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四川油气田高含硫井地面测试流程监测和自动控制系统的应用


四川油气田高含硫井 地面测试流程监测和自动控制系统的应用
林轶斌 1 舒梅

1

刘兴华

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1 中国石油川庆钻探钻采工程技术研究院



摘要: 随着四川油气田勘探开发的不断深入, 高压高产高含硫化氢井越来越多, 如何对这些井实施安全、高效的地面测试作业,是一项非常关键的技术。地面测试 流程中配套自动紧急关断控制系统、H2S 在线监测仪、视频安全监控系统,提高地 面流程的监测和控制能力,增加地面作业的安全操作性和安全性,有效保障地面测 试作业安全进行。 关键词:含硫井 地面测试 监测 控制

近年来四川气田高压高产高含硫化氢气井越来越多,重点勘探的龙岗构造和九龙山 构造都属于高压高含硫气藏,龙岗构造长兴组井口关井压力 60~80MPa, H2S 含 量 30~170g/m3,最高天然气产量 120×104m3/d;九龙山栖霞组、茅口组等的井口 关井压力 90~107MPa,H2S 含量 5.6~30g/m3,最高天然气产量 256×104m3/d。这些 高压高产高含硫化氢气井地面测试作业风险非常大,要对这些井实施安全、高效的 地面测试,需要地面测试流程具备更强的监测和控制能力。

1、 地面测试流程存在问题
以前四川气田高压高产高含硫化氢气井采用的地面测试流程在监测控制上存 在以下几方面的不足: A. 地面测试流程中有紧急关断阀并配套了远程控制面板,可以实现紧急情况的 远程,但需要作业人员发现流程出现超压的情况下,然后通知控制人员进行关断。 可能出现因为人员、通信等因素造成不能及时的关断,导致安全问题的出现。 B. 对于高压区、残酸池、点火口和排污口等高危区域的监控全靠作业人员,一 旦这些危险区域出现问题,将直接威胁作业人员人生安全;作业指挥人员只能通过 作业人员汇报了解这些危险区域的情况,可能出现情况了解不清楚、处理不及时等 问题。
作者简介:林轶斌,工程师,1999 年毕业于长庆石油学校钻井工程系,一直从事于油气井测试 技术工作。地址: (618300)四川广汉中山大道南二段钻采院,电话:0838-5152193

C. 采用取样化验的方式了解地层流体中的硫化氢含量,在流动过程中地层流体 中硫化氢含量变化较大, 这种硫化氢含量检测方式不能获得流体中硫化氢含量的 动态资料。

2、 地面流程中应用的监测和自动控制系统
为了解决地面测试流程中存在的上述问题,我们给地面测试流程配备了自动 紧急关断控制系统、H2S 在线监测仪、360°全方位视频安全监视系统,加强地面测 试流程的监测和控制能力。 2.1 自动紧急关断控制系统 自动紧急关断控制系统主要是针对地面测试流程的某部位压力超出设定值时, 自动操作地面测试流程的 ESD 系统实现紧急关断。 A. 工作原理 自动紧急关断控制系统由地面安全阀 (液动闸板阀)、 ESD 控制面板、 高低压感应器 等构成。通过将高低压感应器安装在地面流 程计量设备的某些关键部位当该处的压力超 出高低压感应器的额定压力时,高低压感应 器将启动并通过感应气管线传送到 ESD 控制 面板上, 控制面板将立刻泄掉液动闸板阀 ESD 的压力关闭液动闸板阀切断流体进入流程, 提高流程操作人员及设备的安全系数。 B. 自动紧急关断控制系统设备 前面已经提到自动紧急关断控制系统
图 1-1 地面安全阀板阀

由地面安全阀(液动闸)、ESD 控制面板、高低压

感应器等构成。 地面安全阀: 液控闸板阀,在紧急情况下卸掉液压就可以关闭闸板阀,实 现地面关井。闸板阀的开关由与之相连的执行 机构控制,执行机构的简单来说就是液缸,中 间为活塞,上部为油室,下部为一个大弹簧, 油室有液压的时候就会推动活塞克服弹簧的弹 力下行,打开闸板阀;一旦失去液压,在弹簧 弹力的作用下活塞上移,关闭闸板阀;如图: 1-1。 ESD 控制面板:作用一是为驱动器提供液

压,并在紧急情况下控制放压来关闭地面安全阀。打压可以通过气动泵或手动泵进 行,泄压通过一条感应气路来控制,如果这条气路中没有压力,控制面板就会卸掉 驱动器中的压力。感应气管线的压力通过高低压感应器自动泄压或通过按钮手动泄 压;如图 1-2。
图 1-2 ESD 控制面板

高低压感应器:一端与感应气管 线,另一端敞口,感应器接入需保 护的管线中。当感受的压力高于或 低于设定值时,卸掉感应器管线压 力,通知控制面板关闭地面安全 阀。这种感应器既可用作高压感应 器, 也可用作低压感应器, 方法是: 做高压感应器时感应气管线接在 LOW IN 端; 做低压感应器时感应气 管线接在 HIGH IN 端。感应压力的 设定值通过静重仪设定,需要时调节弹簧的弹力,设好后用锁紧螺母锁紧防松。安 装位置:油嘴管汇下游数据头上:4500psi 高压感应器;分离器容器
图 1-3 高低压感应器

上 1200psi 高压感应器;如图 1-3。

2.2

H2S 在线监测仪 硫化氢在线检测技术能够随时监测天然气中硫化氢含量,取得不同时间下硫化

氢含量的动态资料,帮助分析地层流体性质。同时为施工作业提供安全信息,有利 于保护设备、人员安全。 A. 工作原理 工作原理:当接通电源,显示开机数据后,系统预热,大约 10 分钟。在此期 间冲洗清洁取样系统和执行诊断测试。当系统预热后,系统首先进入清洗循环,然 后交替执行 3 分钟的清洁循环和 1.5 分钟的检测循环。在检测循环过程中,控制阀 开启以使被检测气体进入传感器室。在检测循环结束时,控制阀关闭,取样系统被 注入空气以清洗系统。这样不断的重复,达到及时检测硫化氢的目的。

硫化氢 冲洗 清洗时间 传感器信号

2.5 ppm 2.5 ppm 01: 30 1.00

H2S 2.5 ppm Sampling 0.0 ppm Sample Tm 01:20 Snsr Signl 1.35
硫化氢 检测 检测时间 传感器信号 2.5 ppm 2.5 ppm 01: 30 1.00

H2S 2.5 ppm Purge 0.0 ppm Clear Tm 01:30 Snsr Signl 1.00

清洗循环过程

检测循环过程
图 1-4 硫化氢数据和信息显示

B. 数据显示 分析仪控制面板配液晶显示、背光灯、4 个 LED 报警灯和 3 个按钮开关。液晶 显示器显示硫化氢浓度和检测/清洗模式。3 个按钮开关用于执行传感器校验,报警 设置和系统重置。 3-1 是在检测和清洗循环过程中, 图 液晶显示器显示的数据信息。 C. 资料采集 目前我们通过对该仪器的消化吸收,通过对其进行的改造,已经可以利用专 用数据线,将监测到的硫化氢含量实时数据传入地面数据采集系统,实现了两套 系统的合并技术。利用数采系统,可以完成数据采集、储存、显示。 2.3 视频安全监控系统 地面测试流程涉及的设备多、流程较范围广、操作人员多,四川地区地形又是 山区和丘陵为主,地形环境造成观察受限,很不利于指挥人员现场指挥。采用视屏 监测技术,可使指挥人员能够在室内就能时时监控各个危险区域的情况,发生险情 及时指挥人员进行紧急处理; 也可以 撤出危险区域的监控人员, 保障人员 安全。 A. 工作原理 视频监控系统的一般过程是: 在 一些重要的区域安放一个或若干个 摄像头拍摄监控现场, 然后将视频信 号通过一定的传输网络(线缆、 无线、 光纤或以太网),传到指定的监控中

心,再通过存储设备,将媒体存储到存储介质上,同时还可以根据不同需
图 1-5 视频监视系统原理图

要和途径在现场安装其它的探测装置

作为监控系统的辅助设备(如图 1-5)。 B. 监测范围及内容 井口、出口等重点区域应进行重点监测,测试中主要监视以下内容: ? ? ? ? ? ? 点火时点火人员是否安全撤离; 出口火焰是否熄灭; 测试流程是否出现蹩跳、结霜; 测试流程区域是否有操作人员硫化氢中毒、受伤; 是否有老乡靠近危险区域; 因为该系统具有录像功能,如发生安全事故,摄像录取的资料可作为事故

分析的原始资料。 3、视屏监测系统安装 在龙岗现场试验中,目前一般安装两个摄像头,一个在井场外,主要监测出口 (点火口)和流量计区域;另一个在井场内,主要监测井场内流程区域。摄像头距 离地面高度不小于 3m。但我们的视频监测系统实际上还预留了视频接口,可以满足 不同的现场作业情况下,对视频监测点的不同需要。

摄像头

值班室 摄像头

井口

测试设备区域 流量计 燃烧池

图 1-5 地面测试视屏监测示意图

3、 结论及建议
一、在地面测试流程中增加这些具有先进科技水平的设备和系统,能提高测试 流程操控性、安全性,解决地面测试流程的一些监测和控制问题。 二、地面测试流程中应用的监测和控制系统还远远不够,在下步工作中我们将

不断的配套和完善,我们正在进行研发的监测和控制系统: 1、远程控制节流油嘴管汇系统 现在地面测试流程中使用的节流管汇在高压下节流管汇的阀门手动操作困难; 高压高含硫情况下作业人员近距离操作节流管汇也存在一定的安全风险,远程控制 节流油嘴管汇系统可以解决这些问题。 2、分离器自动控制系统 我们现在使用的国产两项分离器,控压、排气、排液和计量都是靠人工控制。 研发分离器自动控制系统,可实现测试过程中分离器自动控压、自动排液和自动计 量,大大提高分离器的安全性和自动化水平。 参考文献 [1] 李相方等.高温高压气井测试技术.石油工艺出版社.2007.09 [2] 胡坚等.科学试油系统工程.《油气井测试》编辑部出版.1992.09


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