現(xiàn)場制氮工藝在快速試氣中的應(yīng)用研究

郭連剛

摘要：制氮機組優(yōu)質(zhì)、高效的完成氣舉排液施工，加快施工節(jié)奏、縮短施工作業(yè)周期，逐步建立、完善氣舉排液的施工工藝研究，在現(xiàn)場制氮工藝中起著很重要的作用。本文將重點闡述分析現(xiàn)場用高溫冷制液化氮氧氣排液技術(shù)工藝，在快速試氣方式中進(jìn)行現(xiàn)場試驗，用氮排氣工藝過程施工中的主要技術(shù)應(yīng)用，并且逐步分析現(xiàn)場氣舉用氮氣排液工藝施工技術(shù)過程，重點分析提出現(xiàn)場制冷用液化氮氧氣排液技術(shù)工藝，在快速試氣方式進(jìn)行現(xiàn)場試驗用氮排氣工藝過程施工中的主要應(yīng)用，及其發(fā)展以及研究技術(shù)方向。

關(guān)鍵詞：制氮工藝;試氣;氣舉排液;氣舉閥

引言：

在對氣層進(jìn)行采用壓裂地層酸化技術(shù)改造施工過程中，會出現(xiàn)大量酸化液體，在此同時將進(jìn)入壓裂地層。施工作業(yè)后如果不及時將這些大量液體排出，就可能會對壓裂地層整體造成二次腐蝕傷害，嚴(yán)重的會影響到對壓裂地層酸化改造效果，導(dǎo)致問題的出現(xiàn)。同時誘噴排液排出速度的提高快慢也直接制約著這些施工進(jìn)度，影響作業(yè)的效率和進(jìn)展。助推氣井誘噴排液，根據(jù)材料不同采用誘噴排液手段，大致可以劃分為：彈性地層通氣排液和助推井筒通氣排液兩種技術(shù)方式。地層通氣排液方式是一種僅靠利用地層彈性能量，就可能將其進(jìn)入井內(nèi)部液體同時排出的一種排液技術(shù)方式。助推井筒返列排液方式是一種，指靠進(jìn)行壓裂地層酸化改造施工過程結(jié)束后的僅靠彈性地層能量或僅靠地層彈性能量。不能夠足以同時舉通進(jìn)入井筒內(nèi)部液體而同時需要依靠壓力反替、氣舉和壓力抽汲等多種井筒排液助推返排排液技術(shù)方式，來得以達(dá)到實現(xiàn)誘噴排液目的，而同時排出進(jìn)入井筒內(nèi)部液體的一種排液技術(shù)方式。抽汲返列排液、制取壓氮氣氣抽舉返列排液、連續(xù)式排油管和制氮氣返排排液，是三種比較常規(guī)采用井筒進(jìn)行排液的技術(shù)工藝，但這三種井筒返排技術(shù)方式均仍然存在一定的技術(shù)局限性。

一、空氣分離制氮技術(shù)基本原理

空氣萃取制氮分離是多組分的一種空氣制氮混合物，它的主要三種化學(xué)成分分別指的是78.08%的氨和液化液態(tài)氮氣、20.95%的氨和液化液態(tài)氧氣和0.934%的液態(tài)氨和液化氬氣。此外，空氣中還含有可能存在含有大量量的灰塵、水分、以及少量可能含有諸如二氧化碳、乙炔等其他有機化學(xué)品的雜質(zhì)。現(xiàn)場加工生產(chǎn)氮氣分離技術(shù)裝置，顧名思義，就是一種需要直接安裝在每個需要客戶現(xiàn)場的，通過使用一定量的分離工藝將這些量的氮氣從現(xiàn)場中的空氣中取出進(jìn)行混合分離、提純、加壓然后將這些量的氮氣通過現(xiàn)場供應(yīng)商的輸送給每個需要客戶現(xiàn)場即可以在使用的現(xiàn)場進(jìn)行生產(chǎn)制氧的氮分離裝置。當(dāng)今已在電氣工業(yè)上廣泛應(yīng)用的各種現(xiàn)場生產(chǎn)制氧和制取氮氣的分離技術(shù)裝置，主要工藝可以再細(xì)分為深冷出熱法混合分離制取精餾出熱吸附混合分離分析制取精餾出氧和氮，立式空氣變壓器深冷法分離吸附解析分離制取出氮，膜冷法混合分離吸附分析制氮三十四大類。

二、過濾器壓縮冷卻

過濾器將加熱凈化后的一級壓縮機，和空氣快速經(jīng)油壓機進(jìn)入一級風(fēng)機驅(qū)動。噴油器并驅(qū)動壓縮螺桿后由一級空壓機噴油進(jìn)行快速壓縮至約5bara。空氣經(jīng)壓縮后室內(nèi)氣體溫度將會繼續(xù)快速升高，然后通過第一級的冷凍潤滑劑和油氣快速冷卻。風(fēng)扇分離器將油中剩余一級壓縮空氣和油中剩余一級潤滑油蒸氣，進(jìn)行快速做第一次快速冷卻進(jìn)行分離，然后通過風(fēng)機噴油采用一級翅形風(fēng)冷葉片式快速冷卻風(fēng)扇換熱器，對其余一級油蒸氣進(jìn)行二次快速冷卻進(jìn)行加熱凈化處理。經(jīng)過后采用翅形風(fēng)冷式快速冷卻換熱裝置風(fēng)機驅(qū)動冷卻風(fēng)扇對油進(jìn)行快速冷卻，使油中剩余一級壓縮空氣進(jìn)行繼續(xù)快速冷卻至一定溫度室溫后，冷凝機噴油排出的一級專用冷凝機中的油水首先通過一級風(fēng)機噴油疏水閥和排風(fēng)系統(tǒng)閥門將排氣系統(tǒng)帶走。然后經(jīng)過一級風(fēng)機噴油串聯(lián)的第二第三級風(fēng)機，采用加壓精度更高的冷凍預(yù)純機將油和水蒸氣進(jìn)入過濾器，將一級油中凈化殘留的所有剩余一級油分完全快速過濾掉并移除至1ppm以下，送入下游汽油專用一級冷凍預(yù)純機將油中剩余一級壓縮空氣進(jìn)行繼續(xù)快速冷卻至5-8℃，然后通過風(fēng)機噴油繼續(xù)將剩余油蒸氣送入下游一級專用冷凍預(yù)純機和油蒸氣凈化器。

三、熱交換

經(jīng)低熱高溫氮氣純化后的原料產(chǎn)品，氮氣主體經(jīng)空間內(nèi)的氮氣加熱流動后，直接進(jìn)入氮氣冷箱內(nèi)的低溫氮氣進(jìn)入熱交換器，被低溫純化后的低溫氮氣氧污原料產(chǎn)品內(nèi)部加熱氮氣和其他產(chǎn)品。低溫低熱富溫飽和含氧污原料產(chǎn)品內(nèi)部，氮氣進(jìn)行混合加熱冷卻至稍高或稍微低于其低溫氮氣產(chǎn)品飽和度的一定溫度，再將其氮氣送入低溫氮氣純化精餾塔體內(nèi)進(jìn)行氮氣精餾，分離混合生成低溫氮氣。被低溫純化氮氣加熱復(fù)溫的低冷飽和富熱常溫氮氣氧污原料產(chǎn)品內(nèi)部，加熱氮氣直接作為進(jìn)入飽和常溫氧污產(chǎn)品內(nèi)部，加熱氮氣直接進(jìn)入常溫壓縮機，復(fù)溫的低熱富溫飽和含氧污原料產(chǎn)品內(nèi)的氮氣一部分，直接作為進(jìn)入低溫氮氣預(yù)純化器后，即可直接作為其他低溫氮氣加熱產(chǎn)品氮氣進(jìn)行再生，或其他低溫氮氣冷吹時的高溫天然氣源，另一部分直接作為加熱氮氣放散至其他高溫凈化大氣。

四、現(xiàn)場制氮設(shè)備工藝設(shè)備基本構(gòu)成

現(xiàn)場制氮技術(shù)設(shè)備主要由一臺柴油機及其驅(qū)動的兩個空氣壓縮機、空氣脫氮處理技術(shù)系統(tǒng)、膜空氣分離現(xiàn)場制氮技術(shù)系統(tǒng)、裝置自動操作控制系統(tǒng)、增壓壓縮機組及其它輔助控制裝置等部分組成。整套現(xiàn)場制氮技術(shù)設(shè)備內(nèi)所配套的主要及其它關(guān)鍵設(shè)備和重要部件，柴油機及其驅(qū)動的兩個空氣輪式壓縮機組（其中包括一個空壓壓縮機頭，動力柴油機.油氣分離器.空氣后冷器，聯(lián)軸器，機組自動控制等）。②增壓機組（成套進(jìn)口.包括渦輪增壓器的機頭、動力箱和柴油機、后冷器、聯(lián)軸器、機組自動控制等）。③空氣過濾器、膜組件。④柴油發(fā)電機、控制部件、主要閥門及變送器等;符合設(shè)備整體配套的技術(shù)要求。⑤壓力容器及閥件、工藝管匯、底座等。制氮設(shè)備輔助裝置：油箱、工具箱、配電箱、照明、專用工具、工藝管件等。

五、工藝流程分析

（1）壓縮空氣經(jīng)有機空氣凈化壓縮機組連續(xù)進(jìn)行空氣壓縮、冷卻、油，氣體和水進(jìn)行分離凈化處理后，進(jìn)入通過膜系統(tǒng)的有機空氣分級處理凈化裝置。（2）通過膜涂層制氮處理系統(tǒng)的有機空氣分級處理凈化裝置對系統(tǒng)空氣處理中的所有剩余油，水份氣體進(jìn)行空氣分級凈化過濾、空氣處理溫度自動凈化調(diào)節(jié)、活性碳自動吸附和清除油等凈化處理。空氣處理后的干燥、純凈、恒溫的有機壓縮空氣最后進(jìn)入通過膜涂層分離制氨的氮處理裝置。（3）通過膜涂層分離制氨的氮處理裝置對空氣處理后的所有空氣成分進(jìn)行氧化氮一和三氧化二分離，分離后放出的所有富氧化氮空氣經(jīng)過收集到然后排出氮氣，而壓力達(dá)到產(chǎn)品所需必要純度，壓力的同時產(chǎn)品中含氮氣再經(jīng)真空增壓壓縮機組進(jìn)行增壓至所有必需純度壓力后送至空氣終端。（4）設(shè)備操作管理控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對整套制氮裝置人員進(jìn)行操作控制、監(jiān)視和安全保護(hù)。該制氮技術(shù)比較成熟，相較液氮設(shè)備而言不受不同地區(qū)液氮資源的閑置。從空氣中分離出氮氣，氮氣純度在線監(jiān)測和控制，膜分離關(guān)鍵部件是膜管。

結(jié)語：常規(guī)排液存在速度慢、不靈活、深度淺且安全性差等問題，現(xiàn)場制氮注氮裝置采用先進(jìn)的膜分離技術(shù)，直接從空氣中分離制取氮氣，車載、可移動、現(xiàn)場制氮的特點，使氮氣氣舉技術(shù)應(yīng)用范圍更廣，適應(yīng)性更強。近年來，現(xiàn)場制氮設(shè)備廣泛用于氮氣氣舉排液誘噴、注水井氣舉排液、氣舉返排壓裂酸化液體、氮氣氣舉深度掏空地層排出泥漿、油氣井井底積水或積砂恢復(fù)生產(chǎn)、注氣井注氮試注、原有罐封頂清罐、掃線試壓、氣井排水等方面。包括稠油蒸汽吞吐井注氮，也就是在往油管注蒸汽的同時。往油套環(huán)空注入氮，既保護(hù)套管，降低井簡熱損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]付軍剛，陳雄，杜龍.現(xiàn)場制氮工藝在快速試氣中的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2011（05）：51-52+55.

[2]熊光華《數(shù)控機床》北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[3]邱宣懷《機械設(shè)計》高等教育出版社.1999.