任自强
胜利油田康贝石油工程装备有限公司注气中心 257000
摘要：随着科技的发展速度越来越快，近几年人们逐步认知到压后返排的重 要性，其直接影响到了压裂能否增产。为了提高压裂助排工艺的使用效果， 选择膜分离注氮设备是工业发展中的最佳选择。本文简要分析了膜分离注 氮设备在压裂助排工艺中的推广应用方式。
关键词：膜分离注氮设备；压裂助排工艺；推广应用
引言：膜分离注氮设备有效的解决了油气田很多常见的问题，比如说常规的排液方 法其速度较慢、深度较浅或者是油气田自身的安全性差等一系列的问题。为了确保该膜 分离注氮设备能够真正符合不同的企业的需求，应根据企业所在地区的实际情况进行膜 分离注氮设备的选择，本文简要分析的是 NPU1200 膜分离注氮设备，该设备在组成的过 程中包括了空气压缩机、氮气分离系统、氮气增压系统、热交换器、空气净化器、ＰＬ Ｃ控制系统等一系列内容，NPU1200 膜分离注氮设备在使用的过程中，其主要的使用方 式是压开地层后，以一定的排量以及压力向着管柱中泵入高压氮气，目的是提高地层的 压力，并且推动压裂液不断的排出，能直接加快返排的整体速度，并且增加反排的液量。
NPU1200 膜分离注氮设备本身具有返排率较高、自动化程度高、操作简便等一系列的特 点，节约了生产成本，满足目前我国的工业生产需求。
1、膜分离制氮设备简述
1.1 主要部件
分析膜分离注氮设备中，NPU1200 膜分离注氮设备主要适用在气体钻井、油、气井 气举排液、输气管线吹扫以及空气置换等要求的压裂助排工艺中移动式制氮／增压机 组。NPU1200膜分离注氮设备整体的制氮量相比于其他的更高，多数情况下可以达到1300 Ｎｍ３／ｈ，其中氮气的浓度按照标准状态进行分析，其纯度可以达到 95％及以上，氮 气的纯度多数情况下在 90％-99.9％之间，其中浓度处于一种可以调整的状态中。 NPU1200 膜分离注氮设备的氮气额定排气压力为 34ＭＰa，整个部件中包含了以下几种 内容：第一，空压机组，其中包含了空压机头、油气分离器、机组控制以及后冷器等一系列内容，多为成套原装进口ＡＴＬＡＳＣＯＰＣＯ公司螺杆式空压机组内容；第二， 一级过滤器，选择过滤器的过程中要考虑带该过滤器本身含有ＤＰＩ差压表，同时能做 到下连德国ＢＥＫＯ〈进口〉无损排液阀。一级过滤器选择的是美国厂商ＺＡＮＤＥＲ；
第三，冷冻干燥机，品牌为国力；第四，二级过滤器，和一级过滤器相同，在选择二级 过滤器的时候同样要求该过滤器本身含有ＤＰＩ差压表，同时能做到下连德国ＢＥＫＯ 〈进口〉无损排液阀。二级过滤器选择是美国厂商ＺＡＮＤＥＲ；第五，换热器，选择 的厂商是ＡＬＦＡ－ＬＡＶＡＬ；第六，活性炭过滤器，选择的是卡波活性碳；第七， 四级过滤器。要求该过滤器本身含有ＤＰＩ差压表，同时能做到带远传，厂商同样是Ｚ ＡＮＤＥＲ；第八，膜组，厂商为美国 PRISM 公司的高效高压膜分离器，为聚酰亚胺复
合膜，耐水，尘埃通过性极强，可满足高温、高寒、高风沙、高水气的工作现场；第九，
氧分仪，厂商为美国 Detcon，氧气分析仪氧气测量精度为±2％，可测定的氧气含量范 围 0.5％至 25％；第十，增压机组，其中包含氮气增压系统、组合冷却器、柴油发电机、 中央控制系统，增压机厂商为美国 Ariel 公司。
1.2 NPU1200 膜分离注氮设备的主要参数
分析 NPU1200 膜分离注氮设备的参数包括了以下这些内容：第一，设备中国额定氮 气的流量，要求氮气的纯度为 95%，设备在标准状态下，其流量为 1200Ｎｍ３／ｈ；第
二，额定氮气纯度，和标准状态下的设备不同，额定氮气的纯度是可以调节的，在 90%-99.9%之间；第三，额定的输出压力则是在 35Mpa；第四，排气的温度要求小于或者 等于 65 摄氏度。
第五，NPU1200 膜分离注氮设备的布局方式为分体撬装箱式即分２个箱 ／撬布置；第六，设备中的电耗装机功率为 14kw；第七，动力供应为在 NPU1200 膜分离 注氮设备中空压机组以及增压机组所采用的是柴油机动力驱动的方式，控制、照明等设 备则是由１台柴油发电机组供应。
1.3 NPU1200 膜分离注氮设备的工艺流程
设备在运转的过程中，主要可以将其分为空压机组、增压机组以及发电机组，而静 止的设备则是膜系统。其中主要的流程为利用环境空气经过空气压缩机组，通过压缩、 油／气分离冷却后直接进入到空气预处理装置-通过膜系统对空气中剩余的油／水进行 分级处理-把处理后的空气送入到制氮设备，在这一环节中氮气本身是干燥的、纯净的- 氧氮分离-得到的低压氮气需要送到用户管线或者是送往至增压机组-富氧空气收集排 放至大气-低压氮气增压后送往用户管线。
2、膜分离注氮设备在压裂助排工艺中的推广应用
2.1 膜分离制氮装置施工准备
膜分离制氮设备在压裂注排中的应用过程中，应考虑到其设备的施工准备，整套设备是由高低压两个不同的撬块框架组成，由现场的工作人员以及技术人员根据本次施工 的相关工艺流程制定施工计划。结合施工现场的实际状况，配备好一系列的辅助工具和 设备。其中包括了高压管汇、高压弯头维护工具、专用工具以及放喷管线等一系列的内容。
2.2 气举排液施工工艺
膜分离制氮装置之所以能够在压力助排工艺中的使用质量得到提升，是由于该设备 在进行氮气举排液时，利用氮气经过特殊的模组中其渗透率会逐步变慢这一原理，将空 气中的氮气直接分离出来，利用压缩机等不同的机械手段，将空气中的氮气压缩，进而 产生高压氮气，直接将高压氮气注入到油套环管空间。随着氮气的数量注入不断增加， 环形空间压力也会逐步增长，井筒液体的密度降低，在井底压力的作用下，氮气会将油 管中的液体顶出。同时，注入氮气在井筒上升过程中，体积逐渐增大，氮气的膨胀对液体也将产生携带的作用。
2.3 相关案例分析
分析实际案例时以苏 51-55-12 井压裂施工工程为例，在 2018 年，这一工程就使用 了膜分离制氮设备配合川庆的一口水平井苏51—55-12井的压裂施工。由于在该工程中， 压入地层的酸液过多，导致油管使用的不通畅，没有办法使用正举法。需要不断地将套 压升到 29Mpa，没举通，采用了反举法，当压力达到 20Mpa 时，则需要打通油管阻碍， 选择正举法，形成了环形的打通空间。该井水平段采用的则是分段压裂，压裂段数为 10 段，当总液量达到了 14300 立方米，并且采用膜制氮设备注排 18 小时，累积排出的井 底液量则达到了 6214 立方米，其整体的返排率在 56%以上。相比于使用其他抽吸技术而 言，气井压裂常规返排能高出 22%左右，并且单井的施工周期也大大缩短。
分析其应用效果能发现在 2018 年至 2019 年期间使用 NPU1200 膜分离注氮设备累积 施工的次数已经达到了 38 次，并且累积运行了 1810 小时，其中累积制氮注氮的含量为 1986000 立方米，累积助排压裂液达到了 16800 立方米，而施工的成功率则可以达到 99.8%。
3、结语
综上所述，选择使用膜分离注氮设备能满足当前我国工业发展的需求，提高压裂助 排工艺中的一系列要求，有效的提升气井产量，促使地层的保护质量得到提升。相比于 其他的技术而言膜分离注氮设备的经济效益更好，其直接节省了专用泵车以及液氮罐车 等配套的费用，在高价液态氮的材料费用上也有着显著的节约，其总生产生本直接降低 了 40%。膜分离注氮设备的自动化水平同样较高，拥有中央控制室，能对所有的生产设 备进行集中控制，并且提高安全操作的质量，减轻了在日常工作中消耗的人工成本，降低劳动强度，其最大限度地提高了安全风险。和其他技术设备比较，膜分离注氮设备在 使用的过程中连续运行后使用的质量更高，寿命更长，并且需要管理人员维护管理的部 件更少，方便工作人员更换。
参考文献
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2012(07)