专利名称：基于膜分离原理的制氮系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于膜分离原理的制氮系统。
背景技术：
气体钻井(根据使用循环介质的不同)一般可分为:空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、尾气钻井等不同种类，其中尤以空气钻井以空气的廉价性、无限性、易得性而具有别的气体钻井形式无法比拟的优势。但对空气钻井，由于空气中含有大量助燃剂氧气，当使用空气钻井至储层附近时，很容易与储层附近的易燃气体混合而被点燃继而产生燃烧或爆炸。气体钻井就是采用以气体为主要循环流体的欠平衡钻井技术。20世纪30年代的美国开始研究气体钻井技术。但由于当时的技术水平、装备及认识等原因，没有得到规模化应用。直至20世纪60年代，随着空气钻井马达等的问世以及各种设备的不断完善，气体钻井技术又重新受到人们的重视。氮气钻井作为气体钻井的一种，因其不仅具有气体钻井技术的优越性；具有钻井介质的廉价性、无限性、而且具有遇可燃气体不发生燃烧或爆炸的安全性及防止腐蚀、延长钻头寿命、提高钻达井深的成功率、大大降低钻探成本等优势，而成为近几年油气开发研究者们非常关注的课题之一。而制氮设备作为氮气钻井中制取钻井介质——氮气的关键设备也就越来越多的受到人们的重视。近几年以来，随着制膜工艺的不断发展，膜分离制氮成为制取氮气的一种新型科学制氮方法。膜分离法制氮的研究和发展推动了膜分离制氮设备的发展，给氮气钻井注入了新的活力，大大加快了氮气钻井的推广应用。
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随着空气钻井技术的日益成熟，作为其配套使用或者说必要辅助手段的氮气钻井技术的提高也越来越受到人们的重视。与空气钻井比较，氮气钻井技术的关键即氮气生产设备。氮气生产设备的各项性能指标的提高可使氮气钻井技术得以更广泛使用，从而有效地解决储层或某些特殊工况情况下可能产生的井下燃烧和爆炸以及钻井施工中的恶性井漏，压差卡钻、钻井速度慢等技术性难题，能在钻进油气层井段时，做到“零污染”，对于及时保护和发现低压、低饱和、低渗透率油层(油气藏)，对提高油井单井产量和采收率具有显著效果，并可提高钻速5-10倍。因此，通过对当前现有装置进行分析研究，找出其存在的不足和缺点，从而对其进行改进，以达到使其结构布局合理、降低成本、使用维护方便、能耗低、压力损失小等技术指标，就显得尤为重要和迫切。这样不仅降低了设备制造成本，降低能量消耗，推动膜制氮装置的更广泛应用，而且为我国氮气钻井的普及，油气开采工艺更先进、更科学、取得更高的经济效益和社会效益提供了生产先进生产设备的基础。氮气钻井是欠平衡钻井技术的一种，它的循环流体是干燥氮气。氮气钻井首次使用是在二十世纪中后期。我国的氮气钻井技术研究始于上个世纪八十年代，虽然取得一些成果，但因制氮设备未能解决，使研究出的成果难以转化为生产力，没有得到及时应用。上个世纪九十年代，随着制氮工艺的发展和制氮设备的研制成功，氮气钻井技术的研究与应用又一次被广泛重视起来。首先是辽河油田试用成功，逐步推广到胜利、江汉等油田，但当时还未用在欠平衡钻井上。直到2000年12月，胜利油田钻井四公司一先进钻井队用国产钻机钻探的云南武定县云参科研一井，首次采用氮气钻井技术钻进，获得一次成功，开了先河。此后，氮气钻井技术在吐哈、新疆、四川、辽河、江汉等油田分别获得成功。2004年至2005年，吐哈油田欠平衡钻井技术得到迅速发展，先后在窿14井、中石化鄂尔多斯D12-1井、红台2-15井、红台2-17井、红台2-4井等8 口井采用欠平衡钻井技术，其中有5 口井在储层段进行全过程欠平衡纯氮气钻井。其中红台2-15井是国内首次进行全过程欠平衡纯氮气钻井，取得显著效果，获得的高产油气流是常规钻井的10-15倍。证实了这项新技术在油田勘探开发中有良好的经济效益和广阔的推广应用前景。尽管当前我国的一些油气田已经采用了氮气钻井对油气井进行开采，并取得一些成绩，但与国外相比，目前我国氮气钻井的差距仍然较大，这不仅反映在技术装备的配套和研制水平上，还反映在工艺方法和基础理论研究上，而且在多工艺综合技术上尚未起步。当前阶段，随着制造氮气的技术在国内外的不断发展，尤其膜制氮技术，以其独特的优势脱颖而出，成为氮气钻井中氮气制造的主要技术方法，并推动了氮气制造设备的不断发展。氮气制造设备首先在美国和加拿大等国生产制造，其中比较出名的有西梅卡、柏美亚公司，这两家膜分离氮气生产设备公司于20世纪90年代中期进入我国，现在均都已拥有多家分公司。我国的很多油田现用制氮设备均来自这些公司。我国当前也有一些公司可生产膜分离制氮设备，但油气钻井用膜分离制氮设备当前国内还没有厂家生产。但无论外国设备还是国产设备当前阶段都有局限于满足使用要求的设计思路，这样内部结构的科学性、设备的效率、耗能控制 、使用维护的方便性、某些部件的合理性等问题都有待改善和提高，尤其在线检测还是该类产品的一个空白。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于膜分离原理的制氮系统，该基于膜分离原理的制氮系统不仅降低了设备制造成本，降低能量消耗，推动膜制氮装置的更广泛应用，而且为我国氮气钻井的普及，油气开采工艺更先进、更科学、取得更高的经济效益和社会效益提供了生产先进生产设备的基础。本发明的目的通过下述技术方案实现:基于膜分离原理的制氮系统，主要由依次相连通的空气压缩机、后冷却器、空气缓冲灌、过滤器组、加热器、膜管组、氮气缓冲灌构成，所述空气压缩机与空气源相连，氮气缓冲灌与用户终端相连。所述后冷却器的进气口设置有温度测控器及空压保护阀。所述过滤器组由4个过滤器组合而成。所述加热器为电加热器。所述加热器和膜管组之间设置有气动球阀。所述膜管组和氮气缓冲灌之间依次设置有单向阀、纯度控制阀、背压阀、氮气流量计、放空阀。所述氮气缓冲灌的出口设置有手动球阀和三通管。综上所述，本发明的有益效果是:不仅降低了设备制造成本，降低能量消耗，推动膜制氮装置的更广泛应用，而且为我国氮气钻井的普及，油气开采工艺更先进、更科学、取得更高的经济效益和社会效益提供了生产先进生产设备的基础。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。实施例:如图1所示，本发明涉及的基于膜分离原理的制氮系统，主要由依次相连通的空气压缩机1、后冷却器2、空气缓冲灌3、过滤器组4、加热器5、膜管组6、氮气缓冲灌7构成，所述空气压缩机I与空气源相连，氮气缓冲灌7与用户终端相连。所述后冷却器2的进气口设置有温度测控器及空压保护阀。所述过滤器组4由4个过滤器组合而成。所述加热器5为电加热器。所述加热器5和膜管组6之间设置有气动球阀10。所述膜管组6和氮气缓冲灌7之间依次设置有单向阀11、纯度控制阀12、背压阀13、氮气流量计14、放空阀15。
所述氮气缓冲灌7的出口设置有手动球阀和三通管。本发明的制氮工艺为:外部压缩空气(压力为2.4MPa)由膜分离制氮装置的进气口进入其后冷却器进行降温；经后冷却器降温后流出的压缩空气进入空气缓冲灌；经缓冲后由缓冲灌进入过滤器；经四级过滤器过滤后，洁净空气进入电加热器；空气在电加热器中被加热至50°C左右进入膜管组；膜管组将经前期处理的空气进行分离，得到纯度达95%以上的氮气；所得氮气经单向阀、氮气流量计、放空阀进入氮气缓冲灌，稳定的氮气流由出气口送出。。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.基于膜分离原理的制氮系统，其特征在于，主要由依次相连通的空气压缩机(I)、后冷却器(2)、空气缓冲灌(3)、过滤器组(4)、加热器(5)、膜管组￠)、氮气缓冲灌(7)构成，所述空气压缩机(I)与空气源相连，氮气缓冲灌(7)与用户终端相连。
2.根据权利要求1所述的基于膜分离原理的制氮系统，其特征在于，所述后冷却器(2)的进气口设置有温度测控器及空压保护阀。
3.根据权利要求1所述的基于膜分离原理的制氮系统，其特征在于，所述过滤器组(4)由4个过滤器组合而成。
4.根据权利要求1所述的基于膜分离原理的制氮系统，其特征在于，所述加热器(5)为电加热器。
5.根据权利要求1所述的基于膜分离原理的制氮系统，其特征在于，所述加热器(5)和膜管组(6)之间设置有气动球阀(10)。
6.根据权利要求1所述的基于膜分离原理的制氮系统，其特征在于，所述膜管组(6)和氮气缓冲灌(7)之间依次设置有单向阀(11)、纯度控制阀(12)、背压阀(13)、氮气流量计(14)、放空阀(15)。
7.根据权利要求1所述的基于膜分离原理的制氮系统，其特征在于，所述氮气缓冲灌(7)的出口设置有手动球 阀和三通管。
全文摘要
本发明公开了一种基于膜分离原理的制氮系统。该基于膜分离原理的制氮系统主要由依次相连通的空气压缩机(1)、后冷却器(2)、空气缓冲灌(3)、过滤器组(4)、加热器(5)、膜管组(6)、氮气缓冲灌(7)构成，所述空气压缩机(1)与空气源相连，氮气缓冲灌(7)与用户终端相连。本发明不仅降低了设备制造成本，降低能量消耗，推动膜制氮装置的更广泛应用，而且为我国氮气钻井的普及，油气开采工艺更先进、更科学、取得更高的经济效益和社会效益提供了生产先进生产设备的基础。
文档编号C01B21/04GK103101889SQ20111038492
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者母东艳 申请人:母东艳