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1、小洼油田二氧化碳产生机理及防治措施马 强1，2（1.中油辽河油田公司金马油田开发公司，辽宁 盘锦 124010；2.大庆石油学院，黑龙江 大庆 163318）摘要：小洼油田是辽河油田较早发现伴生气中含有二氧化碳的稠油区块，通过研究小洼油田二氧化碳产生机理，分析了二氧化碳的分布规律，确定了相应的防治措施和监测方案，在辽河油田率先建立了比较完善的二氧化碳监测与防治体系。关键词：二氧化碳；产生机理；监控；小洼油田；防治措施前 言蒸汽驱做为稠油热采蒸汽吞吐后期提高采收率的有效开发方式已相继在齐40和洼38等区块获得了成功1，但近年来在汽驱井组的伴生气中发现了硫化氢和二氧化碳气体，硫化氢及二氧化碳的出现
2、增加了安全生产隐患，因此认真分析其产生机理是做好科学控制及预防工作的关键。二氧化碳易溶于原油，针对稠油开采而言，井下原油中二氧化碳的存在可有效降低稠油粘度并有助提高采收率2，但伴生气中二氧化碳含量过高会导致天然气可燃成分及发热值降低，经常会造成加热炉炉火熄灭，同时二氧化碳溶于水生成碳酸后会对金属产生腐蚀，极易造成井下及地面管线的腐蚀穿孔，严重影响正常的生产运行。1 小洼油田二氧化碳分布小洼油田发现二氧化碳后，对小洼油田转油站气系统和油井套管气进行了取样分析，共计取样68个。从天然气组分分析结果看，二氧化碳主要分布在汽驱井组内，双项受效井浓度较高，同时沙三汽驱井组浓度高与东三汽驱井组（表1、表2
3、）。从地面位置看，二氧化碳主要分布在洼3站、洼5站和洼10站（表3）。表1 东三汽驱井组天然气中二氧化碳含量中心注汽井井号日产油（t）含水（%）套压(MPa）温度（）含量（%）洼18K13洼1712C5.679.4 0.37233.6洼20134.691.4 0.36556.5洼1811 洼18109.2 74.2 0.45530.83洼1815 洼1715C3.7 89.4 0.37555.61洼2015 洼19164.4 88.0 0.5601.46洼2115C1.5 84.5 0.35356.08表2 沙三汽驱井组天然气中二氧化碳含量中心注汽井井号日产油（t）含水（%）套压(MPa）温度
4、（）含量（%）洼36G030洼37K0292.6 93.7 0.48086.3洼36310.2 97.4 0.23079.73洼354303.2 88.9 0.56145.48洼38-1洼3840310.0 100.0 1.83081.08洼36G028洼36X3291.2 96.6 0.54782.78洼375280.9 94.2 0.52913.77洼36340.5 96.9 0.46784.05洼354291.9 91.8 0.25575.46洼37G0330.0 100.0 0.43440.88洼37G32洼365313.6 85.5 0.37144.95洼3633C0.0 100.0
5、 0.34791.03洼38K0321.5 89.7 06484.4洼375324.882.3 0.24554.48洼38533洼38330.597.3 0.53593.78洼385341.294.8 0.54595.34表3 小洼油田转油站二氧化碳含量统计表转油站洼 3 站洼 5 站洼 6 站洼10站洼15站洼17站洼20站洼21站含量（%）78.8239.643.4980.065.48.8126.134.012 二氧化碳产生机理二氧化碳的成因可分为无机成因和有机成因两大类，有机成因的二氧化碳是有机质在不同的地球化学作用中形成的,无机成因的二氧化碳是无机矿物或元素在有关化学作用中形成的。碳同
6、位素(13 CCO2) 是一种鉴别有机成因和无机成因二氧化碳的有效指标。有机成因13主要在- 10 - 39 区间;无机成因13 CCO2 值主要在- 8 10 区间。2.1 有机成因有机成因的二氧化碳主要有以下几种形式：一是地下矿化水中的褐铁矿可与烃类作用生成二氧化碳；二是有机物热裂解产生二氧化碳；三是有机物微生物对有机质和石油天然气具有降解作用形成二氧化碳3。根据小洼地区地下水分析数据可知，目前地层水铁离子浓度仅为0.1mg/L，而微生物生存的上限温度为80，因此可以初步判断导致二氧化碳增加的主要因素为有机物热裂解。在蒸汽吞吐或蒸汽驱时（160240），稠油发生水热裂解反应，烃类在有水参与
7、的热裂解过程中会生成大量的CO2，其反应方程式如下4：2CH4+3H2O 7H2+CO+CO2同时,在水蒸汽的存在下,CO 经历水煤气转换反应生成CO2:CO+H2O CO2 +H2根据实验数据（100g稠油）绘制的关系曲线（图1）。按实验结论计算，1t稠油发生水热裂解时，最初的24h可产生二氧化碳约13m3，随后以0.75m3/h的速度增加。二氧化碳含量（ml）反应时间（h）图1水热裂解过程中二氧化碳产量与反应时间关系曲线2.2 无机成因无机成因的二氧化碳主要来自地幔或碳酸盐热化学分解，地幔脱气产生的二氧化碳多属于原生性二氧化碳气藏，小洼地区岩性为砂岩，因此也不存在碳酸盐热化学分解的可能。3
8、 二氧化碳防治措施3.1 监测方案为了研究二氧化碳的分布规律，有效监测二氧化碳的产出情况，对小洼油田油井二氧化碳产出情况进行普查和日常监控。表4 日常监测费用统计表序号项目数量（个）频次（次）费用（万元）备注1转油站843.22沙三汽驱井组542.03东三汽驱井组542.04稠油吞吐井542.05冷采井542.0合计2811.23.2 加热炉熄灭断气保护装置小洼油田原天然气燃烧器是天然气和空气自然混合后，在负压条件下进行燃烧，当点火不成功、二氧化碳含量过高熄火或因各种原因意外熄火时，管道内的天然气仍源源不断地输送到炉膛内，造成天然气中所含的硫化氢气体泄露。而天然气燃烧器自动监测及熄火保护装置在
9、天然气管道上安装进口电磁阀，在原燃烧器燃烧头处安装火焰监测器，用于检测火焰状态并传递熄火信号给电磁阀，当点火不成功或运行中意外熄火时，自动切断燃气供给，并自动报警确保运行安全。小洼油田目前已含硫化氢区域安装热炉熄灭断气保护装置的有113台，有效解决了由于加热炉熄火漏气带来的安全隐患。3.3 制定套管气回收进站管理制度为规范油井套管气回收进站管理，防止套管气内含有阻燃气体进入气系统，导致加热炉炉火熄灭事件的发生，制定套管气回收进站管理制度。同时根据不同油井伴生气中的二氧化碳含量对井口进行相应的标识。3.4 二氧化碳处理设施单井混合气（温度40）两级分离器(目的是分离出油和水)两级过滤器(滤料粒径
10、0.050.6）(目的是过滤杂质)换热器加热炉加热（至70）一级膜分离装置（CO2含量降至60）二级膜分离装置（CO2含量降至20）尾气放空净化气外输为了防止小洼油田二氧化碳浓度过高影响安全生产，后期可以考虑新建二氧化碳和硫化氢集中处理站，配套建设集气管网。新建二氧化碳处理设施一套，主要采用二级膜过滤脱碳，具体流程如图。日处理规模为4.0104m3/d，进口含量为8082，出口含量为20%，脱出率为75%。图2 二氧化碳处理流程4 结论及建议（1）小洼油田二氧化碳的产生是由于稠油的水热裂解，是在产生硫化氢的同时产生二氧化碳。（2）二氧化碳主要分布在汽驱井组内，双项受效井浓度较高，同时沙三汽驱井
11、组浓度高与东三汽驱井组。从地面位置看，二氧化碳主要分布在洼3站、洼5站和洼10站。（3）应进一步完善二氧化碳管理制度、操作规程和应急预案。明确含二氧化碳天然气的取样化验等技术数据的操作要求和技术方法，提高硫化氢处理的经济性、高效性和稳定性。参考文献1 马强调堵排一体化技术在小洼油田的研究与应用J石油地质与工程，2009，23（2）：116-1192 陈涛平，胡靖邦石油工程M 北京：石油工业出版社，2000： 232-235. 3 刘永建，钟立国，范洪富，等稠油的水热裂解反应及其降粘机理J大庆石油学院学报，2002，26（3）：95-98.4 范洪富，刘永建，赵晓非稠油在水蒸汽作用下组成变化研究J燃料化学学报，2001，29（3）：269-272.
小洼油田二氧化碳产生机理及治理措施(精品)
