能使某一浓度的可燃气体刚好不发生燃烧爆炸的临界最高氧浓度。理论计算结果表明，对大多数石油产物而言，常温常压下氧含量安全限值约为 10%，氧含量低于这个值，即使遇明火也不会发
4、生爆炸 。 2.注入井爆炸的原因及防护措施 注入井的爆炸主要是因为空气注入压力低，导致油气回流到注气井，与空气混合发生燃烧爆炸反应。造成注气压力低的原因主要有： 2.1 注气停止。有空压机正常停注和空压机故障停注两个因素。空压机停注导致注入井压力突然为零，在没有井下回压控制的情况下将会发生油气的回流； 2.2 空气压缩机的重新启动。重新启动空压机时，井口压力开始时也会低于设计压力，同时由于停住时间内地层压力的升高都会导致油气回流。 目前现场应用可采取的防护措施有 （1）加强对注入井的压力、温度、注入量的检测，防止注井内压力低于油藏压力，井下可采用封隔器和回流控制阀等装置减少油气进入注气井。 （
5、2）作好安全预防工作。在注入井中保持正的空气压力是防止油气回流安全操作的基本要求。 （3）生产井爆炸的原因及防护措施 生产井爆炸主要是由于气窜和氧化不完全造成的生产井中氧气含量过高，与井下轻烃组分形成的混合性爆炸气体在爆炸范围内，如有足够点火能量时将导致爆炸。其原因主要有以下几方面： （1）油藏温度过低，导致氧化反应速过慢，存在过剩氧； （2）注入井到生产井间的井距过近，导致氧气过早突破。 目前现场应用可采取的防护措施有： （1）在工程开始之前，应筛选确定适合注空气的目标油藏，深入研究油藏动态，进行室内氧化实验研究，评估注空气低温氧化工艺的技术可行性。 （2）生产过程中应进行气体监测分析，重点
6、监测与注气井连通性极强的生产井中的气体排量和组分检测，气体的排量显示了油藏内气体流动的选择方向，并对区域内的空气进行评价。 4.腐蚀现象及腐蚀监测 油田火驱现场主要有注气管线、注气井管柱的氧气腐蚀，以及生产井油套管和地面设施的二氧化碳腐蚀。对于生产井和注气井可以通过挂片和分析水样品中铁的含量等来检测腐蚀情况 。对有明显腐蚀的油井进行防腐处理，可采用防腐剂批量注入到油管与套管的环空中、井下安放固体防腐剂等工艺技术。 二、设备风险 火驱采油工艺中的设备主要有空气压缩机、气液分离器和地面管线控制系统等。由于火驱采油的排气压力及排气温度都较高，对设备机械性能的要求很高，工程设计和现场操作中主要应考虑以
7、下几方面： 1.空气压缩机风险及防护措施 作为注空气过程中的主要设备，空气压缩机存在的风险最多，发生的概率也最大。空气压缩机的故障风险主要包括：空气压缩机的爆炸、排气压力不足、排气量波动、机械故障、噪声影响等。 建议现场可采用的防护措施有： （1）润滑油的选择和用量要适当； （2）提高检修质量，严格控制因密封不严而使润滑油窜人气缸内； （3）采用铜制波纹管式冷却器芯。 2.管线 造成管线失效的危险因素主要有： 2.1 管线腐蚀，由于火驱采油过程中的腐蚀现象较为严重，管线破裂潜在危险发生的可能性就较大； 2.2 管线机械强度设计不够，当管线设计强度低于输送介质强度时，管线就会因长期超负荷运行而破
8、裂，这主要是因为管线选择时没有根据实际现场情况。 建议现场采取的防护措施： （1）对注气管线进行内部涂层，防止内部生锈，减少锈皮与高速流动的空气磨擦产生的热； （2）尽量减小注气管线的拐弯，管道连接应采用焊接，但与设备、阀门和附件的连接处可采用法兰或螺纹连接。 3.其他风险 火驱工艺中涉及到的其他辅助设备较多，其安全可靠性也至关重要，在工程实施中应严格按照操作规程使用，在生产中更要加强设备的检修和维护工作。 三、人为风险 1.工程设计 工程设计人员对现场管路系统的设计，管线材料的选择、加工制造的技术水平、强度设计都影响着管线的运行安全。同时对于相应的电气设备和机械设备要慎重选择合理配置，对于井
9、网和管线布置要谨慎考虑，既要充分利用现有的水井、油井和管线，又要符合火驱操作规程和安全控制技术的要求。 2.人为失误 操作失误主要是由人的不安全行为引起的，包括施工误操作、运行误操作、维修误操作和管理失误等多方面的原因。火驱采油技术作为一项高新技术，必须制定严格的安全操作规程，加强人员培训，确保各项操作严格按操作规程进行。 四、结语 目前，火驱采油仍是一项二次、三次采油高新技术。在火驱采油的过程中，从生产井、注气井、空气压缩机到地面管线和采油设备，每个环节都要采取相应的安全技术措施。文章总结了国内外火驱采油的现场经验，制定火驱采油现场安全控制技术及监测方案。建立严格的安全生产控制标准、采取一系列的安全措施，最大程度的防止事故发生，对这项技术的成功实施具有重大的现实意义。 参考文献 1崔克清.安全工程燃烧爆炸理论与技术.北京.中国计量出版社，2005.12：46-58. 2魏宝明主编.金属腐蚀理论及应用M.北京：化学工业出版社，2002.7，第二版.
