火驅采油尾氣在線監測儀的試驗與應用

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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火驅采油尾氣在線監測儀的試驗與應用

滕立勇

(中油遼河油田分公司曙光采油廠 遼寧 盤錦 124010)

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

火驅采油；尾氣含量；在線監測儀

0 引 言

在火驅采油開發過程中，火驅生產井往往也作為排氣井，其尾氣量會隨著生產時間的延長逐漸上升[1]，火驅所產生的尾氣成分復雜，主要由氮氣、二氧化碳、甲烷、氧氣等多種氣體組成[2]，及時準確地監測掌握尾氣中各組分的含量可分析判斷油層燃燒狀態，指導火驅開發調控。此外，對含氧量的數據監測可第一時間發現尾氣含氧超標的油井，及時采取關井隔離等措施，避免超量氧氣隨尾氣進入采油站內，影響整套地面集油集氣系統的安全[3]。在生產過程中對尾氣量的監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,不能適應連續檢測的要求[4]。因此，將先進的自動化監控技術引入到火驅采油中來，實現尾氣的實時自動監測，對提高火驅采油的管理水平意義重大。

1 火驅采油尾氣在線監測系統設計

將火驅氣體組分在線監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，可調節取樣氣流大小和取樣時間[5]。主儀器箱負責各個參數的原始數據收集, 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、開關量信號及用于現場總線的脈沖信號。數據發射與接收模塊, 負責原始數據的信號發射和接收，顯示終端記錄原始數據并顯示數據。報警器通過內部控制器的運算和邏輯判斷，發出聲光報警信號。該系統具有儀器安裝方便, 井場布線簡單, 微型數據采集系統占用井場面積小, 全數字信號傳輸, 系統測量參數多, 響應快, 穩定性好, 精度高, 維護方便等特點。

1.1 在線監測工藝流程

由于火驅油井產生的多組分氣體含有雜質、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處理。預處理過程包括：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；2-電磁閥；3-氣水分離器；4-調壓閥；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 在線監測儀工藝流程圖

根據油井工況不同，通過“時控開關”設定系統每天監測時間及次數；“時控開關”通過控制“電磁閥”開、關讓氣體進入監測系統；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“調壓閥”；系統通過“調壓閥”將氣體壓力降低至儀表所需要的壓力監測之內；氣體減壓后，經過“氣體過濾器”過濾氣體中所含的雜質；通過“氣體干燥筒”吸收氣體中未能完全分離的水份；經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。

在關鍵的氣體過濾器結構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，為下階段過濾復合纖維層進一步聚潔微油霧，外層緊附海綿網套去除0.01 μm或更大的固態及液態微粒，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

火驅氣體組分在線監測技術檢測報警主機可實現對一次儀表的實時監測，通過傳輸網絡將監測數據及時傳送到監控中心；實現遠程實時監測、超標報警。無線數據采集傳輸系統通過模擬信號接口、數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，使得對一次儀表監控更加方便快捷，滿足油井氣體在線實時監測的要求。現場數據采集終端結構如圖2所示。

圖2 現場數據采集終端結構示意圖

1.3 無線遠傳系統

無線數據傳輸技術根據現場實際情況，采用ZIGBEE無線方式，火驅氣體含量檢測傳感器采集到的模擬信號通過數模轉換為數字信號，通過433短距離無線通訊方式發送給“RTU”，并通過“RTU集中模塊”搜集多個“RTU”模塊數據，再通過“RTU集中模塊”內的“Modbus通訊協議”傳輸到長距離無線中繼遠傳“2.4G無線數據發送模塊”，采油站通過“2.4G無線數據接收模塊”接收多個“2.4G無線數據發送模塊”數據，并通過“485通訊協議”傳輸到“數據處理中心”的監控主機。

“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。通過需要設置溫度、壓力上、下線數值，達到超限報警的功能。

2 現場試驗情況

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

從現場試驗數據來看(圖3)，該尾氣監測儀和整套系統工作正常，可實現氣體組分濃度的連續實時監測，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，說明該尾氣監測儀具有較高的準確度，監測效果良好。

圖3 某時段監測數據

序號分析日期井 號取樣化驗值在線監測值差異值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 論

火驅采油尾氣在線監測儀可實現對氣體組分含量的實時監測，且監測數據較準確。尾氣在線監測可以有效判斷油層燃燒狀態，提升火驅采油的管理水平，更重要的是該系統確保了尾氣進入站內氣系統的安全性，對保障火驅采油安全高效開發意義深遠。

[1] 劉其成.火燒油層室內實驗及驅油機理研究[D].大慶：東北石油大學，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，2003:10-15.

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

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

[5] 吳孔寶.物理原理在氣體檢測中的應用[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年畢業于西南石油學院石油工程專業，現從事油田采油工藝技術研究與推廣工作。E-mail：luoenyong@petrochina.com.cn

TE357

A

2096-0077(2016)05-0063-03

2016-02-01 編輯：屈憶欣)