摘要：膜制氮技术的快速发展，对石油行业上游开发有巨大的促进作用。利用膜制氮技术和常规施工工艺相结合，可以大幅提高采收率。目前膜制氮技术在国内油气生产中的应用方兴未艾，随着技术的不断进步，膜制氮技术进行更深层次的应用和发展，将会成为一项常规技术应用于油田的开发过程中。
关键词：膜制氮技术应用；现状与展望
1前言
随着技术的不断进步及行业标准的不断提高，在石油工业的发展过程中，越来越多的新技术、新工艺应用于石油开采过程中，对进一步提高油气采收率有重大的现实意义。在现代石油开采中，氮气已经广泛地用于石油领域，根据氮气不燃烧的性质，在钻井作业中，用来替代空气消除地下燃烧或爆炸的危险。利用氮气控制入井液的密度，在低压易漏失层完成各项作业工序，如混气冲砂，另外氮气在平台生产工艺中也有较多的应用，如作为烃类储罐的密封气等，有很好的应用前景。
空气中含氮气 78%，为膜制氮技术发展提供了很好的客观物质基础。一般有两种制氮方法，一是冷却法，把空气冷却到-200℃以下，根据氮气和氧气沸点不同实行分离，但是液氮不好运输，无法用普通压缩机压缩，成本较高。二是膜制氮方法，在常温条件下直接从空气中分离出氮气，优点是方便，无氮源远近之限制，制备出的氮气可直接用于普通压缩机处理，直接用于膜制氮工艺施工。
2膜制氮技术简介
2.1膜分离法制氮原理及应用
膜制氮技术的核心部件是膜分离器，空气压缩机压缩后的空气经过多级过滤器，除去空气中的油、水、颗粒，并对过滤后的空气加热到一定温度，之后到达膜分离器。由于经过空压机压缩，到达膜分离器的空气在氮气分离膜组两侧具有一定的压力差。不同气体在膜分离器中的溶解速率和扩散系数不同，在压力差的作用下，渗透速率较快的水蒸气、氧气优先通过膜，成为富氧气体；而渗透速率较慢的氮气在滞留侧富集，成为干燥的富氮气体，就这样氮气就被分离出来。通过膜制氮装备分离出的氮气，在实际应用中利用其不燃的特性，进行气井气举排液、扫线等施工，但是在这些简单的施工并没用发挥氮气的更大潜力。在实际应用中，氮气泡沫不但能完成气举排液和扫线施工，还能完成泡沫冲砂、洗井、排酸、泡沫压裂等工艺，应用十分广泛。
2.2膜制氮装备的应用及发展状况
上世纪 90 年代后期，膜制氮技术开始在石油领域应用，近几年得到发展，但相对于国外油气领域的氮气应用，我国还处于初期。随着近几年国内油气领域的不断应用总结和经验积累，膜制氮设备的潜在优势及丰富的开发应用前景，已被国内油气领域认同和关注。特别是现在世界范围内，原油价格高企，油气资源比过去任何时候都重要。作为一种有效的技术，膜制氮技术更引起了世界各国的重视。
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3膜制氮技术在石油行业中的应用
3.1修井作业中的应用
随着石油的开采，油田的地层压力必然下降，不但严重影响生产，而且不利于修井作业。油田压力下降使近井地带压力亏空严重，直接导致修井过程中大量修井液的漏失，出现油井自吸，建立循环时间延长等现象。究其修井液漏失的原因，一是地层压力下降，二是因为修井液密度大，液柱压力高于地层压力。因此，利用氮气泡沫密度可调的特性，低密度的泡沫修井液较常规修井液有很大的优势，密度容易控制，能有效的防止修井液的漏失，是良好的修井循环介质。另外，在修井过程中，压井液渗入储层引起水敏、水锁对储层伤害很大。低渗油藏由于流动孔喉很细，毛管力的束缚力强，水锁引起的不利影响较难解除，高粘土矿物含量更增加了水敏的潜在危害。类似吐哈油田，油质轻，挥发性强，且埋藏较深，空气气举安全性差，常规抽汲排液速度慢，深度有限，难以满足需求。氮气气举则是一种非常有效的排液手段，它可以完成中深井的快速掏空，形成大的返排负压，激励地层回流疏通渗流孔道，加快入井液的返排，解除水锁的影响，减轻水敏伤害。同时，氮气在其它的一些修井作业，比如混气冲砂、负压洗井、混气水排液等工艺在高气油比、低压储层中也得到了成功的应用。
3.2在平台生产中的应用
在海上石油平台的生产过程中，部分油气设备为了维持稳定的操作压力，需要在设备中填充密封气。一些较早开发平台通常使用燃料气来作为密封气，可节省投资成本，排放的燃料气不能就地放空，只能排放至火炬燃烧，而对于一些没有火炬，只有冷放空的小型平台来说，就存在污染大气的问题。因此，后来新建的油气中心处理平台都设置了膜制氮设备，用氮气作为密封气将减少烃类气体排放，增加操作安全性。
3.3在压裂作业中的应用
在压裂作业中，在注入压裂液的同时注入氮气，能提高压裂液的自身反排能力，减轻压裂液滞留于地层所产生的伤害。这种压裂方式称为混气压裂，主要增产机理如下：第一，利用前置氮气的隔离作用，能有效避免地下原油与压裂液接触产生的伤害。第二，分散于压裂液中的气泡、泡沫随压裂液在地层中运移，在部分喉道处聚集产生贾敏效应，能够有效封堵地层中的一些大孔隙、微裂缝，阻止了后续压裂液沿高渗地带滤失，混合流体视粘度增加以及气液两相流动相渗透率的干扰，也在一定程度上抑制了压裂液的滤失。第三，依靠压缩氮气所蓄积的弹性能在卸压后体积发生膨胀，推挤压裂液流入井筒，并携带出部分残渣，气相的介入减轻了井筒中混合流体的静液柱压力，有利于压裂液自喷返排，提高了压裂液的返排速度和返出程度。
4结束语
膜制氮技术在在渤海油田已经应用比较广泛，增油效果比较明显，尤其在低渗油田的排 液、改造、储层保护及安全生产方面成效显著有很好的应用前景。纵观技术发展方向，膜制氮技术将来势必在国内油气田广泛应用，但是目前国内各大油气田应用还处于初级阶段，一方面是因为膜制氮技术成本较高、技术复杂，相信随着施工的不断优化，通过技术进步膜制氮施工自身 的潜力会被进一步开发，随 着 应 用 的 深 入，也将成为油气田增产的常规技术之一
参考文献：
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论文作者:彭宇1,唐敏1, 周晓艳1,刘冰2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/11
标签：氮气论文; 制氮论文; 技术论文; 作业论文; 压裂论文; 石油论文; 油气论文; 《基层建设》2017年第16期论文;