高壓氣井環(huán)空帶壓自動(dòng)控制裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

陳澤群

摘要：天然氣開發(fā)過程中，鉆井完井時(shí)，為了分隔各種地質(zhì)層系以避免因?yàn)榈貙訅毫Φ牟町惗鴮?dǎo)致井壁坍塌或者管柱的破壞。因而有必要加入一層或多層套管固井，為填充這一局部空白環(huán)空區(qū)域以及避免因壓差以及由H₂0和Co等酸性氣體的侵蝕，各層套管之間加注環(huán)空保護(hù)液，在環(huán)空保護(hù)液所處的環(huán)空空間即各層套管之間的環(huán)形空間的壓力即為環(huán)空壓力。筆者通過查閱大量文獻(xiàn)資料分析，基于現(xiàn)有的理論，自行設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)化液壓補(bǔ)壓裝置，從而代替人工操作，實(shí)現(xiàn)及時(shí)的補(bǔ)泄壓，并總結(jié)出了高壓氣井油套環(huán)空帶模擬技術(shù)四大優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：高壓氣井環(huán)空;帶壓自動(dòng)控制裝置;設(shè)計(jì)應(yīng)用;優(yōu)點(diǎn)分析

1 裝置創(chuàng)新性及應(yīng)用前景預(yù)測(cè)

1.1作品創(chuàng)新性

（1）自動(dòng)化控制

本產(chǎn)品用PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)空壓力，及時(shí)的補(bǔ)泄壓，準(zhǔn)確安全的控制環(huán)空內(nèi)壓力維持在安全范圍內(nèi)，避免因補(bǔ)壓泄壓不及時(shí)所產(chǎn)生的安全事故。環(huán)空壓力變化時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)壓及泄壓，代替人工操作，避免操作人員接近高壓井口，保障操作人員生命安全。

（2）綠色環(huán)保

采用新型的放噴燃燒頭，不僅過濾掉井內(nèi)的H₂S等有害氣體，而且采用新型結(jié)構(gòu)，先使井內(nèi)可燃?xì)怏w與補(bǔ)充的空氣充分混合，然后再點(diǎn)燃混合后的氣體，大大提高了可燃?xì)怏w的燃燒效率，降低了最后排出氣體有害性。

（3）危險(xiǎn)預(yù)警處理系統(tǒng)

全部的設(shè)備放置在保護(hù)房?jī)?nèi)，保護(hù)房?jī)?nèi)安裝有溫度檢測(cè)儀和可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)儀以及報(bào)警器。溫度檢測(cè)儀用于檢測(cè)保護(hù)房的溫度值，并生成溫度信號(hào)，并將溫度信號(hào)發(fā)給控制器，控制器收到溫度信號(hào)將該信號(hào)與預(yù)設(shè)的保護(hù)房最高上限溫度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)溫度值大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，打開排氣扇，進(jìn)行散熱。在可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)中，由于安裝裝配過程可能存在間隙，或者存在零件破裂失效等問題會(huì)導(dǎo)致油氣泄露，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致爆炸，因此在保護(hù)房?jī)?nèi)設(shè)有可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)設(shè)備，可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)設(shè)備用于檢測(cè)保護(hù)房的可燃?xì)怏w濃度，并生成可燃?xì)怏w濃度信號(hào)，并將可燃?xì)怏w濃度信號(hào)發(fā)給控制器，控制器收到可燃?xì)怏w濃度信號(hào)將該信號(hào)與預(yù)設(shè)的保護(hù)房最高上限可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度值大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，打開放噴燃燒頭，將氣體燃燒掉。

2 高壓氣井環(huán)空壓力系統(tǒng)總體裝置的設(shè)計(jì)及校核

01：120Mpa防爆型高壓截止閥;02：120Mpa防爆型壓力傳感器;

03：120Mpa防爆型電動(dòng)截止閥;04：先導(dǎo)型減壓閥;05：密封式油箱;06：放噴燃燒頭

2.1 裝置運(yùn)行原理

如圖，壓力傳感器將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣井環(huán)空內(nèi)的壓力，并將壓力信號(hào)傳到控制器?？刂破鲗毫π盘?hào)與預(yù)設(shè)的壓力相比較，在壓力超過預(yù)設(shè)的壓力值時(shí)向電動(dòng)截止閥發(fā)出信號(hào);防爆型電動(dòng)截止閥在正常狀態(tài)下保持關(guān)閉，在接收到控制器發(fā)出的信號(hào)后開啟，直到環(huán)空內(nèi)的壓力將至預(yù)定的壓力范圍，電磁閥關(guān)閉。04為先導(dǎo)型減壓閥，主要是將進(jìn)入管道內(nèi)超高壓流體降至穩(wěn)定的低壓流體，從而降低液體對(duì)油箱的沖擊;油箱將接收來自環(huán)空內(nèi)的氣液混合流體，并將氣體從流體中分離，通過上端的管道進(jìn)入放噴燃燒頭內(nèi)。放噴燃燒頭能夠?qū)⒖諝夂涂扇夹缘臍怏w混合，并控制空氣和可燃性氣體的比例，使其保持一個(gè)最佳的燃燒混合比例，通過出口點(diǎn)火裝置的不斷放電使其充分燃燒。常開型高壓截止閥在正常工作是保持常開狀態(tài)，作為電動(dòng)截止閥的補(bǔ)充閥門，在電動(dòng)截止閥停止工作時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)開閉環(huán)空泄壓裝置。

2.2 裝置設(shè)計(jì)特點(diǎn)

全部的設(shè)備放置在保護(hù)房?jī)?nèi)，保護(hù)房?jī)?nèi)安裝有，溫度檢測(cè)儀和可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)儀以及報(bào)警器，作用過程如下：

溫度檢測(cè)：溫度檢測(cè)儀用于檢測(cè)保護(hù)房的溫度值，并生成溫度信號(hào)，并將溫度信號(hào)發(fā)給控制器，控制器收到溫度信號(hào)將該信號(hào)與預(yù)設(shè)的保護(hù)房最高上限溫度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)溫度值大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，打開保護(hù)房?jī)?nèi)的排氣扇進(jìn)行散熱。以保證整體的增壓設(shè)備穩(wěn)定良好運(yùn)行。

液位報(bào)警機(jī)構(gòu)：油箱內(nèi)安裝有液位報(bào)警設(shè)備，當(dāng)油箱油液低于限定范圍時(shí)，會(huì)將生成報(bào)警信號(hào)，并將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到控制器，控制器將控制報(bào)警器報(bào)警，并限制電機(jī)啟動(dòng)。以保證整體的增壓設(shè)備穩(wěn)定良好運(yùn)行。

2.3 裝置設(shè)計(jì)思路

裝置包含主控制單元PLC控制器，主工作單元，包括壓力傳感器，電磁閥，電機(jī)，液壓泵，以及設(shè)備維護(hù)單元，包括：液位報(bào)警系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，可燃?xì)怏w控制系統(tǒng)等，現(xiàn)對(duì)主要控制單元進(jìn)行解釋。

主控制單元：當(dāng)環(huán)空壓力使壓力傳感器被觸發(fā)，并生成壓力信號(hào)，壓力信號(hào)傳導(dǎo)得到PLC控制器，PLC控制器對(duì)壓力信號(hào)與預(yù)設(shè)的值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)壓力小于預(yù)設(shè)值時(shí)。PLC控制器控制電磁閥打開，并且打開電機(jī)，斜盤式軸向柱塞泵產(chǎn)生高壓環(huán)空保護(hù)液，經(jīng)過高壓油管進(jìn)入環(huán)空空間進(jìn)行補(bǔ)壓。

油箱液位保護(hù)單元：當(dāng)油箱液位達(dá)到預(yù)設(shè)的危險(xiǎn)液位時(shí)，液位傳感器會(huì)生成液位信號(hào)，并發(fā)往PLC控制器，控制器啟動(dòng)報(bào)警器，并制動(dòng)馬達(dá)。

溫度控制單元：由于設(shè)備的環(huán)境需要維持一定的溫度值范圍，當(dāng)溫度過高，會(huì)觸發(fā)溫度傳感器，生產(chǎn)溫度信號(hào)，并發(fā)送到PLC控制器，PLC控制器啟動(dòng)排熱扇，對(duì)設(shè)備降溫。當(dāng)溫度過低，會(huì)觸發(fā)溫度傳感器，生產(chǎn)溫度信號(hào)，并發(fā)送到PLC控制器，PLC控制器啟動(dòng)加熱器，對(duì)設(shè)備增溫。

氣體控制單元：由于存在天然氣的泄漏問題，需要及時(shí)對(duì)可燃?xì)怏w進(jìn)行處理，當(dāng)可燃?xì)怏w傳感器觸發(fā)，并啟動(dòng)報(bào)警器。

3 結(jié)論

通過以上研究我們總結(jié)出了高壓氣井油套環(huán)空帶模擬技術(shù)四大優(yōu)勢(shì)：

（1）能實(shí)時(shí)監(jiān)控四個(gè)環(huán)空的環(huán)空壓力，消除其他裝置中因無法監(jiān)測(cè)全部環(huán)空造成的安全隱患。

（2）安裝手動(dòng)截止閥作為備用閥，防止在緊急情況下電動(dòng)截止閥出現(xiàn)故障造成安全事故。安裝有減壓閥，保證氣井內(nèi)高壓流體不會(huì)直接跟儲(chǔ)油罐接通對(duì)儲(chǔ)油罐造成損害。

（3）為保護(hù)儲(chǔ)油罐，在儲(chǔ)油罐上方裝有進(jìn)氣裝置，用于將油罐內(nèi)的有害腐蝕性氣體排出，保護(hù)儲(chǔ)油罐內(nèi)部設(shè)施。

（4）密封的油箱能存儲(chǔ)從環(huán)空內(nèi)溢出的環(huán)空保護(hù)液，同時(shí)作為氣液分離器將含硫有害的可燃?xì)怏w分離出來，將其引入放噴燃燒頭點(diǎn)火燃燒。設(shè)有燃燒頭，可將氣井環(huán)空內(nèi)的有害可燃性氣體通過燃燒的方式去除，減輕對(duì)環(huán)境的危害;同時(shí)無需設(shè)置特殊裝置運(yùn)送有害氣體，降低成本。

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