氮气与泡沫技术服务介绍课件

中国石油海洋工程有限公司氮气及泡沫技术服务介绍氮气及泡沫技术服务介绍2017.06中国石油海洋工程有限公司目录目录一、氮气泡沫服务油田应用情况简介一、氮气泡沫服务油田应用情况简介二、氮气泡沫设备的原理介绍二、氮气泡沫设备的原理介绍三、三、公司氮气泡沫设备简介公司氮气泡沫设备简介四、四、氮气泡沫设备操作及风险识别与控制氮气泡沫设备操作及风险识别与控制五、近年来施工情况介绍及发展建议五、近年来施工情况介绍及发展建议中国石油海洋工程有限公司一、一、氮气及泡沫服务油田应用情况简介 中国石油海洋工程有限公司氮气，常况下是一种无色无味无嗅的气体，且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%（体积分数），是空气的主要成份。常温下为气体，在标准大气压下，冷却至-195.8时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.86时，液态氮变成雪状的固体。氮气的化学性质很稳定，常温下很难跟其他物质发生反应，适用于油田生产各个方面。1、氮气的特性中国石油海洋工程有限公司 氮气氮气/泡沫工艺技术应用概况泡沫工艺技术应用概况国内国内新疆油区新疆油区氮气隔热助排、泡氮气隔热助排、泡沫驱、气举采油等沫驱、气举采油等延长油矿延长油矿氮气吞吐采油氮气吞吐采油中原油田中原油田氮气排水采气、酸氮气排水采气、酸化、助排、诱喷化、助排、诱喷胜利油田胜利油田氮气泡沫驱、压水锥、冲氮气泡沫驱、压水锥、冲砂、洗井、射孔、助排等砂、洗井、射孔、助排等大庆、吉林油田大庆、吉林油田氮气泡沫驱诱喷助排氮气泡沫驱诱喷助排辽河油田辽河油田氮气泡沫调剖、驱油、氮气泡沫调剖、驱油、氮气隔热、助排、诱喷、氮气隔热、助排、诱喷、气举采油、井筒排液等气举采油、井筒排液等海洋油田海洋油田少量井筒少量井筒作业作业海洋油田海洋油田少量井筒少量井筒作业作业大港、华北油田大港、华北油田氮气泡沫冲砂、洗井，氮气泡沫冲砂、洗井，氮气诱喷、驱油、压水氮气诱喷、驱油、压水锥、助排锥、助排四川油田四川油田氮气泡沫酸化、诱喷氮气泡沫酸化、诱喷助排助排中国石油海洋工程有限公司（1）气举排液和气举诱喷-最普遍的方式特点：该技术施工安全，工艺简单，排液速度快，可控制排液深度。由于氮气属于隋性气体，来源广泛，在常温下很难与其它物质发生化学反应，不会因天然气混合，发生爆炸，具有施工安全、工艺简单、排液速度快、可控制排液深度等特点。所以在井下作业排液施工中常用注氮气排液技术，特别适用于含天然气井的排液。气举排液又分两种方式：常规气举阀注气排液方式，连续油管氮气排液方式。2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司（2）氮气排酸氮气排酸是利用向井筒注入高纯度氮气，将酸化后井筒内的残酸液体从油管内排出。通过不断注入氮气，逐步降低井筒流体的密度，减少液柱对地层的回压，以达到举通井筒或降液到预定深度，实现诱喷的目的。使用氮气可大大降低井筒的液柱压力，在井筒形成负压，可以使地层中残酸比较完全地排入井筒，进而随氮气排出地面，达到酸化后排酸的目的。氮气排酸也分两种方式：常规气举阀注气排酸方式，连续油管注氮气排酸方式。2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司（3）氮气驱油（提高采收率）-新疆油田应用广泛特点：氮气的压缩系数高，有利于补充地层能量；膨胀性大，有利于渗流驱油；体积系数大，注入同体积气体，可驱替出更多的油气；临界温度低，受温度的影响小；密度随压力升高而增加，随温度的升高而降低，可利用重力分异作用驱替构造高部位剩余油；氮气的表面张力低，驱油效率高；导热性差，可配合蒸汽混注驱稠油。采用热氮气驱油效果较好，热氮气温度高达200-300（发动机尾气加热）。辽河油田和渤海辽东油田稠油井应用较多。2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司（4）氮气气密测试（液氮用的较普遍）利用氮气对天燃气平台、生产系统（大型导管架）、高压系统、外输系统以及陆地终端进行气密测试检测。在氮气中加入百分之一的氦气按所测系统的额定压力分四阶段增压，每阶段到达所测压力时利用氦气测漏仪以及氦气探头对所测系统每个法兰联结处进行测漏。发现漏点以及泄漏程度及时做 好记录，放压为零后进行更换和维修。维修完以后按照以上步骤重复操作。一直到没有漏点合格。合格的系统可以确保一年的气体漏失低于25立方英尺。OTIS-常年做此服务，收入不菲。2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司（5）氮气干燥对海上平台备用的外输油管进行惰化干燥，防止其氧化锈蚀。先使用海绵清管器对管柱进行三次初步干燥，清扫出立管中的残水及杂物。启动氮气设备，以低排量进行注氮操作，直到管柱出口端有氮气溢出。加大氮气排量，对管柱进行吹扫，至少持续一小时。吹扫结束后，出口端装上法兰并关闭阀门。对立管以小排量注入氮气增压到3公斤，稳压20分钟后开阀迅速放压，照上面步骤重复做4次。用防爆仪测氧气含量，氧气含量低于百分之二。用露点仪测露点值，露点值低于零下20度。立管干燥结束。干燥结束后把立管内压力由3公斤放到0.69公斤，立管两端阀门用死睹睹上，保持内部充满氮气。防止由于长时间不用氧化锈蚀。2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司氮气泡沫的应用中国石油大学（华东）泡沫流体研究中心中国石油大学（华东）泡沫流体研究中心所在的油气田开发工程所在的油气田开发工程学科为国家重点学科，中心目前有学科为国家重点学科，中心目前有教授教授1 1人，副教授人，副教授3 3人，讲师人，讲师3 3人，人，博士博士7 7人，硕士人，硕士1010人人，形成了合理的科研梯队。，形成了合理的科研梯队。20092009年年5 5月，与中月，与中海油服共建泡沫流体联合实验室。海油服共建泡沫流体联合实验室。2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司（6）氮气泡沫调剖驱油提高油气开采效率一直是油气开采领域研究的热点和难点。随着我国高含水、稠油、出砂油藏的比例的增加，开采难度逐渐增大；同时储层非均质性严重，层间矛盾突出；低压井、水平井增多，漏失严重，排液困难，常规工艺技术难以进行有效开发。由于泡沫具有密度可调、对油层伤害小、携砂能力强以及与天然气混合不易发生爆炸等优良性能；同时泡沫在地层中良好的选择性，遇水稳定、遇油消泡，调剖能力强，可以有效解决层间矛盾。特别是在上述复杂开采条件下具有较大优势。2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司（7）氮气泡沫压裂泡沫压裂液具有对地层伤害低、返排率高、携砂性能好、低滤失等优点，特别适合低压、低渗、水敏地层的压裂改造。泡沫压裂是指在常规压裂液的基础上加入起泡剂，氮气或者二氧化碳气体，形成泡沫从而组成以气相为内相、液相为外相的低伤害压裂液体系的压裂过程。泡沫压裂液属于较为复杂的非牛顿液体，它的性质，流动行为和特征受到许多可变因素所控制。气体泡沫质量(在给定温度和压力下，气体体积占泡沫体积百分比)多为50%70%，泡沫质量小于52%时为增能体系，一般用作常规压裂后的尾追液，以帮助压后残液的返排;气泡质量大于52%时，内相气泡颗粒小，稳定性好，半衰期(从泡沫中分离出一半液体所需要的时间)长，分布均匀，流动时气泡与气泡相互接触，相互干扰，使其黏度大，携砂能力强，可以用于压裂液。2、氮气在油田的应用中国石油海洋工程有限公司（8）氮气泡沫其他应用2、氮气在油田的应用泡沫流体冲砂洗井技术泡沫流体冲砂洗井技术 泡沫混排解堵技术泡沫混排解堵技术 水平井泡沫酸洗技术水平井泡沫酸洗技术 泡沫分流酸化技术泡沫分流酸化技术泡沫堵水技术泡沫堵水技术 常规酸化后泡沫助排技术常规酸化后泡沫助排技术蒸汽吞吐井氮气泡沫调剖技术蒸汽吞吐井氮气泡沫调剖技术 边底水油藏氮气泡沫控水技术边底水油藏氮气泡沫控水技术 泡沫驱油技术泡沫驱油技术氮气泡沫钻井技术氮气泡沫钻井技术氮气泡沫固井氮气泡沫固井中国石油海洋工程有限公司二、氮气泡沫设备的原理介绍 中国石油海洋工程有限公司膜分离气体技术是利用有些金属膜或有机膜对某些气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的。环境空气经压缩净化，除去油、水、灰尘后，进入膜分离器进行分离。首先，压缩空气中的氧气、二氧化碳以及少量水汽会快速的渗透过膜壁，并通过膜组压力箱侧面的排气孔在大气压条件下排出；而空气中的氮气渗透过膜壁的速度较慢，它沿着纤维孔流动并在压力箱末端的产品气集气管处流出，最后进入产品氮气缓冲罐。1、膜制氮设备原理中国石油海洋工程有限公司膜制氮工作原理图中国石油海洋工程有限公司渗透分离制氮过程：利用各气体在分离膜内渗透扩散速率不同的物理方法分离，排出富氧空气，留下高纯度氮气。H H2 20 0COCO2 2O O2 2AirAirNitrogenNitrogenPrism Alpha Prism Alpha 分离器分离器富氧空气流富氧空气流空气人口空气人口氮气出口氮气出口中空纤维丝中空纤维丝ArAr中国石油海洋工程有限公司液氮设备主要包括：液氮储存装置和氮气转化设备(氮气增压泵)常见的液氮储存装置是氮气罐，其容积一般为2000加仑和2500加仑两种。其结构分为内外两层，内层由不锈钢制成，外层由锻钢制成，内层外表包有隔热材料，内外层之间抽成真空，防止热交换。罐上配有调压阀，液位表，安全阀，放压阀等。液氮制备方法：在低温条件下加压，使空气转变为液态空气，然后减压增温。液态氮沸点-195.8 液态氧沸点-182.96 C。由于液态氮的沸点是196（77K），比液态氧的沸点低，因此氮气首先从液态空气中蒸发出来。收集气体再次低温条件下加压，就得到液氮了。2、液氮设备原理中国石油海洋工程有限公司氮气泵的作用就是将低压液氮转化成高压常温氮气。由于制造厂商不同，氮气泵的结构不大相同，但是其基本原理是一样的。首先将低压液氮增压至50到100psi，然后由高压泵泵出，最高压力可达15000psi，最后经过加热得到我们所需的氮气。2、液氮设备原理中国石油海洋工程有限公司膜制氮设备：优点：通过膜组置换，氮气从空气中直接获取，纯度95%时膜组分离效率一般50%左右，成本低。缺点：受膜组性能影响，纯度越高时，产气量越小，最高纯度99.9%。如想获取大排量，需增加空压机性能；目前，最高压力50MPa（工作原理是气体直接压缩）。液氮设备优点：纯度高,最高纯度99.9999%，排量可远大于膜制氮设备（工作原理是液氮直接柱塞压缩后再加热汽化，1L液氮汽化为气体氮为647L。）；压力高，最高压力105MPa缺点：需要单独提供液氮，排量不受纯度变化影响。3、膜制氮和液氮设备的区别中国石油海洋工程有限公司（1）泡沫生成泡沫一般是由内充气体、泡沫基液等形成的分散体系，其中液体是连续相，气体是不连续相。泡沫基液一般是由液体、起泡剂和稳泡剂按一定比例配制而成的溶液。泡沫流体是气体在液体中充分分散形成，气泡分散程度越高，泡沫流体的质量越好。气体在水基液体搅拌后的气泡直径是微米级或更小，气泡在液体中分散后成乳化状态，呈奶白色，不透明。4、泡沫发生装置中国石油海洋工程有限公司起泡剂：表面活性剂，减小水的表面张力，形成稳定的气泡 气体：氮气、空气、二氧化碳等气体 泡沫：均匀的细小泡沫，气泡直径小于0.05mm4、泡沫发生装置起泡剂溶液起泡剂溶液气体气体泡沫发生器泡沫发生器泡沫泡沫井口井口中国石油海洋工程有限公司泡沫发生器内有气液混合腔和气液搅拌叶轮。气体直接进入配气管，分散成小气泡。液体以旋转方式进入，带动气体混合。初步混合的泡沫液经过固定式叶轮后多次改变方向进行搅拌，气体粉碎，形成微气泡。气体在内中心管，液体在外中心管，依靠小孔原理，和发泡剂、稳泡剂形成细小泡沫，再借助外中心管的多级阻流板，产生漩流作用，促使泡沫均匀，不聚集。4、泡沫发生装置中国石油海洋工程有限公司三、公司氮气泡沫设备介绍 中国石油海洋工程有限公司分公司现有租赁撬装膜制氮泡沫设备一套，正在抓紧采购另一套新的膜制氮设备，专职氮气施工人员仅3人。本套海上撬装膜制氮泡沫设备，额定制氮量为1200Nm3/h（在额定氮气纯度95%、氧含量3时，标准状态），氮气纯度90-99.99%可调，额定氮气排压35MPa。设备电气防爆等级：不低于ExdIIBT4（整撬不满足）。设备电气防护等级：不低于IP56。设备用电规格：380V，50HZ，约35Kw。整套设备主要包括：空压机撬，增压机撬，膜组撬，和泡沫发生器撬。1、膜制氮设备中国石油海洋工程有限公司2、膜制氮泡沫设备参数序号序号名称名称尺寸（尺寸（m m）重量（重量（t t）技术规格技术规格1空压机撬5.32.32.59.4空压机：SULLAIR 1350/350；额定排气量：38M3/MIN；排气压力：2.4MPa；发动机：CAT C18-630BHP2制氮撬62.42.68氮气纯度：95%；排量：1200Nm3/H；五级过滤，过滤精度：0.01m；膜管：美国MEDAL14根；3增压撬增压机撬4.12.52.89压缩机型号：KNOX-WESTERN E2430-20；额定压力：35MPa；额定排量：1200NM3/H；压缩级数：4级；出口温度可满足30-150切换；4动力撬3.72.52.88发动机型号：CAT C9(275bpm)5增压机撬底座8.22.70.42 地面不平整时，需要底座以确保增压机撬和 动力撬顺利对接，地面平整则不需要6氮气泡沫设备 额定压力：35 MPa；额定工作压力：35MPa；额定流量：132m3/h；泡沫液体的生成密度：可在0.45 0.9g/cm3之间任意调整；中国石油海洋工程有限公司空压机撬：为氮、氧分离提供充足气源。1、膜制氮设备压缩机机型压缩机机型SULLAIR(寿力)1350/350 压缩介质压缩介质空气额定排气量额定排气量38M3/MIN排气压力排气压力2.4MPa额定功率额定功率531bhp(1800rpm)转速转速1800-2100rpm排气温度排气温度最高环境温度+15输入轴功率输入轴功率452BHP驱动方式驱动方式柴油机驱动冷却形式冷却形式风冷传动方式传动方式直连传动动力供应动力供应CAT C18-630BHP冷却风扇冷却风扇1500/4-8/PAG/9WR/60/18/A空滤空滤最小压力阀最小压力阀温控阀温控阀油过滤器油过滤器油汽分离罐油汽分离罐油汽分离芯油汽分离芯排气排气 发动机发动机断油阀断油阀调节阀调节阀中国石油海洋工程有限公司制氮撬：制氮撬是将来自空压机的压缩空气，经过净化处理后，再通过膜组分离制造生产出合格的氮气。系统包括：稳压除水单元、冷干加热单元、净化过滤单元、箱体单元和自控单元。稳压除水单元：将压缩空气稳压除水，为后续工序提供稳定的气体。冷干加热单元：将压缩气体冷冻干燥，同时利用冷媒相变的热能为膜前气体加热。净化过滤单元：设置多级过滤装置，为膜系统的正常工作和标准的工艺要求提供符合要求的气体。1、膜制氮设备中国石油海洋工程有限公司氮、氧分离部件-14根美国麦道膜管工作温度：555（为了冬季作业需加装加热保温装置）；储存温度：-3560（冬季存放无需保温）；分离效率：54%，1200Nm3/h（氮气纯度95%）；45%，1000Nm3/h（氮气纯度97%）；15%，300Nm3/h（氮气纯度99.9%）；6%，180Nm3/h（氮气纯度99.99%）；使用寿命：10年以上；1、膜制氮设备中国石油海洋工程有限公司主要组成部分(1)油水分离器进入膜分离系统的压缩空气最初是由油水分离器调节，其功能是排除进气源中的大量的油和冷凝液及固体颗粒。（2）离心除水器 通过离心力的作用，使空气沿容器内壁转动降温，从而分离出部分水分，并从排放阀处排出。（3）聚结过滤器聚结过滤器，装有采用0.01m过滤芯，主要是去除进气中仍然存在的0.01m以上的剩余油和水悬浮物的微粒1、膜制氮设备中国石油海洋工程有限公司（4）碳床过滤器碳床过滤器是活性碳充在由低碳钢制成外壳的容器内。颗粒活性碳用来吸附去除掉进气源中的重烃蒸气。（5）过程加热器过程加热器是由氟利昂-冷干及加热系统组成，通过它将进气流加热，恒定在预设的温度（35-45）范围内，从而使膜分离系统具有最佳的工况。（6）颗粒过滤器颗粒过滤器装有0.01m过滤芯，用于清除进气源中剩余的全部悬浮颗粒物质（锈，碳粉尘等），类似聚结过滤器一样的功能，是进入膜分离体的最后一次过滤。1、膜制氮设备中国石油海洋工程有限公司（7）膜组是将每根细小的中空纤维集合在一起，卷成一密度高及表面积大的纤维束。是氮、氧分离的关键部件。（8）纯度控制阀保证系统按照设定工作点运行，即调节氮气纯度的阀门。（9）富氧气体系统富氧气体是氮氧分离过程中产生的非使用气流，富氧出口应通风良好。（10）分析控制系统连续监测氮气和调节纯度，确保安全。1、膜制氮设备中国石油海洋工程有限公司增压撬：主要是将分离出来的合格氮气，进行高压压缩，以满足入井条件。考虑到整撬重量较大（总重约15吨），采用分撬设计，主要动力源CAT C9柴油机撬和气体增压机撬（含冷却系统）两部分。1、膜制氮设备中国石油海洋工程有限公司泡沫发生设备为一独立的撬，高压气体接口与增压机相连，高压液体接口与三缸泵连接，产生的泡沫出口连接井口。控制系统包括密度计、流量计、压力传感器、温度传感器、PLC等，可现场手动操作调节泡沫密度。控制系统可实时监测系统设备的运行状况、超压报警、密度超标报警或漏失报警等功能。额定工作压力：35MPa（在发生器入口、出口均设置2-1502由壬接头）额定流量：132m3/h（35MPa下）；泡沫液体的生成密度：应可在0.450.9g/cm3之间任意调整；稳泡时间：48h，消泡时间：3h；2、泡沫发生设备中国石油海洋工程有限公司从性能上看：整套1200型撬装膜制氮泡沫设备基本达到了国内中上水平，取得了CCS船级社船检证书，电气元器件防爆等级满足ExdIIBT4，防护等级IP56。最大工作压力35MPa，额定排量1200Nm3/h（氮气纯度95%时），是目前国内撬装膜制氮设备的主流性能。从操作施工上看：整套设备单撬净重不超过10吨，增压撬采用分撬设计，分为动力撬、增压机撬和公共底盘三部分，撬间通讯线缆较多，客观上增加了施工操作的复杂性。新的1200型撬装膜制氮泡沫设备（在造中）针对以上问题，已经进行了优化和改进。3、整套设备评价中国石油海洋工程有限公司四、氮气泡沫设备操作及风险识别与控制中国石油海洋工程有限公司设备连接、检查（1）设备吊装，连接动力撬、增压撬及公共底盘（联轴器及安全护罩）；（2）连接空压机撬、制氮撬、及增压撬间低压气管线；（3）连接各撬间的电力及通讯线缆；（4）连接制氮撬排污管线并固定；（5）连接增压撬至作业设备间的高压管线并固定，试压合格；（6）启动设备前安全检查，通电。1、设备操作步骤中国石油海洋工程有限公司设备启动，空载运行（1）启动空压撬，确保柴油机及空压机各参数运行正常；（2）检查确保制氮撬放空阀开启正常，和排污阀排放正常；（3）查看氮气纯度及膜组温度情况；（4）确保增压撬排空阀打开，当增压撬一级进气压力大于0.5MPa时，启动动力撬及增压撬；（6）检查增压撬及动力撬各参数正常运行。1、设备操作步骤中国石油海洋工程有限公司设备加载作业(1)当氮气中氧含量小于等于5%时，按照指令，打开增压撬送气阀，关闭排空阀，开始泵注氮气；(2)泵注过程中，加强巡检，做好相关参数记录，确保设备正常运转。作业暂停及终止(1)接到暂停或停止作业指令后，打开增压撬放空阀，关闭送气阀；(2)当四级排气压力降至正常后，关闭增压撬和动力撬；(3)打开增压撬各级排污阀，排污结束后关闭，设备拆除。1、设备操作步骤中国石油海洋工程有限公司膜制氮泡沫作业的风险点源，按照作业程序步骤，主要考虑以下几方面：（1）设备吊装，连接安装时人员与设备风险；（2）设备启动作业时的操作风险，富氧汇集危害，氮气窒息风险，环境污染风险，噪音伤害风险，化学泡沫对人产生的危害风险等等；2、作业的风险识别与控制中国石油海洋工程有限公司2、作业的风险识别与控制中国石油海洋工程有限公司2、作业的风险识别与控制中国石油海洋工程有限公司2、作业的风险识别与控制中国石油海洋工程有限公司2、作业的风险识别与控制中国石油海洋工程有限公司2、作业的风险识别与控制中国石油海洋工程有限公司2、作业的风险识别与控制中国石油海洋工程有限公司3、氮气泡沫施工作业体系的完善截止目前，还编制完成了氮气泡沫作业程序，施工步骤等文件；完善了设备操作保养规程，设备润滑保养程序；编写了人员岗位职责，和岗位HSE职责等，为公司氮气泡沫施工作业体系的完善打下了基础。中国石油海洋工程有限公司五、近年来施工情况介绍及发展建议中国石油海洋工程有限公司1、氮气泡沫施工情况总体介绍从2016年至今年6月底，氮气施工共作业22井次，其中，2016年14井次，今年以来，累计作业8井次。从作业工艺来看，全部为传统的氮气气举或氮气试压类型，价格利润均较低。从作业区域来看，东海气田作业高达13井次，比例高达59%，这与气田氮气气举作业方式有关。渤海作业3井次，南海作业3井次，北黄海作业1井次，水合物作业2井次。02468101214东海渤海南海北黄海水合物图表标题中国石油海洋工程有限公司2、近年作业情况表2016年，氮气作业井次如下：中国石油海洋工程有限公司2、近年作业情况表2017年至今，氮气作业井次如下：中国石油海洋工程有限公司3、氮气泡沫业务未来发展建议从近年来的施工情况看，作业类型全部集中在传统氮气气举、试压等业务，价格和利润均较低，随着油价低迷，竞争愈加激烈。建议，从以下几方面拓展未来发展道路：一、重视和加强氮气泡沫业务的发展。氮气泡沫越来越广泛的应用于油田生产的各个领域，并且价格、利润均高于传统氮气业务。与科研单位合作开发氮气泡沫压裂液或泡沫添加剂，提升业务产业链和附加值，做强做精相关业务。中国石油海洋工程有限公司3、氮气泡沫业务未来发展建议二、加强市场推介，最大可能增加工作量，拓展作业类型；三、进一步完善氮气泡沫业务HSE体系文件，保障作业安全；四、加强施工队伍建设，增加作业人员，确保施工顺利进行。中国石油海洋工程有限公司