海拉爾油田空氣驅(qū)試驗安全風險控制技術(shù)

【摘要】2009年，海拉爾油田貝中注空氣試驗項目啟動（規(guī)模為4注16采）。通過三年多的試驗摸索，建成了注空氣試驗站、壓縮機組、單井罐等配套地面設(shè)施，形成了較為成熟的空氣驅(qū)注入、采出工藝技術(shù)及安全風險控制技術(shù)。本文對空氣試驗中存在的爆炸、凍堵等風險進行分析，對已采取的安全風險控制技術(shù)進行評價總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】海拉爾油田；注空氣試驗；爆炸；凍堵；安全風險控制技術(shù)

一、概述

2009年，海拉爾油田貝中注空氣試驗項目啟動（規(guī)模為4注16采）。通過三年多的試驗摸索，建成了注空氣試驗站、壓縮機組、單井罐等配套地面設(shè)施，形成了較為成熟的空氣驅(qū)注入、采出工藝技術(shù)及安全風險控制技術(shù)。

注入系統(tǒng)工藝：常壓空氣經(jīng)高壓壓縮機組增壓、低壓液體經(jīng)柱塞泵增壓后經(jīng)獨立管線分別到注入井。

采出系統(tǒng)工藝：采出液進入低架或高架安裝的敞口罐，經(jīng)電加熱棒加熱后由管道泵或自流裝車外運。

二、安全風險分析

2.1化學爆炸風險

注入系統(tǒng)：在停止注空氣或重新啟動壓縮機組向注入井注入空氣時，地層的油、氣等輕烴混合物可能向注入井筒回流，與注入井筒內(nèi)的高溫高壓空氣混合發(fā)生化學爆炸。

采出系統(tǒng)：伴生氣中的氧含量過高，可能造成油井和地面設(shè)施內(nèi)的氧濃度達到爆炸極限而引發(fā)化學爆炸。

2.2物理爆炸風險

空氣驅(qū)要求最高注入壓力35MPa，在海拉爾油田注水工藝中最高壓力也僅為28MPa；另外，海拉爾油田空氣驅(qū)所在地區(qū)維度高，受西伯利亞寒流直接侵襲，冬季寒冷而漫長，年極端最低氣溫達-47.5℃。

因此，如果選材和保護措施不當，在高壓、低溫的雙重作用下，可能造成工藝管線因低溫冷脆而發(fā)生物理爆炸。

2.3凍堵風險

海拉爾油田空氣驅(qū)所在地區(qū)存在嚴寒低溫的自然環(huán)境，若保護措施不當，可能造成注入系統(tǒng)的注液管道、注入井口，油井至單井罐管線等地面設(shè)施發(fā)生凍堵。

三、安全風險控制技術(shù)

3.1防化學爆炸

1、“注液”防止注入系統(tǒng)發(fā)生化學爆炸

在壓縮機組停注超過30min時，啟動柱塞泵，向注入井內(nèi)注入清水或泡沫液，將井筒內(nèi)剩余的空氣推入地層，阻止輕烴向井筒回流，從而避免輕烴與空氣在井筒內(nèi)混合發(fā)生化學爆炸。

同時，為防止因10KV電力線路停電造成注氣停注，也無法啟動柱塞泵注液的問題，注入系統(tǒng)配備柴油發(fā)電機組來保駕注液。

此外，在停止注氣較長時間后（如超過24小時）需要先注液段塞后再注氣，以確保井筒內(nèi)無輕烴。

2、“檢測氧濃度+合理工作制度+敞口罐”防止采出系統(tǒng)發(fā)生化學爆炸

（1）油井井口設(shè)置氧含量檢測工藝，可通過手持式氧含量檢測儀定期檢測采出氣的氧濃度是否正常。

（2）建立合理的工作制度：

油井正常生產(chǎn)時，每天檢測1次氧濃度；在檢測到氧濃度超過3%時，加密至每天檢測2次，同時套管氣放空。

當含濃度超過5%時，采油井關(guān)井、注氣井停注。關(guān)井一段時間，連續(xù)檢測產(chǎn)出氣中氧濃度，當氧濃度小于5%時，油井恢復生產(chǎn)；當氧濃度小于3%時，注入井恢復注空氣。

（3）采用單井敞口罐工藝生產(chǎn)，避免了氧氣在常規(guī)密閉罐內(nèi)聚集而達到爆炸極限。

3.2防物理爆炸

采用“16Mn鋼+深埋+電伴熱+高壓力等級”防止注入系統(tǒng)發(fā)生物理爆炸。

一是嚴格選擇了低溫性能良好、屈服強度值高（相對20#鋼）的16Mn無縫鋼作為注入管線的材質(zhì)防止冷脆的發(fā)生。

二是管線的埋深控制在了凍土層以下的-3.5m，同時管線全程電伴熱保駕，提高了管線運行時的環(huán)境溫度，進一步降低了冷脆發(fā)生的幾率。

三是提高注氣壓縮機組、注入管線的壓力等級，設(shè)備、管線的壓力等級選擇為40MPa，高于最高注入壓力35MPa，同時壓縮機組設(shè)置了在壓力達到35MPa時自動停機保護措施。

3.3防凍堵

采用“電伴熱保溫+掃線工藝”防止凍堵的發(fā)生。

一是從注氣試驗站到注入井、油井井口到單井罐的管線均采用了全程電伴熱保駕，注入井口采氣樹采用了電伴熱+保溫橇體結(jié)構(gòu)。

二是注入系統(tǒng)的注液管線增加從柱塞泵到注入井口的空氣掃線工藝，冬季生產(chǎn)中每次注完液均通過小型空氣壓縮機將注液管線中的液體用空氣進行置換，即使在電伴熱出現(xiàn)故障時也能有效避免管線的凍堵。

3.4控制效果及存在問題

在采取了一系列“三防”技術(shù)手段后，注空氣試驗從開展至今，地面系統(tǒng)保持了安全平穩(wěn)運行。

通過現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，部分井組極易發(fā)生氣竄，在發(fā)生氣竄時套管氣中氧濃度迅速突破5%，甚至達到了20%，爆炸風險增大。因此在試驗動態(tài)監(jiān)測過程中，僅靠人工檢測氧濃度很難在第一時間發(fā)現(xiàn)氧濃度異常，為安全生產(chǎn)管理帶來隱患。

四、結(jié)論及認識

1、地面系統(tǒng)采取的防化學爆炸、防物理爆炸，防凍堵的安全風險控制技術(shù)基本適應和滿足了注空氣試驗的需要。

2、對于氣竄造成的氧濃度迅速突破升高的問題，地面系統(tǒng)采取了在空氣壓縮機組前端增加空氣減氧裝置的方式，將注入端的氧濃度降至爆炸極限以下（<10%），從源頭上消除化學爆炸風險。

3、為克服人工氧濃度檢測的不實時性，建議根據(jù)試驗的開展情況及整體進程安排，開展油井氧濃度在線監(jiān)測試驗，為注空氣試驗的安全開展提供一種新的技術(shù)保障手段。