0前言

　　目前，我國很多油田的油藏開發(fā)已進(jìn)入中后期，存在油井含水率高、投入產(chǎn)出比大、常規(guī)注水技術(shù)挖潛困難等問題，而其他提高采收率有效技術(shù)的選擇有限。如改進(jìn)注水、注聚技術(shù)一樣，注氣(如注二氧化碳、天然氣或氮?dú)獾?已被證明是一種高效的提高采收率技術(shù)，但存在氣源不足且成本高的情況，其應(yīng)用受到限制，因而注空氣技術(shù)受到越來越多的重視。注空氣開采輕質(zhì)油油藏是一項(xiàng)富有創(chuàng)造性的提高采收率新技術(shù)?？諝鈦碓磸V，成本廉價(jià)，既可以作為二次采油方式，也可用于3次采油。

　　與其他注氣工藝不同的是，注空氣過程中各個(gè)環(huán)節(jié)均存在著可燃性混合物爆炸的危險(xiǎn)，這主要是因?yàn)樽⑷肟諝庵泻醒鯕猓鯕馀c原油在油藏發(fā)生氧化反應(yīng)，消耗部分氧氣，但在氧化反應(yīng)不完全的情況下，地層中的輕烴組分就會(huì)和氧氣形成混合性爆炸氣體，當(dāng)混合氣的濃度達(dá)到爆炸范圍時(shí)，在一定條件下就會(huì)發(fā)生爆炸事故。一旦發(fā)生爆炸事故，將直接導(dǎo)致生產(chǎn)井和注入井的廢棄以及注氣管線的全面破壞，更有甚者將會(huì)引起井噴造成更大的人員財(cái)產(chǎn)損失。

　　目前，井下可燃?xì)怏w燃爆特性的現(xiàn)場研究國內(nèi)外都不多，而且不同的油藏區(qū)塊其壓力和溫度是不同的，在現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料范圍內(nèi)，不可能索取到可信的數(shù)據(jù)。因此，需要針對(duì)不同的工況條件，對(duì)可能形成的可燃性混合氣體進(jìn)行燃爆特性的專項(xiàng)試驗(yàn)研究。

　　該項(xiàng)研究工作，由于現(xiàn)場條件的局限性，不可能在現(xiàn)場完成，而只能通過實(shí)驗(yàn)的方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果制定出現(xiàn)場氧含量監(jiān)測的安全標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以進(jìn)一步評(píng)價(jià)注空氣采油過程中存在風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)，制定相應(yīng)的預(yù)防控制措施，降低注空氣采油造成的事故后果。將事故的發(fā)生率及嚴(yán)重度控制在人們可接受的范圍內(nèi)，為注空氣采油技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用做好安全技術(shù)工作。

　　1實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)原理

　　1.1實(shí)驗(yàn)裝置

　　由爆炸裝置示意圖可以看出，爆炸室是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，其形狀、大小將直接影響氣體爆炸特性參數(shù)的測試結(jié)果，它設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的工作質(zhì)量和安全，從原理上講，球形容器省材料，點(diǎn)火位置也易于控制在整個(gè)容器的中心，但是球形容器加工制作比較困難，成本也高，因而有一定局限性。在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)等高圓柱體與球形容器的測試結(jié)果很接近，而且圓柱形容器省材，易于加工、裝卸、支撐，密封問題也好解決，在實(shí)際生產(chǎn)中注氣井和生產(chǎn)井多為圓柱體管道，采用圓柱體與實(shí)際更接近，所以，爆炸室采用了等高圓柱體的形狀，其容積為24L，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果更接近于實(shí)際。

　　圖1所示為爆炸裝置的示意圖，主要有爆炸容器、配氣裝置、控溫控壓、點(diǎn)火和安全控制系統(tǒng)組成。

?

　　1.2測試原理

　　根據(jù)爆炸理論，能使可燃性混合氣體發(fā)生爆炸所必需的最低可燃?xì)怏w濃度，稱為爆炸下限；而最高可燃?xì)怏w濃度，稱為爆炸上限。臨界氧含量是指當(dāng)給以足夠的點(diǎn)燃能量能使某一濃度的可燃?xì)怏w剛好不發(fā)生燃燒爆炸的臨界最高氧濃度，即為爆炸與不爆的臨界點(diǎn)。若氧含量高于此濃度，便會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸，氧含量低于此濃度便不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。

　　安全氧含量是指當(dāng)給以足夠高的點(diǎn)火能量都不能使任意濃度的可燃?xì)怏w或液體蒸氣發(fā)生爆炸的臨界最高氧濃度，氧含量高于該濃度，對(duì)于某一濃度的可燃?xì)怏w會(huì)發(fā)生燃燒爆炸，但是若氧含量低于此濃度則對(duì)任意濃度的可燃?xì)怏w都不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。通常最低臨界氧含量即為安全氧含量。

　　目前，國內(nèi)外對(duì)油田注空氣條件下安全氧含量防爆極限的研究不是很多，油井氧含量安全標(biāo)準(zhǔn)的制定還沒有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，各個(gè)公司都有各自的安全標(biāo)準(zhǔn)，采用最多的是當(dāng)氧含量大于5%時(shí)即采取相應(yīng)的壓井或關(guān)井措施。

　　2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　筆者采用甲烷代替采出氣做了大量實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)他們的爆炸極限及爆炸范圍以及氧含量的安全限值進(jìn)行了測試，得出的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

?

　　由表1可以看出爆炸下限隨著溫度壓力的升高而逐漸降低，但是降低幅度不是很大，尤其是降到一定值時(shí)，爆炸下限變化更小，以至于目前的設(shè)備測試不出降幅程度。也就是說目前能測得的爆炸下限最低為4.76%，其對(duì)應(yīng)的氧含量為20%。在只有可燃?xì)怏w和空氣的混合系統(tǒng)中，可燃?xì)怏w的爆炸下限和氧含量是此消彼長的關(guān)系，爆炸下限降低，氧含量必定升高，在爆炸下限附近氧含量是過量的，所以爆炸下限對(duì)應(yīng)的氧含量對(duì)制定氧含量的安全標(biāo)準(zhǔn)影響不大。

　　在實(shí)驗(yàn)中，重點(diǎn)分析研究甲烷的爆炸上限以及對(duì)應(yīng)的氧含量和不同配比惰性氣體對(duì)爆炸極限和臨界氧含量的影響。

　　由表2做出的圖2和圖3可以看出甲烷爆炸上限隨著溫度和壓力的增大逐漸升高，所對(duì)應(yīng)的氧含量則是逐漸降低的，原因是在爆炸上限附近氧是不足的，溫度和壓力的升高使得分子間距變小，分子的活化能增大，分子運(yùn)動(dòng)劇烈，活化分子碰撞次數(shù)增多，反應(yīng)更容易進(jìn)行，所需要的氧應(yīng)該減小，因此，使燃燒反應(yīng)更容易進(jìn)行，所以爆炸范圍變寬，爆炸危險(xiǎn)性增大。

　　從圖中可以看出，隨著溫度壓力的升高，爆炸極限變化趨勢相對(duì)緩慢。

　　目前，在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件下測得甲烷的爆炸極限范圍為4.76%～16.95%，雖然實(shí)驗(yàn)室條件與現(xiàn)場工況條件還有一定的差距，但是對(duì)實(shí)際應(yīng)用有一定的參考和指導(dǎo)作用。

?

?