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火驱采油工艺风险分析及安全控制

摘要：火驱采油提高采收率具有广阔的应用前景，既可用于注水后的三次

采油，也可用于不适于注水开发油田的二次采油。火驱采油工艺过程的风险因素

包括生产井、注气井、空气注入系统内可能发生的爆炸以及由于氧气和二氧化碳

引起的腐蚀。文章总结了国内外火驱采油的现场经验，分析火驱采油工艺过程中

存在的主要风险和不安全因素，并提出了相关的安全控制及监测措施。

关键词：火驱提高采收率风险分析爆炸安全控制

目前，我国有很多中轻质油田已进入注水生产晚期，具有很大的三次采油的

潜力，此外还有许多高温高压低渗透轻质油田，注水比较困难，这些油田都可能

成为火驱技术的目标。

所谓火驱采油，是指在一定的井网模式下，由注入井将空气连续的注入油层，

油层自然或者人工点火形式，由生产井采油。火驱采油的过程中，从生产井、注

气井、油藏到空气压缩机、地面管线和地面处理设备，每个环节都有由于氧气存

在而引发的安全隐患，因此需要采取相应的安全技术措施。

一、工艺风险

注空气过程由于空气中氧气和井下轻烃烃组分及氧气在油藏内的反应产物

的存在，使其具有潜在的安全隐患，包括注人井、生产井、空气压缩机、注气管

线内的混合气体爆炸、油套管和地面管线设备的腐蚀等问题。

1.爆炸危险

注空气过程各个环节均存在着氧气混合物爆炸的危险，这主要是因为注入空

气中含有氧气，氧气与原油在油藏发生氧化反应，消耗部分氧气，但在氧化反应

不完全的情况下，地层中的轻烃组分就会和氧气形成混合性爆炸气体，当混合气

的浓度达到爆炸范围时，在一定条件下就会发生爆炸事故。

可燃气体发生燃烧和爆炸的三个基本物质因素是：可燃气体、氧气、点火能

量。而燃烧爆炸，不仅需要可燃气和氧气的存在，还需要一个重要条件就是可燃

气和氧气适当的配合比例。根据爆炸理论，能使可燃性混合气体发生爆炸所必需

的最低可燃气体浓度，称为爆炸下限；而最高可燃气体浓度，称为爆炸上限。临

界含氧量是指当给以足够的点燃能量能使某一浓度的可燃气体刚好不发生燃烧

爆炸的临界最高氧浓度。理论计算结果表明，对大多数石油产物而言，常温常压

下氧含量安全限值约为10%，氧含量低于这个值，即使遇明火也不会发生爆炸。

2.注入井爆炸的原因及防护措施

注入井的爆炸主要是因为空气注入压力低，导致油气回流到注气井，与空气

混合发生燃烧爆炸反应。造成注气压力低的原因主要有：

2.1注气停止。有空压机正常停注和空压机故障停注两个因素。空压机停注

导致注入井压力突然为零，在没有井下回压控制的情况下将会发生油气的回流；

2.2空气压缩机的重新启动。重新启动空压机时，井口压力开始时也会低于

设计压力，同时由于停住时间内地层压力的升高都会导致油气回流。

目前现场应用可采取的防护措施有

（1）加强对注入井的压力、温度、注入量的检测，防止注井内压力低于油

藏压力，井下可采用封隔器和回流控制阀等装置减少油气进入注气井。

（2）作好安全预防工作。在注入井中保持正的空气压力是防止油气回流安

全操作的基本要求。

（3）生产井爆炸的原因及防护措施

生产井爆炸主要是由于气窜和氧化不完全造成的生产井中氧气含量过高，与

井下轻烃组分形成的混合性爆炸气体在爆炸范围内，如有足够点火能量时将导致

爆炸。其原因主要有以下几方面：

（1）油藏温度过低，导致氧化反应速过慢，存在过剩氧；

（2）注入井到生产井间的井距过近，导致氧气过早突破。

目前现场应用可采取的防护措施有：

（1）在工程开始之前，应筛选确定适合注空气的目标油藏，深入研究油藏

动态，进行室内氧化实验研究，评估注空气低温氧化工艺的技术可行性。

（2）生产过程中应进行气体监测分析，重点监测与注气井连通性极强的生

产井中的气体排量和组分检测，气体的排量显示了油藏内气体流动的选择方向，

并对区域内的空气进行评价。

4.腐蚀现象及腐蚀监测

油田火驱现场主要有注气管线、注气井管柱的氧气腐蚀，以及生产井油套管

和地面设施的二氧化碳腐蚀。对于生产井和注气井可以通过挂片和分析水样品中

铁的含量等来检测腐蚀情况。对有明显腐蚀的油井进行防腐处理，可采用防腐

剂批量注入到油管与套管的环空中、井下安放固体防腐剂等工艺技术。

二、设备风险

火驱采油工艺中的设备主要有空气压缩机、气液分离器和地面管线控制系统

等。由于火驱采油