现场制氮工艺在快速试气中的应用研究

郭连刚

摘要：制氮机组优质、高效的完成气举排液施工，加快施工节奏、缩短施工作业周期，逐步建立、完善气举排液的施工工艺研究，在现场制氮工艺中起着很重要的作用。本文将重点阐述分析现场用高温冷制液化氮氧气排液技术工艺，在快速试气方式中进行现场试验，用氮排气工艺过程施工中的主要技术应用，并且逐步分析现场气举用氮气排液工艺施工技术过程，重点分析提出现场制冷用液化氮氧气排液技术工艺，在快速试气方式进行现场试验用氮排气工艺过程施工中的主要应用，及其发展以及研究技术方向。

关键词：制氮工艺;试气;气举排液;气举阀

引言：

在对气层进行采用压裂地层酸化技术改造施工过程中，会出现大量酸化液体，在此同时将进入压裂地层。施工作业后如果不及时将这些大量液体排出，就可能会对压裂地层整体造成二次腐蚀伤害，严重的会影响到对压裂地层酸化改造效果，导致问题的出现。同时诱喷排液排出速度的提高快慢也直接制约着这些施工进度，影响作业的效率和进展。助推气井诱喷排液，根据材料不同采用诱喷排液手段，大致可以划分为：弹性地层通气排液和助推井筒通气排液两种技术方式。地层通气排液方式是一种仅靠利用地层弹性能量，就可能将其进入井内部液体同时排出的一种排液技术方式。助推井筒返列排液方式是一种，指靠进行压裂地层酸化改造施工过程结束后的仅靠弹性地层能量或仅靠地层弹性能量。不能够足以同时举通进入井筒内部液体而同时需要依靠压力反替、气举和压力抽汲等多种井筒排液助推返排排液技术方式，来得以达到实现诱喷排液目的，而同时排出进入井筒内部液体的一种排液技术方式。抽汲返列排液、制取压氮气气抽举返列排液、连续式排油管和制氮气返排排液，是三种比较常规采用井筒进行排液的技术工艺，但这三种井筒返排技术方式均仍然存在一定的技术局限性。

一、空气分离制氮技术基本原理

空气萃取制氮分离是多组分的一种空气制氮混合物，它的主要三种化学成分分别指的是78.08%的氨和液化液态氮气、20.95%的氨和液化液态氧气和0.934%的液态氨和液化氩气。此外，空气中还含有可能存在含有大量量的灰尘、水分、以及少量可能含有诸如二氧化碳、乙炔等其他有机化学品的杂质。现场加工生产氮气分离技术装置，顾名思义，就是一种需要直接安装在每个需要客户现场的，通过使用一定量的分离工艺将这些量的氮气从现场中的空气中取出进行混合分离、提纯、加压然后将这些量的氮气通过现场供应商的输送给每个需要客户现场即可以在使用的现场进行生产制氧的氮分离装置。当今已在电气工业上广泛应用的各种现场生产制氧和制取氮气的分离技术装置，主要工艺可以再细分为深冷出热法混合分离制取精馏出热吸附混合分离分析制取精馏出氧和氮，立式空气变压器深冷法分离吸附解析分离制取出氮，膜冷法混合分离吸附分析制氮三十四大类。

二、过滤器压缩冷却

过滤器将加热净化后的一级压缩机，和空气快速经油压机进入一级风机驱动。喷油器并驱动压缩螺杆后由一级空压机喷油进行快速压缩至约5bara。空气经压缩后室内气体温度将会继续快速升高，然后通过第一级的冷冻润滑剂和油气快速冷却。风扇分离器将油中剩余一级压缩空气和油中剩余一级润滑油蒸气，进行快速做第一次快速冷却进行分离，然后通过风机喷油采用一级翅形风冷叶片式快速冷却风扇换热器，对其余一级油蒸气进行二次快速冷却进行加热净化处理。经过后采用翅形风冷式快速冷却换热装置风机驱动冷却风扇对油进行快速冷却，使油中剩余一级压缩空气进行继续快速冷却至一定温度室温后，冷凝机喷油排出的一级专用冷凝机中的油水首先通过一级风机喷油疏水阀和排风系统阀门将排气系统带走。然后经过一级风机喷油串联的第二第三级风机，采用加压精度更高的冷冻预纯机将油和水蒸气进入过滤器，将一级油中净化残留的所有剩余一级油分完全快速过滤掉并移除至1ppm以下，送入下游汽油专用一级冷冻预纯机将油中剩余一级压缩空气进行继续快速冷却至5-8℃，然后通过风机喷油继续将剩余油蒸气送入下游一级专用冷冻预纯机和油蒸气净化器。

三、热交换

经低热高温氮气纯化后的原料产品，氮气主体经空间内的氮气加热流动后，直接进入氮气冷箱内的低温氮气进入热交换器，被低温纯化后的低温氮气氧污原料产品内部加热氮气和其他产品。低温低热富温饱和含氧污原料产品内部，氮气进行混合加热冷却至稍高或稍微低于其低温氮气产品饱和度的一定温度，再将其氮气送入低温氮气纯化精馏塔体内进行氮气精馏，分离混合生成低温氮气。被低温纯化氮气加热复温的低冷饱和富热常温氮气氧污原料产品内部，加热氮气直接作为进入饱和常温氧污产品内部，加热氮气直接进入常温压缩机，复温的低热富温饱和含氧污原料产品内的氮气一部分，直接作为进入低温氮气预纯化器后，即可直接作为其他低温氮气加热产品氮气进行再生，或其他低温氮气冷吹时的高温天然气源，另一部分直接作为加热氮气放散至其他高温净化大气。

四、现场制氮设备工艺设备基本构成

现场制氮技术设备主要由一台柴油机及其驱动的两个空气压缩机、空气脱氮处理技术系统、膜空气分离现场制氮技术系统、装置自动操作控制系统、增压压缩机组及其它辅助控制装置等部分组成。整套现场制氮技术设备内所配套的主要及其它关键设备和重要部件，柴油机及其驱动的两个空气轮式压缩机组（其中包括一个空压压缩机头，动力柴油机.油气分离器.空气后冷器，联轴器，机组自动控制等）。②增壓机组（成套进口.包括涡轮增压器的机头、动力箱和柴油机、后冷器、联轴器、机组自动控制等）。③空气过滤器、膜组件。④柴油发电机、控制部件、主要阀门及变送器等;符合设备整体配套的技术要求。⑤压力容器及阀件、工艺管汇、底座等。制氮设备辅助装置：油箱、工具箱、配电箱、照明、专用工具、工艺管件等。

五、工艺流程分析

（1）压缩空气经有机空气净化压缩机组连续进行空气压缩、冷却、油，气体和水进行分离净化处理后，进入通过膜系统的有机空气分级处理净化装置。（2）通过膜涂层制氮处理系统的有机空气分级处理净化装置对系统空气处理中的所有剩余油，水份气体进行空气分级净化过滤、空气处理温度自动净化调节、活性碳自动吸附和清除油等净化处理。空气处理后的干燥、纯净、恒温的有机压缩空气最后进入通过膜涂层分离制氨的氮处理装置。（3）通过膜涂层分离制氨的氮处理装置对空气处理后的所有空气成分进行氧化氮一和三氧化二分离，分离后放出的所有富氧化氮空气经过收集到然后排出氮气，而压力达到产品所需必要纯度，压力的同时产品中含氮气再经真空增压压缩机组进行增压至所有必需纯度压力后送至空气终端。（4）设备操作管理控制系统可以实现对整套制氮装置人员进行操作控制、监视和安全保护。该制氮技术比较成熟，相较液氮设备而言不受不同地区液氮资源的闲置。从空气中分离出氮气，氮气纯度在线监测和控制，膜分离关键部件是膜管。

结语：常规排液存在速度慢、不灵活、深度浅且安全性差等问题，现场制氮注氮装置采用先进的膜分离技术，直接从空气中分离制取氮气，车载、可移动、现场制氮的特点，使氮气气举技术应用范围更广，适应性更强。近年来，现场制氮设备广泛用于氮气气举排液诱喷、注水井气举排液、气举返排压裂酸化液体、氮气气举深度掏空地层排出泥浆、油气井井底积水或积砂恢复生产、注气井注氮试注、原有罐封顶清罐、扫线试压、气井排水等方面。包括稠油蒸汽吞吐井注氮，也就是在往油管注蒸汽的同时。往油套环空注入氮，既保护套管，降低井简热损失。

参考文献：

[1]付军刚，陈雄，杜龙.现场制氮工艺在快速试气中的应用分析[J].现代制造技术与装备，2011（05）：51-52+55.

[2]熊光华《数控机床》北京：机械工业出版社，2001.

[3]邱宣怀《机械设计》高等教育出版社.1999.