Y型閥組氣囊法油氣井集氣裝置的研制及應用

趙東波　劉文朝　高恒立　周艷春

關鍵詞：腐蝕;污染;濃度;費用;中毒

1 摘要

目前，冀東油田陸上油田作業區生產油井大部分產出有毒氣體硫化氫，硫化氫氣體有較強的腐蝕性，油井管柱、地面流程、計量設備因腐蝕穿孔造成污染事故頻繁發生。為進一步研究硫化氫產生原因及形成機理，作業區地質部門需要匯總分析大量井口產出端硫化氫氣體濃度數據，但經多次深入井區調研發現目前采油工檢測油井井口硫化氫濃度方法是通過油管取樣閥門將氣液混合體引入敞口的空桶內，多功能氣體檢測儀檢測管探入空桶內測取數值，存在以下問題：

1.1敞口容器內硫化氫氣體外泄風險大，增加中毒風險。

1.2檢測的硫化氫氣體被空氣所稀釋，測取的濃度數值不準確。

1.3針對油管（取樣閥門處）取出流體：被檢測的氣體混合在液體中沒有被分離，氣液混合體直接進入儀器內使傳感器充油、充水失效，且產生傳感器維修的高額費用。

1.4目前作業區委托外委化驗部門，2018年作業區井口氣體濃度單井單次約0.13萬元，作業區每季度需要檢測井口硫化氫濃度1200口井次，年檢測高達4800井次，支出年檢測費高達600萬元。

2 分析原因及對策

2.1分析改變取氣樣位置：

根據油氣水在管線中流動的分布狀態，氣體重度小于液體重度，氣體浮在并聚集在管線頂部位置，向集輸管線下游運移;液體重度大，存留在管線中下部位置，形成一種層流流動狀態向集輸管線下游運移。

基于上述流體流動狀態分析過程，井口回壓表位置處于管線頂端，是天然氣聚集流動通道，是較為理想的取氣樣位置，而油管取樣閥門位置處于管線中部，中部取出樣多數是液體，無法進行氣體濃度檢測施工。

2.2優選取氣樣閥門

借鑒生活中案例一：汽車輪胎如果被針狀物刺破，輪胎內氣體會沿針孔間隙緩慢外泄。

借鑒醫學中案例二：腦出血患者病發時腦內顱壓高，需要頭顱做穿刺引流，將腦室內液體通過細針緩慢排出，降低顱壓，防止其他血管再次爆裂。

通過以上生活中的典型案例，如果想從流動的油氣水管線中取到新鮮的、沒有液體的氣樣，需要增設微調針形閥，其設想目的是，通過緩慢控制針形閥開啟程度，使頂部流動的氣體平穩取出，避免管線內外壓差過大導致的液體噴出的現象。

2.3集氣裝置的選擇

如果選擇容器類，硫化氫對金屬材料有較強的吸附性，多口井進行連續測試時，上口井容器內測試完存留的硫化氫勢必對下口井的測試數值產生誤差影響。搜索專利-《一種采油井硫化氫檢測工具》，專利號201520084127.6，其實用新型專利公開了一種集氣金屬箱體，箱體內壁、擋板及分離傘，測試單井過程中吸附大量硫化氫氣體，金屬容器清洗極為困難，該裝置在現場實踐過程中對下口井硫化氫數值的測取存在極大的誤差。

通過相關數據、相關專利網站查詢，集氣裝置如果選擇容器類，容器內存留污染氣體多，摻雜空氣多，測試完清洗工作量極大，操作時間長，不利于基層現場及時測取硫化氫數值分析。因此集氣裝置優選透明氣囊，氣囊有較強的伸縮膨脹性，可儲存天然氣，氣囊內檢測處于密閉空間，數值準確度高，氣體沒有外泄，對空氣沒有污染，是理想的集氣裝置。

3 工作原理及設計思路

針對以上問題，提出創新目的，即能夠在密閉空間內測取油井產出端天然氣中硫化氫濃度值，操作簡便，節約成本，測取的數值不被空氣稀釋，提高崗位員工操作安全性和數值的準確性，為硫化氫井防控措施及產生原因提供準確數值。

原理：根據油氣水在管線中存在重度差，運移的流體流動狀態呈現以下規律：液體重度大，存留管線中低部位并向下游運移;氣體重度小，沿管線頂、高部位聚集并向下游運移。優選取氣樣位置，位于井口回壓表立管處（集油管線頂部），通過一級控制閥、微調針形閥控制閥門開啟度，先將油井產出的部分氣體緩慢引入透明氣囊內，再將氣囊內被檢測的氣體通過集氣閥、測氣閥引入多功能氣體檢測儀內進行密閉、精準測試數值。

前期對集氣裝置空桶、金屬箱體進行實驗并論證，問題是敞口箱體內測試前處于空氣充滿狀態，測試濃度被空氣所稀釋，效果不佳;后期優選普通氣球，在現場實驗過程中，發現普通氣球厚度僅有0.3mm，在集氣過程中膨脹體積僅有150ml，氣球易爆破，且不能滿足常用梅思安氣體檢測儀（型號天鷹4XR）泵吸入量需求。針對以上存在問題，經和氣球制作廠家溝通，將普通氣球設計成厚度為2mm，膨脹爆破直徑為500mm（體積0.0654m3）的加厚氣囊來滿足安全測試需求，經過氣筒打壓試驗，充氣直徑高達550mm爆破，而現場測試泵需求吸入量僅為0.0001 m3（100ml），足夠滿足測試泵吸入量需求。

4 技術創新點

4.1改變原取樣位置，由管段中部的橫管取樣口，變為壓力表閥處立管取樣口，即管線高端頂部取氣特點;優點：立管直接取氣樣測試，不用氣液分離，減少油污工業垃圾處理的費用和工作量。

4.2采用密閉透明氣囊作為集氣裝置，中毒風險低，不被空氣稀釋，測取數值更為準確。

4.3巧妙設計Y型閥組結構，可實現集氣、測氣的需求。

4.4增設的微調針形閥當閥門開啟狀態，閥芯間隙2-5mm內自由調節，實現微小孔徑直接取氣的目的。

該方法簡單實用、價格低廉，在油田范圍內采油樹井口、輸送油氣管道等需要檢測硫化氫及其他氣體濃度的位置均可使用。

5 經濟效益

陸上油田作業區產出硫化氫氣體的油井目前大范圍存在，現作業區要求1200口生產油井每季度詳細調查一次，每年約測試4800井次，資料將在井下作業、油氣集輸、采油管理中得到廣泛應用。作業區委托外委化驗檢測，單井單次費用約1300元，氣囊和尼龍扎帶單次成本只需0.25元，成本極低，2018年陸上作業區全年油井檢測達4800井次，發生費用約600萬元，采用本裝置及方法，年投入產出比8.1，實現了低投入高回報的經濟效益。

6 結束語

該創新裝置的發明屬于組合型，零件采購低廉，拼組簡單，投入成本低廉，使用方便，完全實現密閉空間內井口氣體濃度的精準測試，年節約外委測試濃度費用百萬元，具有良好的經濟效益。

作者簡介：趙東波，本科，中國石油大學華東石油開采專業，冀東油田陸上油田作業區，高級技師，從事基層采油工作。