滕立勇

(中油遼河油田分公司曙光采油廠 遼寧 盤錦 124010)

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·經(jīng)驗交流·

火驅(qū)采油尾氣在線監(jiān)測儀的試驗與應(yīng)用

滕立勇

(中油遼河油田分公司曙光采油廠 遼寧 盤錦 124010)

在火驅(qū)采油開發(fā)過程中，火驅(qū)生產(chǎn)井尾氣量會隨著生產(chǎn)時間的延長逐漸上升，并且尾氣成分復(fù)雜。監(jiān)測掌握尾氣中各組分的含量可有效判斷油層燃燒狀態(tài)，確保尾氣進入站內(nèi)氣系統(tǒng)的安全性，對保障火驅(qū)采油安全高效開發(fā)意義深遠。針對油田生產(chǎn)過程中采出氣監(jiān)測的現(xiàn)狀，開發(fā)設(shè)計了油井采出氣組分在線監(jiān)測報警系統(tǒng)，選用多氣體檢測傳感器，實時監(jiān)測尾氣中氮氣、氧氣、二氧化碳、甲烷四種氣體濃度值。由安裝在監(jiān)測點的有害氣體監(jiān)測儀輸出信號傳送至報警器，報警器通過內(nèi)部控制器的運算和邏輯判斷，發(fā)出聲光報警信號，把采集的氣體濃度值通過無線傳輸系統(tǒng)遠傳到值班室，實現(xiàn)對油井產(chǎn)出氣在線實時監(jiān)測。

火驅(qū)采油；尾氣含量；在線監(jiān)測儀

0 引 言

在火驅(qū)采油開發(fā)過程中，火驅(qū)生產(chǎn)井往往也作為排氣井，其尾氣量會隨著生產(chǎn)時間的延長逐漸上升[1]，火驅(qū)所產(chǎn)生的尾氣成分復(fù)雜，主要由氮氣、二氧化碳、甲烷、氧氣等多種氣體組成[2]，及時準(zhǔn)確地監(jiān)測掌握尾氣中各組分的含量可分析判斷油層燃燒狀態(tài)，指導(dǎo)火驅(qū)開發(fā)調(diào)控。此外，對含氧量的數(shù)據(jù)監(jiān)測可第一時間發(fā)現(xiàn)尾氣含氧超標(biāo)的油井，及時采取關(guān)井隔離等措施，避免超量氧氣隨尾氣進入采油站內(nèi)，影響整套地面集油集氣系統(tǒng)的安全[3]。在生產(chǎn)過程中對尾氣量的監(jiān)測主通常采用以下兩種方法：一是人工采集套管氣體，通過色譜儀進行人工測量分析，該方法缺點是采樣周期比較長，勞動強度高；二是采用便攜式有害氣體檢測儀，該方法缺點是只能定期人工檢測,不能適應(yīng)連續(xù)檢測的要求[4]。因此，將先進的自動化監(jiān)控技術(shù)引入到火驅(qū)采油中來，實現(xiàn)尾氣的實時自動監(jiān)測，對提高火驅(qū)采油的管理水平意義重大。

1 火驅(qū)采油尾氣在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

將火驅(qū)氣體組分在線監(jiān)測儀表安裝在油井尾氣支線和井組的尾氣干線上, 電磁閥安裝在取樣管上，可調(diào)節(jié)取樣氣流大小和取樣時間[5]。主儀器箱負責(zé)各個參數(shù)的原始數(shù)據(jù)收集, 主要包括O2、N2、CO2、CH4等氣體傳感器以及壓力和溫度等傳感器，傳感器可輸出信號包括4～20 mA模擬信號、開關(guān)量信號及用于現(xiàn)場總線的脈沖信號。數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊, 負責(zé)原始數(shù)據(jù)的信號發(fā)射和接收，顯示終端記錄原始數(shù)據(jù)并顯示數(shù)據(jù)。報警器通過內(nèi)部控制器的運算和邏輯判斷，發(fā)出聲光報警信號。該系統(tǒng)具有儀器安裝方便, 井場布線簡單, 微型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)占用井場面積小, 全數(shù)字信號傳輸, 系統(tǒng)測量參數(shù)多, 響應(yīng)快, 穩(wěn)定性好, 精度高, 維護方便等特點。

1.1 在線監(jiān)測工藝流程

由于火驅(qū)油井產(chǎn)生的多組分氣體含有雜質(zhì)、水分、油脂，并壓力比較高，在實際的使用過程中必須進行先期預(yù)處理。預(yù)處理過程包括：氣體降壓、氣體過濾、氣體脫水、氣體干燥、氣體取樣周期控制等，其工藝原理如圖1所示。

1-時控開關(guān)；2-電磁閥；3-氣水分離器；4-調(diào)壓閥；5-氣體過濾器；6-氣體干燥筒；7-氧氣傳感器；8-二氧化碳傳感器；9-氮氣傳感器；10-甲烷傳感器；圖1 在線監(jiān)測儀工藝流程圖

根據(jù)油井工況不同，通過“時控開關(guān)”設(shè)定系統(tǒng)每天監(jiān)測時間及次數(shù)；“時控開關(guān)”通過控制“電磁閥”開、關(guān)讓氣體進入監(jiān)測系統(tǒng)；氣體進入“氣水分離器”，分離氣體中的水份，水由“氣水分離器”的自動排水口排出，氣體進入“調(diào)壓閥”；系統(tǒng)通過“調(diào)壓閥”將氣體壓力降低至儀表所需要的壓力監(jiān)測之內(nèi)；氣體減壓后，經(jīng)過“氣體過濾器”過濾氣體中所含的雜質(zhì)；通過“氣體干燥筒”吸收氣體中未能完全分離的水份；經(jīng)過處理后的合格氣體通過“氧氣傳感器”、“二氧化碳傳感器”、“氮氣傳感器”、“甲烷傳感器”檢測油田氣中各氣體的含量。

在關(guān)鍵的氣體過濾器結(jié)構(gòu)上采用真空過濾精密過濾器及濾芯。其一級過濾器能除去大量的液體及3 μm以上固體微粒，達到最高殘留油分含量不大于5 mg/L，有少量的水分、灰塵和油霧。二級過濾器能濾除小至1 μm的液體及固體微粒，達到最高殘油分含量不大于0.5 mg/L，有微量水分、灰塵和油霧。主管路濾芯：內(nèi)外層防腐蝕保護多層玻璃纖維及微纖維，過濾大微粒，為下階段過濾復(fù)合纖維層進一步聚潔微油霧，外層緊附海綿網(wǎng)套去除0.01 μm或更大的固態(tài)及液態(tài)微粒，去除99.99%微油霧，油霧剩余含量小于0.01 mg/L。

1.2 檢測報警主機

火驅(qū)氣體組分在線監(jiān)測技術(shù)檢測報警主機可實現(xiàn)對一次儀表的實時監(jiān)測，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時傳送到監(jiān)控中心；實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測、超標(biāo)報警。無線數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)通過模擬信號接口、數(shù)字信號接口與氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、氮氣傳感器、甲烷傳感器等多種儀器連接，使得對一次儀表監(jiān)控更加方便快捷，滿足油井氣體在線實時監(jiān)測的要求。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 無線遠傳系統(tǒng)

無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用ZIGBEE無線方式，火驅(qū)氣體含量檢測傳感器采集到的模擬信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過433短距離無線通訊方式發(fā)送給“RTU”，并通過“RTU集中模塊”搜集多個“RTU”模塊數(shù)據(jù)，再通過“RTU集中模塊”內(nèi)的“Modbus通訊協(xié)議”傳輸?shù)介L距離無線中繼遠傳“2.4G無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊”，采油站通過“2.4G無線數(shù)據(jù)接收模塊”接收多個“2.4G無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊”數(shù)據(jù)，并通過“485通訊協(xié)議”傳輸?shù)健皵?shù)據(jù)處理中心”的監(jiān)控主機。

“主機”適時接收到井口儀表傳來的溫度、壓力信號，并適時顯示。通過需要設(shè)置溫度、壓力上、下線數(shù)值，達到超限報警的功能。

2 現(xiàn)場試驗情況

火驅(qū)采油尾氣在線監(jiān)測儀在遼河油田曙光采油廠先后試驗2套次，分別安裝在火驅(qū)單井尾氣管線和集氣主管線上。監(jiān)測時間設(shè)置為8開，即連續(xù)監(jiān)測1小時后，系統(tǒng)自動休整2小時。采樣周期為1次/分鐘。

從現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)來看(圖3)，該尾氣監(jiān)測儀和整套系統(tǒng)工作正常，可實現(xiàn)氣體組分濃度的連續(xù)實時監(jiān)測，試驗效果良好。

通過人工采集氣樣，用色譜儀化驗氣體濃度，并與監(jiān)測值進行對比。從對比情況(表1)來看，O2含量平均上升0.66%，N2含量平均上升3.2%，CO2含量平均上升0.3%，CH4含量平均上升1.08%，誤差在合理范圍內(nèi)，說明該尾氣監(jiān)測儀具有較高的準(zhǔn)確度，監(jiān)測效果良好。

圖3 某時段監(jiān)測數(shù)據(jù)

序號分析日期井 號取樣化驗值在線監(jiān)測值差異值O2N2CH4CO2O2N2CH4CO2O2N2CH4CO212014-2-1634脫硫塔1.9876.505.9515.102.8473.196.2017.770.86-3.310.252.6722014-3-1634脫硫塔3.4276.454.4414.952.9768.446.7121.88-0.45-8.012.276.9332014-2-1637脫硫塔2.6678.166.2612.722.0476.217.3514.40-0.62-1.951.091.6842014-2-1737脫硫塔1.4478.055.6014.622.0176.307.1414.560.57-1.751.54-0.0652014-3-1637脫硫塔0.9979.174.57151.8178.194.8115.190.82-0.980.240.19平均值0.663.21.082.3

4 結(jié) 論

火驅(qū)采油尾氣在線監(jiān)測儀可實現(xiàn)對氣體組分含量的實時監(jiān)測，且監(jiān)測數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確。尾氣在線監(jiān)測可以有效判斷油層燃燒狀態(tài)，提升火驅(qū)采油的管理水平，更重要的是該系統(tǒng)確保了尾氣進入站內(nèi)氣系統(tǒng)的安全性，對保障火驅(qū)采油安全高效開發(fā)意義深遠。

[1] 劉其成.火燒油層室內(nèi)實驗及驅(qū)油機理研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2011：60-77.

[2] 劉 巖.砂礫油層的引燃與燃燒特性的實驗研究[D].南京：東南大學(xué)，2003:10-15.

[3] 劉喜林. 難動用儲量開發(fā)稠油開采技術(shù)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社， 2005：75-98.

[4] 王 剛，黨曉利. 淺談可燃氣體檢測報警器管理及應(yīng)用[J].安全技術(shù)HSE，2006(6)：25-28.

[5] 吳孔寶.物理原理在氣體檢測中的應(yīng)用[J].物理，1994，23( 11) :685-690.

Test and Application of On-line Monitor for Oil Production Tail Gas

TENG Liyong

(ShuguangOilProductionPlantofLiaoheOilfieldCompany,Panjin,Liaoning124010，China)

In the development process of fire flooding, the tail gas production rate of the production well would gradually increase with time, and the tail gas composition is complex. Monitoring the content of the components in the tail gas can effectively determine the oil layer combustion state and make sure the safety of the exhaust gas into the gas system, which can ensure the safety and efficiency of oil displacement development. According to the present situation of oil production in the process of gas monitoring, the oil well producing gas group online monitoring and alarming system is developed, and the multiple gas detection sensors were selected to realize the real-time monitoring of tail gas of nitrogen, oxygen, carbon dioxide, methane four types of gas concentration value. The signal of harmful gas detected from the monitor is sent to the alarm, and the alarm make the judgment through the internal controller arithmetic and logical judgment to issue the audible and visual alarm. The acquisition of gas concentration values is sent to the duty room through the remote wireless transmission system to realize the online real-time monitoring of oil and gas production.

fire flooding; tail gas content; on-line monitor

滕立勇，男，1973年生，高級工程師，1995年畢業(yè)于西南石油學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事油田采油工藝技術(shù)研究與推廣工作。E-mail：luoenyong@petrochina.com.cn

TE357

A

2096-0077(2016)05-0063-03

2016-02-01 編輯：屈憶欣)