海拉尔油田空气驱试验安全风险控制技术

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【摘要】2009年，海拉尔油田贝中注空气试验项目启动（规模为4注16采）。通过三年多的试验摸索，建成了注空气试验站、压缩机组、单井罐等配套地面设施，形成了较为成熟的空气驱注入、采出工艺技术及安全风险控制技术。本文对空气试验中存在的爆炸、冻堵等风险进行分析，对已采取的安全风险控制技术进行评价总结。

【关键词】海拉尔油田；注空气试验；爆炸；冻堵；安全风险控制技术

一、概述

2009年，海拉尔油田贝中注空气试验项目启动（规模为4注16采）。通过三年多的试验摸索，建成了注空气试验站、压缩机组、单井罐等配套地面设施，形成了较为成熟的空气驱注入、采出工艺技术及安全风险控制技术。

注入系统工艺：常压空气经高压压缩机组增压、低压液体经柱塞泵增压后经独立管线分别到注入井。

采出系统工艺：采出液进入低架或高架安装的敞口罐，经电加热棒加热后由管道泵或自流装车外运。

二、安全风险分析

2.1化学爆炸风险

注入系统：在停止注空气或重新启动压缩机组向注入井注入空气时，地层的油、气等轻烃混合物可能向注入井筒回流，与注入井筒内的高温高压空气混合发生化学爆炸。

采出系统：伴生气中的氧含量过高，可能造成油井和地面设施内的氧浓度达到爆炸极限而引发化学爆炸。

2.2物理爆炸风险

空气驱要求最高注入压力35MPa，在海拉尔油田注水工艺中最高压力也仅为28MPa；另外，海拉尔油田空气驱所在地区维度高，受西伯利亚寒流直接侵袭，冬季寒冷而漫长，年极端最低气温达-47.5℃。

因此，如果选材和保护措施不当，在高压、低温的双重作用下，可能造成工艺管线因低温冷脆而发生物理爆炸。

2.3冻堵风险

海拉尔油田空气驱所在地区存在严寒低温的自然环境，若保护措施不当，可能造成注入系统的注液管道、注入井口，油井至单井罐管线等地面设施发生冻堵。

三、安全风险控制技术

3.1防化学爆炸

1、“注液”防止注入系统发生化学爆炸

在压缩机组停注超过30min时，启动柱塞泵，向注入井内注入清水或泡沫液，将井筒内剩余的空气推入地层，阻止轻烃向井筒回流，从而避免轻烃与空气在井筒内混合发生化学爆炸。

同时，为防止因10KV电力线路停电造成注气停注，也无法启动柱塞泵注液的问题，注入系统配备柴油发电机组来保驾注液。

此外，在停止注气较长时间后（如超过24小时）需要先注液段塞后再注气，以确保井筒内无轻烃。

2、“检测氧浓度+合理工作制度+敞口罐”防止采出系统发生化学爆炸

（1）油井井口设置氧含量检测工艺，可通过手持式氧含量检测仪定期检测采出气的氧浓度是否正常。

（2）建立合理的工作制度：

油井正常生产时，每天检测1次氧浓度；在检测到氧浓度超过3%时，加密至每天检测2次，同时套管气放空。

当含浓度超过5%时，采油井关井、注气井停注。关井一段时间，连续检测产出气中氧浓度，当氧浓度小于5%时，油井恢复生产；当氧浓度小于3%时，注入井恢复注空气。

（3）采用单井敞口罐工艺生产，避免了氧气在常规密闭罐内聚集而达到爆炸极限。

3.2防物理爆炸

采用“16Mn钢+深埋+电伴热+高压力等级”防止注入系统发生物理爆炸。

一是严格选择了低温性能良好、屈服强度值高（相对20#钢）的16Mn无缝钢作为注入管线的材质防止冷脆的发生。

二是管线的埋深控制在了冻土层以下的-3.5m，同时管线全程电伴热保驾，提高了管线运行时的环境温度，进一步降低了冷脆发生的几率。

三是提高注气压缩机组、注入管线的压力等级，设备、管线的压力等级选择为40MPa，高于最高注入压力35MPa，同时压缩机组设置了在压力达到35MPa时自动停机保护措施。

3.3防冻堵

采用“电伴热保温+扫线工艺”防止冻堵的发生。

一是从注气试验站到注入井、油井井口到单井罐的管线均采用了全程电伴热保驾，注入井口采气树采用了电伴热+保温橇体结构。

二是注入系统的注液管线增加从柱塞泵到注入井口的空气扫线工艺，冬季生产中每次注完液均通过小型空气压缩机将注液管线中的液体用空气进行置换，即使在电伴热出现故障时也能有效避免管线的冻堵。

3.4控制效果及存在问题

在采取了一系列“三防”技术手段后，注空气试验从开展至今，地面系统保持了安全平稳运行。

通过现场试验发现，部分井组极易发生气窜，在发生气窜时套管气中氧浓度迅速突破5%，甚至达到了20%，爆炸风险增大。因此在试验动态监测过程中，仅靠人工检测氧浓度很难在第一时间发现氧浓度异常，为安全生产管理带来隐患。

四、结论及认识

1、地面系统采取的防化学爆炸、防物理爆炸，防冻堵的安全风险控制技术基本适应和满足了注空气试验的需要。

2、对于气窜造成的氧浓度迅速突破升高的问题，地面系统采取了在空气压缩机组前端增加空气减氧装置的方式，将注入端的氧浓度降至爆炸极限以下（

3、为克服人工氧浓度检测的不实时性，建议根据试验的开展情况及整体进程安排，开展油井氧浓度在线监测试验，为注空气试验的安全开展提供一种新的技术保障手段。