氮气在油田化工设备中的应用

氮气在油田化工设备中的应用

【摘要】现代石油工业中，氮气技术广泛应用于油气生产的许多环节，它具有安全、稳定、不易燃烧、高效等特点。本文结合多年生产实践，介绍了氮气在大庆油田化工设备中的广泛应用，结果表明氮气技术具有广泛的应用前景，相信在不久的将会在全油田广泛推广。

【关键词】氮气；化工设备；置换

由于氮气作为一种惰性气体，其化学性质稳定，一般不与任何物质发生反应，且与油、水等介质互不相溶，无毒、不易燃烧，并且来源广泛，因此广泛应用于气体钻井、井下压裂，提高采收率、管道吹扫、装置置换等油田项目中。作为国家高危甲类一级消防重点单位，我公司生产装置具有高温、高压、高转速、易燃、易爆、易中毒的生产特点，因此在引进氮气装置后，广泛应用于遍布萨、喇、杏及海拉尔油田的深冷、浅冷、原稳等27套油气初加工装置，2座大型轻烃储库，4套集气装置，总长1890公里的气、烃、油管线，氮气用量每年都在100万立方米以上，以保证设备正常运行及动火作业。

一、氮气气源

氮气在大气中的含量为78%，因此不需采用化学方法制取氮气，可采用物理方法。目前主要有两种方法，低温分离和常温膜分离。低温分离采用低温冷却的方法将空气冷却到-200℃以下，以实现氮气和氧气的分离。该方法制取的液氮具有纯度高，膨胀体积大等优点，但在常温下储存，运输及使用都比较困难。常温膜分离采用先进的高分子膜技术，在常温条件下直接从空气中分离出纯净氮气。其优点是设备可车载，可移动，可现场制取，使用成本低廉，缺点是供气量小，氮气需求量大时需要长时间作业。由于大庆油田幅员辽阔，生产装置分散，因此采用常温膜分离技术为通常采取的方法。

二、常温膜分离制氮技术原理

膜分离的核心是利用空气中不同组分在高分子材料上的扩散速度不同而进行气体分离的物理过程。高分子材料被制成如头发粗细的中空纤维膜，气体在纤维膜孔内通过，水、二氧化碳、氧气等从膜的侧面通过，排放出去。而氮气从纤维膜的末端出来，以此得到需要的氮气[1]。膜分离氮气原理如下图

三、制氮设备工作流程

制氮设备主要分为以下几个单元。柴油机系统，为整套设备提供动力；空压机系统，为系统提供充足空气；空气处理系统，对空气进行过滤，净化；膜组系统，将若干膜并联在一起，对空气进行氮氧分离。根据不同需要还有增压系统，通过一套增压装置将生产出的氮气压缩到一定压力输出，以满足要求。

四、氮气的实际应用

据笔者得知，目前大庆油田共有4套氮气设备，分别为井下作业，钻井工程，试油试采，及笔者所在的天然气公司所有，每套设备都广泛应用于该公司的各项作业中。在井下作业，钻井工程及试油试采公司主要应用于气举排液、氮气垫测试、正压射孔、混注氮气压裂、酸化、欠平衡钻井等技术。在本人所在的天然气公司，氮气装置可生产纯度在95%—99.5%范围内的氮气，每小时产量500—700立方米，输出压力1.0Mpa—6.5Mpa广泛应用于为生产装置提供启机前的氮气置换，管线和阀组动火作业前的管线吹扫，以及轻烃储罐进烃退烃时的置换作业。2010年至2012年，该设备累计出勤890天次、置换装置180套次、置换管线516条次，累计生产氮气404万余立方米。

注氮已成为提高油气采收率经济、成熟的方法，在美国有30多个油田利用氮气提高采收率。它不仅适用于常规油藏，也适用于稀油、稠油、海上、丘陵、深油藏、已接近枯竭的油藏或处在开发早期的油藏等，在低压、低渗、粘土胶结等特殊油气藏中也有独到的作用。气举排液诱喷、注水井气举排液、压裂酸化后的气举排液、油气井井底积水或积砂恢复生产、注气井注氮试注、原油罐封顶清罐、扫线试压、气井排水、作业压井、洗井、试油等方面仍有许多应用潜力有待开发，所以氮气技术在石油化工设备中的应用会越来越广[2]。

五、结束语

从多年的生产实践看来，氮气技术作为一门新兴技术，在国内油田采油工程、射孔作业，化工设备等方面的应用中只占有很小一部分，但由于安全性、可靠性、可移动制取等优点越来越得到广泛的重视。随着技术的更新换代及大规模普及，其生产成本将越来越低，应用也将越来越广泛。

参考文献

[1]汪冶平.膜制氮技术及在油气田的应用.天然气工业，2007，27（12）：141-143

[2]沈光林.氮气在油田生产中的应用.特种油气藏，2005，12（4）：100-102