多组分油气混合物爆炸临界值测试实验研究*

2020-12-31 01:25刘学全

广州化工 2020年24期

刘学全

(中国石油化工股份有限公司华北油气分公司，河南郑州 450000)

鄂南致密油藏的主要特点是储层致密，基质渗透率低，裂缝发育，非均质性强[1-2]，常规注水开发时，容易发生水淹和水窜，导致开发效果不理想[3]。注空气驱已被证明是一种高效、低成本、气源丰富的提高采收率的方法[4-8]，但空气中氧含量的存在极大地增加了注气爆炸风险[9]。而减氧空气驱[10]不仅兼有空气驱的优点，还具有减少爆炸风险的特点，所以其近年来也开始进入了应用发展阶段并且成效颇匪[11]。

但目前减氧空气驱并未进入大规模应用，安全控制方面的研究不够深入是限制其推广的主要因素之一。爆炸极限与极限氧含量是火三角中两个重要参数[12]，这两个参数的测定是防爆抑爆设计主要依据。大多数实验表明，温度与压力等[13-16]是影响爆炸极限与临界氧含量的主要因素。目前，爆炸极限及临界氧含量的测量主要是是针对单元、二元及三元等可燃气体，对于油井井流物下的混合多组分气体的测试仍比较少。本文搭建了1套油气混合物爆炸极限测试装置，采用逐步逼近法，测试了在不同初始温度(15～150 ℃)、不同初始压力(0.1～8 MPa)下3组井流物的临界氧含量和爆炸极限测试值，明确不同压力温度对其的影响。测试结果既可作为理论模型的先验数据，也可作为减氧空气驱油安全控制方案制定提供依据。

1 实验装置与方法

1.1 实验装置

图1给出了爆炸装置试验图和流程，主要有爆炸装置、配器系统、控制系统。该系统可用于测试沸点低于300 ℃的可燃液体蒸汽或可燃气体与氧气混合的爆炸特性参数。爆炸室采用炮钢锻造加工而成，承压10 MPa，总体积为24 L。爆炸室上部装有安全阀，当爆炸筒内的压力大于5 MPa时能自动泄压，可保证实验安全。配气系统可向爆炸室提供定浓度试验气体，包含三部分：混气及加热装置、可燃气体计量与输送装置和液体计量、输送与气化装置。温度控制装置把温度控制高于可燃液体沸点的温度。可保证可燃液体产生的蒸气不被冷凝，本次实验采用TDA8601型温度控制仪实现。

图1 可燃气体爆炸试验图

1.2 实验步骤

(1)气密性检查

采用真空泵对装置抽真空直至真空压力小于667 Pa停泵，10 min后压力升高不得大于267 Pa，则气密性要求合格。

(2)清除装置种氧气

通过连续通入氮气排除装置中的氧气。

(3)准备待测样品

采用分压法配制待测混合气体作为气体样品，并将进样软胶管连接到进样控制电磁阀的接头上。

(4)搅拌

为使反应管内可燃性混合气体在装置中能均匀分布，配好气后利用无油封闭循环搅拌泵均匀搅拌大约5 min。

(5)点火

停止搅拌后及时打开反应管底部泄压阀，然后点火，观察是否出现火焰。点火过程恒温箱的玻璃门应始终处于关闭状态。

(6)爆炸极限和临界氧含量的确定

采用渐进法通过测试来确定爆炸极限值和临界氧含量。测定爆炸下(上)限和临界氧含量时，如果在某浓度下未出现爆炸现象，则增大(减少)可燃性气体的浓度或氧含量直至测得能发生爆炸的最小(大)浓度；如果在某浓度下发生爆炸现象，则减少(增大)可燃性气体浓度或氧含量直至测得不能发生爆炸的最大(小)浓度。测量爆炸下限时所用样品改变量应满足每次不大于上次进样量的10%，测量爆炸上限时所用样品改变量应满足每次不大于上次进样量的2%。测得最接近爆炸和不爆炸两点的浓度，并按下式来计算爆炸极限值：

(1)

式中：φ——爆炸极限；φ1——爆炸浓度；φ2——不爆炸浓度。

(7)影响因素测试

通过改变初始温度、初始压力、空气氧含量、惰性气体含量等因素来得到不同因素下的爆炸极限数值。

2 实验结果分析

2.1 温度压力对爆炸临界值的影响

实验测试1#井流物的爆炸极限测试结果(如图2所示)表明，随着温度、压力的增大，爆炸极限下限变化不大，上限变大，爆炸浓度范围变宽，爆炸危险性增大；临界氧含量随着温度压力的增加逐渐减小(如图3所示)，但变化较缓，初始温度改变30 ℃ 时，临界氧含量最大改变0.25%；初始压力改变2 MPa时，临界氧含量最大改变0.23%。