專利名稱：基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣體鉆井(根據(jù)使用循環(huán)介質(zhì)的不同)一般可分為:空氣鉆井、氮?dú)忏@井、天然氣鉆井、尾氣鉆井等不同種類，其中尤以空氣鉆井以空氣的廉價(jià)性、無限性、易得性而具有別的氣體鉆井形式無法比擬的優(yōu)勢(shì)。但對(duì)空氣鉆井，由于空氣中含有大量助燃劑氧氣，當(dāng)使用空氣鉆井至儲(chǔ)層附近時(shí)，很容易與儲(chǔ)層附近的易燃?xì)怏w混合而被點(diǎn)燃繼而產(chǎn)生燃燒或爆炸。氣體鉆井就是采用以氣體為主要循環(huán)流體的欠平衡鉆井技術(shù)。20世紀(jì)30年代的美國(guó)開始研究氣體鉆井技術(shù)。但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平、裝備及認(rèn)識(shí)等原因，沒有得到規(guī)?；瘧?yīng)用。直至20世紀(jì)60年代，隨著空氣鉆井馬達(dá)等的問世以及各種設(shè)備的不斷完善，氣體鉆井技術(shù)又重新受到人們的重視。氮?dú)忏@井作為氣體鉆井的一種，因其不僅具有氣體鉆井技術(shù)的優(yōu)越性；具有鉆井介質(zhì)的廉價(jià)性、無限性、而且具有遇可燃?xì)怏w不發(fā)生燃燒或爆炸的安全性及防止腐蝕、延長(zhǎng)鉆頭壽命、提高鉆達(dá)井深的成功率、大大降低鉆探成本等優(yōu)勢(shì)，而成為近幾年油氣開發(fā)研究者們非常關(guān)注的課題之一。而制氮設(shè)備作為氮?dú)忏@井中制取鉆井介質(zhì)——氮?dú)獾年P(guān)鍵設(shè)備也就越來越多的受到人們的重視。近幾年以來，隨著制膜工藝的不斷發(fā)展，膜分離制氮成為制取氮?dú)獾囊环N新型科學(xué)制氮方法。膜分離法制氮的研究和發(fā)展推動(dòng)了膜分離制氮設(shè)備的發(fā)展，給氮?dú)忏@井注入了新的活力，大大加快了氮?dú)忏@井的推廣應(yīng)用。
`
隨著空氣鉆井技術(shù)的日益成熟，作為其配套使用或者說必要輔助手段的氮?dú)忏@井技術(shù)的提高也越來越受到人們的重視。與空氣鉆井比較，氮?dú)忏@井技術(shù)的關(guān)鍵即氮?dú)馍a(chǎn)設(shè)備。氮?dú)馍a(chǎn)設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)的提高可使氮?dú)忏@井技術(shù)得以更廣泛使用，從而有效地解決儲(chǔ)層或某些特殊工況情況下可能產(chǎn)生的井下燃燒和爆炸以及鉆井施工中的惡性井漏，壓差卡鉆、鉆井速度慢等技術(shù)性難題，能在鉆進(jìn)油氣層井段時(shí)，做到“零污染”，對(duì)于及時(shí)保護(hù)和發(fā)現(xiàn)低壓、低飽和、低滲透率油層(油氣藏)，對(duì)提高油井單井產(chǎn)量和采收率具有顯著效果，并可提高鉆速5-10倍。因此，通過對(duì)當(dāng)前現(xiàn)有裝置進(jìn)行分析研究，找出其存在的不足和缺點(diǎn)，從而對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到使其結(jié)構(gòu)布局合理、降低成本、使用維護(hù)方便、能耗低、壓力損失小等技術(shù)指標(biāo)，就顯得尤為重要和迫切。這樣不僅降低了設(shè)備制造成本，降低能量消耗，推動(dòng)膜制氮裝置的更廣泛應(yīng)用，而且為我國(guó)氮?dú)忏@井的普及，油氣開采工藝更先進(jìn)、更科學(xué)、取得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提供了生產(chǎn)先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)。氮?dú)忏@井是欠平衡鉆井技術(shù)的一種，它的循環(huán)流體是干燥氮?dú)狻５獨(dú)忏@井首次使用是在二十世紀(jì)中后期。我國(guó)的氮?dú)忏@井技術(shù)研究始于上個(gè)世紀(jì)八十年代，雖然取得一些成果，但因制氮設(shè)備未能解決，使研究出的成果難以轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，沒有得到及時(shí)應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)九十年代，隨著制氮工藝的發(fā)展和制氮設(shè)備的研制成功，氮?dú)忏@井技術(shù)的研究與應(yīng)用又一次被廣泛重視起來。首先是遼河油田試用成功，逐步推廣到勝利、江漢等油田，但當(dāng)時(shí)還未用在欠平衡鉆井上。直到2000年12月，勝利油田鉆井四公司一先進(jìn)鉆井隊(duì)用國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)鉆探的云南武定縣云參科研一井，首次采用氮?dú)忏@井技術(shù)鉆進(jìn)，獲得一次成功，開了先河。此后，氮?dú)忏@井技術(shù)在吐哈、新疆、四川、遼河、江漢等油田分別獲得成功。2004年至2005年，吐哈油田欠平衡鉆井技術(shù)得到迅速發(fā)展，先后在窿14井、中石化鄂爾多斯D12-1井、紅臺(tái)2-15井、紅臺(tái)2-17井、紅臺(tái)2-4井等8 口井采用欠平衡鉆井技術(shù)，其中有5 口井在儲(chǔ)層段進(jìn)行全過程欠平衡純氮?dú)忏@井。其中紅臺(tái)2-15井是國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行全過程欠平衡純氮?dú)忏@井，取得顯著效果，獲得的高產(chǎn)油氣流是常規(guī)鉆井的10-15倍。證實(shí)了這項(xiàng)新技術(shù)在油田勘探開發(fā)中有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的推廣應(yīng)用前景。盡管當(dāng)前我國(guó)的一些油氣田已經(jīng)采用了氮?dú)忏@井對(duì)油氣井進(jìn)行開采，并取得一些成績(jī)，但與國(guó)外相比，目前我國(guó)氮?dú)忏@井的差距仍然較大，這不僅反映在技術(shù)裝備的配套和研制水平上，還反映在工藝方法和基礎(chǔ)理論研究上，而且在多工藝綜合技術(shù)上尚未起步。當(dāng)前階段，隨著制造氮?dú)獾募夹g(shù)在國(guó)內(nèi)外的不斷發(fā)展，尤其膜制氮技術(shù)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)脫穎而出，成為氮?dú)忏@井中氮?dú)庵圃斓闹饕夹g(shù)方法，并推動(dòng)了氮?dú)庵圃煸O(shè)備的不斷發(fā)展。氮?dú)庵圃煸O(shè)備首先在美國(guó)和加拿大等國(guó)生產(chǎn)制造，其中比較出名的有西梅卡、柏美亞公司，這兩家膜分離氮?dú)馍a(chǎn)設(shè)備公司于20世紀(jì)90年代中期進(jìn)入我國(guó)，現(xiàn)在均都已擁有多家分公司。我國(guó)的很多油田現(xiàn)用制氮設(shè)備均來自這些公司。我國(guó)當(dāng)前也有一些公司可生產(chǎn)膜分離制氮設(shè)備，但油氣鉆井用膜分離制氮設(shè)備當(dāng)前國(guó)內(nèi)還沒有廠家生產(chǎn)。但無論外國(guó)設(shè)備還是國(guó)產(chǎn)設(shè)備當(dāng)前階段都有局限于滿足使用要求的設(shè)計(jì)思路，這樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、設(shè)備的效率、耗能控制 、使用維護(hù)的方便性、某些部件的合理性等問題都有待改善和提高，尤其在線檢測(cè)還是該類產(chǎn)品的一個(gè)空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，該基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)不僅降低了設(shè)備制造成本，降低能量消耗，推動(dòng)膜制氮裝置的更廣泛應(yīng)用，而且為我國(guó)氮?dú)忏@井的普及，油氣開采工藝更先進(jìn)、更科學(xué)、取得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提供了生產(chǎn)先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，主要由依次相連通的空氣壓縮機(jī)、后冷卻器、空氣緩沖灌、過濾器組、加熱器、膜管組、氮?dú)饩彌_灌構(gòu)成，所述空氣壓縮機(jī)與空氣源相連，氮?dú)饩彌_灌與用戶終端相連。所述后冷卻器的進(jìn)氣口設(shè)置有溫度測(cè)控器及空壓保護(hù)閥。所述過濾器組由4個(gè)過濾器組合而成。所述加熱器為電加熱器。所述加熱器和膜管組之間設(shè)置有氣動(dòng)球閥。所述膜管組和氮?dú)饩彌_灌之間依次設(shè)置有單向閥、純度控制閥、背壓閥、氮?dú)饬髁坑?jì)、放空閥。所述氮?dú)饩彌_灌的出口設(shè)置有手動(dòng)球閥和三通管。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是:不僅降低了設(shè)備制造成本，降低能量消耗，推動(dòng)膜制氮裝置的更廣泛應(yīng)用，而且為我國(guó)氮?dú)忏@井的普及，油氣開采工藝更先進(jìn)、更科學(xué)、取得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提供了生產(chǎn)先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。實(shí)施例:如圖1所示，本發(fā)明涉及的基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，主要由依次相連通的空氣壓縮機(jī)1、后冷卻器2、空氣緩沖灌3、過濾器組4、加熱器5、膜管組6、氮?dú)饩彌_灌7構(gòu)成，所述空氣壓縮機(jī)I與空氣源相連，氮?dú)饩彌_灌7與用戶終端相連。所述后冷卻器2的進(jìn)氣口設(shè)置有溫度測(cè)控器及空壓保護(hù)閥。所述過濾器組4由4個(gè)過濾器組合而成。所述加熱器5為電加熱器。所述加熱器5和膜管組6之間設(shè)置有氣動(dòng)球閥10。所述膜管組6和氮?dú)饩彌_灌7之間依次設(shè)置有單向閥11、純度控制閥12、背壓閥13、氮?dú)饬髁坑?jì)14、放空閥15。

所述氮?dú)饩彌_灌7的出口設(shè)置有手動(dòng)球閥和三通管。本發(fā)明的制氮工藝為:外部壓縮空氣(壓力為2.4MPa)由膜分離制氮裝置的進(jìn)氣口進(jìn)入其后冷卻器進(jìn)行降溫；經(jīng)后冷卻器降溫后流出的壓縮空氣進(jìn)入空氣緩沖灌；經(jīng)緩沖后由緩沖灌進(jìn)入過濾器；經(jīng)四級(jí)過濾器過濾后，潔凈空氣進(jìn)入電加熱器；空氣在電加熱器中被加熱至50°C左右進(jìn)入膜管組；膜管組將經(jīng)前期處理的空氣進(jìn)行分離，得到純度達(dá)95%以上的氮?dú)?；所得氮?dú)饨?jīng)單向閥、氮?dú)饬髁坑?jì)、放空閥進(jìn)入氮?dú)饩彌_灌，穩(wěn)定的氮?dú)饬饔沙鰵饪谒统?。。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，其特征在于，主要由依次相連通的空氣壓縮機(jī)(I)、后冷卻器(2)、空氣緩沖灌(3)、過濾器組(4)、加熱器(5)、膜管組￠)、氮?dú)饩彌_灌(7)構(gòu)成，所述空氣壓縮機(jī)(I)與空氣源相連，氮?dú)饩彌_灌(7)與用戶終端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述后冷卻器(2)的進(jìn)氣口設(shè)置有溫度測(cè)控器及空壓保護(hù)閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述過濾器組(4)由4個(gè)過濾器組合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器(5)為電加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器(5)和膜管組(6)之間設(shè)置有氣動(dòng)球閥(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述膜管組(6)和氮?dú)饩彌_灌(7)之間依次設(shè)置有單向閥(11)、純度控制閥(12)、背壓閥(13)、氮?dú)饬髁坑?jì)(14)、放空閥(15)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述氮?dú)饩彌_灌(7)的出口設(shè)置有手動(dòng)球 閥和三通管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)。該基于膜分離原理的制氮系統(tǒng)主要由依次相連通的空氣壓縮機(jī)(1)、后冷卻器(2)、空氣緩沖灌(3)、過濾器組(4)、加熱器(5)、膜管組(6)、氮?dú)饩彌_灌(7)構(gòu)成，所述空氣壓縮機(jī)(1)與空氣源相連，氮?dú)饩彌_灌(7)與用戶終端相連。本發(fā)明不僅降低了設(shè)備制造成本，降低能量消耗，推動(dòng)膜制氮裝置的更廣泛應(yīng)用，而且為我國(guó)氮?dú)忏@井的普及，油氣開采工藝更先進(jìn)、更科學(xué)、取得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提供了生產(chǎn)先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C01B21/04GK103101889SQ20111038492
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者母東艷 申請(qǐng)人:母東艷