注氮?dú)怛?qū)油技術(shù)氮?dú)饧兌葯z測(cè)方法改進(jìn)研究

成 浩

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部伊拉克油生項(xiàng)目組，天津 300459）

0 引言

當(dāng)前對(duì)于高溫、高壓、高鹽、低滲透油藏，傳統(tǒng)化學(xué)驅(qū)已無(wú)法提高采收率，采用氣驅(qū)是實(shí)現(xiàn)提高采收率的重要方向。氮?dú)馐且环N較好的氣驅(qū)注入劑，氮?dú)饩哂袎嚎s系數(shù)高、膨脹性大的優(yōu)點(diǎn)，另外還具有溫度和壓力變化能改變其自身密度的特性，可將低滲透油藏的油氣資源驅(qū)除出來(lái)，顯著提高驅(qū)油效率。當(dāng)前氮?dú)怛?qū)油技術(shù)已在塔河油田、中原油田等稠油油田得到了廣泛的應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。氮?dú)怛?qū)油技術(shù)中注入的氮?dú)赓|(zhì)量因素是影響氣驅(qū)效果的關(guān)鍵因素，掌握氮?dú)饧兌葯z測(cè)方法，提高注入氮?dú)赓|(zhì)量，可保障稠油油田中氮?dú)怛?qū)油技術(shù)的順利實(shí)施[1]。

1 氮?dú)庵苽涔に嚪治?/h2>

當(dāng)前油田注氮?dú)庵饕捎媚し蛛x制氮技術(shù)和碳分子篩技術(shù)進(jìn)行制備。

1.1 膜分離制氮技術(shù)

膜分離制氮技術(shù)工藝裝置流程：空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后進(jìn)入除油過(guò)濾器和冷干機(jī)，壓縮空氣經(jīng)過(guò)除油和去濕作用后進(jìn)入膜分離裝置，膜分離裝置可對(duì)壓縮空氣進(jìn)行過(guò)濾、加熱、分離、冷卻，產(chǎn)出的合格氮?dú)膺M(jìn)入氮?dú)饩彌_罐中，不合格的氮?dú)馀胖料贤?，同時(shí)膜分離裝置中剩余的富氧氣體也由富氧排放風(fēng)機(jī)排至舷外，氮?dú)饩彌_罐用于氮?dú)馀R時(shí)貯存和分配，氮?dú)庠鰤簷C(jī)將氮?dú)庠鰤褐烈欢▔毫蠊┙o各用戶，輔助控制柜可進(jìn)行船用空壓機(jī)的軟啟動(dòng)、加熱器的溫度調(diào)節(jié)[2]。

1.2 碳分子篩制氮技術(shù)

碳分子篩制氮裝置利用空氣為原料，以高質(zhì)量碳分子篩為吸附劑，運(yùn)用加壓吸附、減壓解吸原理從中分離制取氮?dú)狻＞乱苿?dòng)式碳分子篩制氮裝置主要由空氣壓縮系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、碳分子篩吸附塔和集中控制系統(tǒng)組成。

2 氮?dú)饧兌葯z測(cè)方法分析

2.1 氮?dú)饧兌葯z測(cè)方法

當(dāng)前膜分離制氮和碳分子篩制氮等空分制氮所得氮?dú)獾募兌葯z驗(yàn)方法沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于油田氮?dú)怛?qū)技術(shù)用氮?dú)獾募兌葯z驗(yàn)主要是參照其它行業(yè)氮?dú)鈾z驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，主要有氣相色譜法和手持式氧氣分析儀兩大類進(jìn)行檢測(cè)。

氣相色譜法來(lái)檢驗(yàn)氮?dú)饧兌龋航梃bGB/T 13610—2020《天然氣的組成分析/測(cè)定氣相色譜法》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行氮?dú)饧兌葯z驗(yàn)；借鑒Q/SY 17011—2020 驅(qū)油用減氧空氣中氮?dú)夂繙y(cè)定中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行氮?dú)饧兌葯z驗(yàn)。

手持式氧氣分析儀檢驗(yàn)氮?dú)饧兌龋航梃bHJ 76—2017《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》，采用電化學(xué)氧分析儀進(jìn)行氮?dú)饧兌葯z驗(yàn)；采用氧化鋯測(cè)氧儀可以測(cè)定氮?dú)庵醒鯕夂浚M(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)氮?dú)饧兌鹊臋z測(cè)[3]。

2.2 氮?dú)饧兌葯z測(cè)方法的原理

2.2.1 氣相色譜法

氣相色譜法檢測(cè)原理：溶液中需要被分離物質(zhì)在流動(dòng)相及固定相中的分配系數(shù)不同，經(jīng)過(guò)多次的吸附-脫附過(guò)程以使組分分離，分離后采用檢測(cè)器檢測(cè)，當(dāng)前油田用氮?dú)饧兌葯z測(cè)主要采用TCD 熱導(dǎo)檢測(cè)器。

2.2.2 電化學(xué)氧分析儀檢測(cè)

電化學(xué)氧分析儀檢測(cè)法原理：檢測(cè)設(shè)備由電化學(xué)氧傳感器、氣路單元、電子顯示單元組成。氧電極傳感器以鉑為陰極，鉛為陽(yáng)極，氧在陰極失去電子被還原為氫氧根離子，電子通過(guò)電流到陽(yáng)極使鉛被氧化，電流大小與氧濃度成正比。

2.2.3 氧化鋯測(cè)氧儀檢測(cè)

氧化鋯測(cè)氧儀檢測(cè)原理：氧化釔摻雜的氧化鋯功能陶在高溫下形成快離子導(dǎo)體，對(duì)氧濃差具有敏感性，能夠產(chǎn)生濃差電勢(shì)。

2.3 檢測(cè)方法存在的不足之處

2.3.1 氣相色譜法

1）借鑒GB/T 13610—2020《天然氣的組成分析/測(cè)定氣相色譜法》檢測(cè)的不足之處：干燥空氣中各主要組分氣體體積占比為氮?dú)?8.102%、氧氣20.946%、氫氣0.916%、二氧化碳0.033%，氮?dú)?、氧氣、氫氣、二氧化碳四種氣體濃度均超過(guò)0.01%，而其它氣體濃度僅為0.003%；多年的檢測(cè)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，由于氫氣與氧氣兩者性質(zhì)相近，經(jīng)常使用的檢測(cè)天然氣的色譜柱對(duì)氫氣與氧氣無(wú)法實(shí)現(xiàn)分離，氫氣和氧氣出峰時(shí)間相近兩者色譜峰無(wú)法分離，氫氣和氧氣的色譜峰合并成一個(gè)峰，增大氧氣峰面積，導(dǎo)致測(cè)定的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)值增大，進(jìn)而影響氮?dú)鈾z測(cè)濃度的準(zhǔn)確性。

2）借鑒HJ 76—2017《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》檢測(cè)的不足之處：在該檢測(cè)中氫氣作為載氣，在使用熱導(dǎo)檢測(cè)器時(shí)，可有效避免因氫氣出峰問(wèn)題對(duì)氧氣結(jié)果的影響；在檢測(cè)時(shí)該方法無(wú)法對(duì)減氧空氣混合物中氫氣含量進(jìn)行有效檢測(cè)，數(shù)據(jù)歸一后混合氣體中氫氣含量按比例分配至氧氣和氮?dú)饪偤恐校瑢?dǎo)致兩者的測(cè)定結(jié)果偏大，無(wú)法真實(shí)有效地測(cè)定混合氣體組分濃度；檢測(cè)時(shí)采用的TCD 熱導(dǎo)檢測(cè)器的基本檢測(cè)原理為不同物質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)不同，氫氣與氧氣、氮?dú)獾臒醾鲗?dǎo)系數(shù)差別不大（熱傳導(dǎo)系數(shù)均較高），因此氫氣不太適合作為減氧空氣混合物的載氣。

2.3.2 電化學(xué)檢測(cè)

在采用電化學(xué)檢測(cè)時(shí)，都需要用到電化學(xué)氧氣傳感器設(shè)備。電化學(xué)氧氣傳感器設(shè)備在應(yīng)用前如受到劇烈顛簸會(huì)影響傳感器讀數(shù)的準(zhǔn)確性，雜質(zhì)污染會(huì)影響到傳感器讀數(shù)的準(zhǔn)確性，環(huán)境溫度、濕度、雨淋等因素都會(huì)影響傳感器讀數(shù)的準(zhǔn)確性；在檢測(cè)前后都需要用標(biāo)氣標(biāo)定，過(guò)程繁瑣，精度還不高。在對(duì)氮?dú)饧兌葘?shí)際測(cè)量時(shí)，電化學(xué)氧分析儀一般安裝在移動(dòng)制氮?dú)廛嚿?，該檢測(cè)環(huán)境下檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性不高。

2.3.3 氧化鋯測(cè)氧儀檢測(cè)

氧化鋯測(cè)氧儀檢測(cè)時(shí)采用屏蔽電線，采取強(qiáng)弱信號(hào)線分別布線方式，故障率大幅度增加，安裝方式復(fù)雜，檢測(cè)成本高，在對(duì)氮?dú)饧兌葘?shí)際測(cè)量時(shí)極少采用。

3 氮?dú)饧兌葯z測(cè)方法的改進(jìn)

中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部以伊拉克油生項(xiàng)目組氣相色譜法為基礎(chǔ)，對(duì)以往的氮?dú)饧兌葯z測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，提高了注氮?dú)怛?qū)油技術(shù)中氮?dú)饧兌葯z驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

3.1 現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)氣相色譜設(shè)備的改進(jìn)

在公司油田生產(chǎn)事業(yè)部選擇一臺(tái)常見(jiàn)國(guó)產(chǎn)氣相色譜，該設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)反吹及連接毛細(xì)柱功能，對(duì)其進(jìn)行改造建立氮?dú)鈾z驗(yàn)方法。色譜柱選用氧氬專用島津5A 不銹鋼分子篩柱，2.5 m×3 mm，65～80 目，5A分子篩進(jìn)行脫水；針對(duì)混合氣體組分性質(zhì)，選用檢測(cè)氧氣和氮?dú)獾腡CD 檢測(cè)器；改進(jìn)后氦氣作為載氣熱傳導(dǎo)系數(shù)遠(yuǎn)高于待測(cè)氣體，使用外標(biāo)法得出混合氣體的組分。改進(jìn)后的設(shè)備可有效提高氮?dú)饧兌葯z測(cè)的準(zhǔn)確性，但是存在檢驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)45 min，氮?dú)夥逍筒患训娜秉c(diǎn)。

3.2 采用帶有反吹功能的氣相色譜

為進(jìn)一步提高公司氮?dú)饧兌葯z驗(yàn)的準(zhǔn)確性，采購(gòu)了帶有反吹功能的氣相色譜。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，樣品經(jīng)閥V1 進(jìn)入定量環(huán)吹掃干凈后，閥V1 打開(kāi)，載氣1 將樣品帶入5A 中進(jìn)行分離，當(dāng)O2、Ar 流出5A 進(jìn)入氧氬專用柱而N2沒(méi)流出時(shí)，將閥V2 打開(kāi)，組分N2經(jīng)過(guò)TCD 被檢測(cè)得到。將閥V2 關(guān)閉，組分O2、Ar 經(jīng)氧氫專用柱分離進(jìn)入TCD 被檢測(cè)得到。

采用帶有反吹功能的氣相色譜，可進(jìn)一步提高氮?dú)饧兌葯z驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將檢驗(yàn)時(shí)間從之前的45 min降低至10 min，氮?dú)夥逍驼！?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)注氮?dú)怛?qū)油技術(shù)中氮?dú)饧兌葯z測(cè)的方法、原理、不足之處進(jìn)行了分析，立足公司實(shí)踐提出了氮?dú)饧兌葯z測(cè)方法的改進(jìn)方法，大幅度提高了氮?dú)饧兌葯z測(cè)的準(zhǔn)確性，為油田注氮?dú)饧夹g(shù)提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。