空气泡沫驱伴生气燃爆特性及临界氧体积分数变化规律研究

为了探究高初始压力条件下空气泡沫驱井筒伴生气的燃爆特性,设计并搭建了高温高压可燃气体燃爆特性测试系统,对井筒伴生气的爆炸上限、下限以及临界氧体积分数等燃爆特性进行了测试。测量结果表明,随着初始温度和压力的升高,爆炸下限和临界氧体积分数降低,爆炸上限增加,伴生气的危险性增加。在0.5 MPa和10℃条件下伴生气的爆炸极限为2.01%~19.97%,而在15 MPa和80℃时爆炸极限迅速扩大至1.14%~56.67%。临界氧体积分数的测试结果从11.85%(0.5 MPa,10℃)下降到8.91%(15 MPa,80℃),最大差值为2.94%。根据试验结果拟合了临界氧体积分数的经验式,可快速评定不同初始条件下伴生气的安全氧含量。

注空气采油过程中油田伴生气临界氧体积分数试验研究

在注空气采油过程中,井筒内油田伴生气的存在可能导致油井发生爆炸事故。避免此类事故发生的最有效方法是控制注气作业过程中的氧体积分数,因此需要对井筒高温高压条件下可燃气体的临界氧体积分数进行研究。本文通过理论分析和试验测试对油田伴生气的临界氧体积分数进行了研究,初始温度为40℃和80℃,初始压力为1~15 MPa。结果表明,相较于温度,压力对临界氧体积分数的影响更为显著,临界氧体积分数随初始压力的升高而降低,且压力的影响逐渐减弱;依据试验结果提出了临界氧体积分数的经验计算公式;结合现场工艺提出了相关监控指标和方法,为注空气采油过程的安全防护提供了一定的技术依据。

基于热重实验的煤自燃临界氧体积分数分析

对同一种煤样在不同氧体积分数下进行热重实验,利用Matlab得出了该煤样的残留质量比率(TG),质量变化率(DTG),放热速率(DSC)和放热变化率(DDSC)的立体分布和等值线图,研究了不同条件下残留质量和放热速率的变化规律.结果显示,当氧体积分数大于10%时,该煤样在设定的温度内能完全反应和存在最大放热速率,但完全反应对应的温度随着氧体积分数的降低而升高;当氧体积分数小于10%时,尤其是氧体积分数趋向于0时,该煤样难以在设定的温度范围内完全反应,且残留质量随氧体积分数的降低加速上升,同时在实验温度段内放热速率波动不大.最后,对煤样产生不同残留质量的原因进行了分析,结合热重实验得出该煤自燃的临界氧体积分数为18%和8%,从而为采空区自燃"三带"划分提供指导.