二氧化碳驱油的安全风险分析

2022-09-11

二氧化碳驱油主要流程工艺是将二氧化碳采用液氨蒸发制冷, 再将液态二氧化碳注入到底层中去驱替原油。其中的主要危险有害物质为二氧化碳、氨。由于二氧化碳及氨的危险特性, 窒息、中毒、腐蚀、爆炸、低温是本项目的主要危险因素。

一、主要危险有害物质分析

1. 二氧化碳特性

(1) 毒性:二氧化碳不属于有毒物质, 但吸入气体初期有轻微的眼及上呼吸道刺激症状, 如长时间接触并吸入时会发生迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫症, 并引发支气管炎等病症, 如果二氧化碳浓度过高, 将导致人员窒息死亡。

(2) 腐蚀性:二氧化碳溶于水与水反应生成了弱腐蚀性物质一碳酸。碳酸对金属产生无硫腐蚀, 无硫腐蚀尽管不如由硫化氢或强酸溶液引起的酸类腐蚀速度快, 但随着时间的积累, 其危害同样严重。

(3) 升华性:二氧化碳的沸点是-78.5℃, 在较低的温度下极易升华为气体。二氧化碳在升华过程中大量吸收周围的热量, 使周围的气温急剧下降, 易造成冻伤事故。

2. 氨特性

(1) 毒性:氨气为具有刺激性气体, 对粘膜和皮肤有碱性刺激及腐蚀作用, 可造成组织溶解性坏死。高浓度时可引起反射性呼吸停止和心脏停搏。

(2) 危险特性:氨气与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热等引起燃烧爆炸。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。若遇高热, 容器内压增大, 有开裂和爆炸的危险。火灾爆炸危险性分类为乙类。

二、主要设备危险性分析

1. 冷凝液化装置的危险性分析

冷凝液化装置主要功能是气态二氧化碳液化, 主要物质是气态和液态二氧化碳, 二氧化碳在液化过程中如发生泄漏会导致窒息伤亡事故, 另外液态二氧化碳在气化过程中吸收大量的热能, 导致周围气体温度下降, 发生冻伤事故。

冷凝液化工艺过程中存在液氨、气氨参与换热, 若换热器发生气氨、液氨泄漏, 浓度达到爆炸极限遇明火或点火源将发生爆炸事故, 继而引发更严重的火灾。

2. 注入系统的危险性分析

二氧化碳气体液化、注入等过程均在一定的压力下进行。因此, 生产设备及管道, 储存容器等设施都承受中、高压力。当生产设备出现故障、超温超压运行、压力控制失灵时或储存容器受热时, 都可能发生生产设备、管道、容器爆炸的危险性。

二氧化碳一般注入压力较高, 注入泵出口压力可达15MP左右, 注入井主要危险如下:

(1) 压力失控时会出现以下危险:冷二氧化碳使大气中水份冷凝, 在井口周围形成自雾, 影响视线;近井口地带排出的游离油和冷凝的混相液可能聚集在地面, 造成地面火灾危险;二氧化碳液流容易形成豌豆或石子大小的干冰颗粒以很高的速度喷出, 对人造成伤害。

(2) 液态二氧化碳的注入压力较高, 和注入井在同一地层区内的采油井处在高压之中, 如井口没有安装耐高压的井口, 易发生井口爆裂、物体打击事故。而且当地质勘察不精准时, 高压的二氧化碳窜入到其他地层, 导致其区域内的采油井处在高压之中, 井口爆裂、物体打击事故。

3. 管线和设备腐蚀危险性分析

腐蚀是系统设备、管线及注气井口的主要安全隐患之一, 二氧化碳中若有水份的存在, 可形成碳酸, 对金属产生无硫腐蚀。无硫腐蚀尽管不如由硫化氢或强酸溶液引起的酸类腐蚀速度快, 但时间长了, 对设备及管线危害同样严重, 再加上设备及管线在振动、磨损、冲刷、应力开裂诸因素的作用下, 以及生产过程中产生的超温、超压、超负荷的异常情况, 都会使设备、管线和井口的动、静密封点的密封性能失效, 导致产生壳体裂纹、二氧化碳介质逸出。如果管线和井口腐蚀严重, 在较高压力的作用下会导致管线或井口爆裂, 造成人员伤亡和站场设备的损坏。

4. 中毒窒息危害

本项目的主要物质二氧化碳具有窒息性。在密闭容器内可将人窒息死亡, 其侵入途径多为吸入。二氧化碳在低浓度时, 对呼吸中枢呈兴奋;高浓度时则引起抑制作用, 更高浓度时还有麻醉作用。高浓度二氧化碳环境, 人在几秒钟内迅速昏迷倒下, 更严重者出现呼吸停止及休克, 甚至死亡。由于二氧化碳密度比空气重、易积聚、不易扩散, 人员发生危险时往往比较突然。

另外, 液化系统中的制冷剂是氨, 氨气通常情况下是有刺激性气味, 氨气对粘膜和皮肤有碱性刺激及腐蚀作用, 可造成组织溶解性坏死。短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咳嗽、呼吸困难, 可伴有头痛、呕吐、乏力等。严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症或支气管粘膜坏死脱落致窒息。

5. 低温危害

(1) 低温脆断:液态二氧化碳的储存和输送温度较低, 使管线、设备及井口的工作温度也比较低。金属材料在低温的环境下存在低温疲劳问题, 而且温度越低材料的缺口敏感性越大, 所以如果设备或管线焊缝中存在缺陷, 非常容易引起低温脆断破坏。

(2) 冻伤危害:固态 (干冰) 、液态二氧化碳和液氨在常压下能迅速气化, 在气化过程中大量吸收周围的热量, 使周围造成局部低温, 可引起皮肤和肢体严重的低温灼伤。

6. 其他危险因素

二氧化碳驱油过程中还存在着物体打击、噪声、电气、机械、高压伤害等危险因素。

二氧化碳驱油系统, 除了常规的物体打击、高压、噪声、机械、电气伤害等风险外, 由于二氧化碳和氨的危险特性, 还存在着窒息、中毒、爆炸、腐蚀、低温等重要风险, 只有针对这些等重大危险因素从设备上、人员上、制度规程及执行上同时严控把关, 倍加重视, 才可以确保二氧化碳驱油这项有明显优势的技术安全的运用于油田开采中, 为我们油田的发展做出更大的贡献。

摘要：二氧化碳驱油是一项成熟的采油技术, 在我国石油开采中有着巨大的应用潜力。可以预测, 随着技术的发展完善和应用范围的不断扩大, 二氧化碳将成为我国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。由于二氧化碳驱油系统中含有液态二氧化碳及氨等危险化学品, 并多为高压运行, 存在着窒息、中毒、火灾、爆炸、低温等危险因素。所以, 对二氧化碳驱油的安全风险识别与管控, 也是必须进行的重要问题。

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