安全監控技術在高壓油氣井地面測試中的應用分析

【摘? 要】隨著經濟社會的快速發展，石油和天然氣銷售市場逐漸擴大，對石油和天然氣的開發設計有了更多的規定，石油和天然氣開發設計規范不斷完善。高壓油氣井的設計對于石油和天然氣的開發尤為重要，但同時也存在一定的隱患和不足。論文對此進行了研究，分析了監測系統集成技術在高壓油氣井路面測試中的使用價值，致力于提高監測系統的質量。

【關鍵詞】安全監控技術;高壓油氣井地面測試;應用

【中圖分類號】TE27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2022）03-0194-03

1 引言

在高壓油氣井地面測試中，安全監控系統的技術應用是降低風險和人員傷亡概率。由于采用了這一技術，許多油氣田不僅大大提高了勞動效率，還合理避免了安全事故。高壓油氣井地面安全監測系統不僅可以對地面的工況進行實時監測，還能在地面出現異常現象時進行及時反饋，在地面處采取防護措施。本文對該技術的基本原理進行分析，以便進一步了解和掌握該技術的運行模式和應用效果。

2 安全監測技術

在高壓油氣井進行地面測試的情況下，安全監控系統可以通過自動采集井口參數、自動控制井口、預警信息以及視頻監視四大職能，即時高效地記錄各種數據信息，并對有關設備條件及井口的構造情況進行全面的研究，以便針對異常情況快速制定解決安全事故的相關對策，可以合理降低安全事故的發生率，保障人員的生命安全。為保證這一職能的實現，必須規范相關的有害物質、油量的制造和出售，并處理各種不正常的狀況[1]。

3 常規間隔式測試方法

根據生產加工情況，油氣井必須在規定的時間內進行測試。在進行測試前，需要把壓力表放在指定位置，從而獲取測試工作時井內的壓力和溫度數據信息。工作完成后，壓力計將顯示準確的數值。這種方法的優點是一次測試工作的成本較低，但無法獲得長期連續的壓力和溫度數據信息。在此期間，使用的測壓儀是晶石或石英石電子器件壓力計，其壓力測量范圍在105 MPa左右，不能滿足高壓井的測試要求。

現階段常用的測試和處理技術有3種：

①鋼絲吊放存放式。先編寫電子設備壓力計程序再接通電源，選擇鋼絲機械設備將壓力計放入目標層，試驗完成后，用鋼絲將壓力計從井中拉出，在路面上查看壓力和溫度數據信息。

②鋼絲拋撈儲放式。將電子裝置壓力計編程后，接通電源，將鋼絲放入目標層系統，松開測壓儀，取出金屬絲。測試完成后，用鋼絲專用工具夾住壓力計，檢查地表氣壓及氣溫資料。

③電纜線路啟放直讀式。將電子裝置壓力計與單芯電纜連接，用提升機將其送入井內目標地層，為礦井壓力計分配電源，并立即將測試數據信息通過電纜傳送到地面上，測試完成后取下壓力計[2]。

4 高壓油氣井地面測試可靠性設計

4.1 高壓油氣井定義

該行業尚未確定高壓油氣井的定義。在國外，一般認為地質構造壓力值超過155 MPa、地質構造溫度高于210 ℃的井為高壓油氣井。國內對壓力的定義與國外相同，溫度超過170 ℃就可以稱為高壓油氣井。綜上所述，高壓油氣井大多位于地質構造壓力高的地區，必須保證試驗時的油壓較低，才能使該結構在壓力差作用下產砂。如果地質構造被破壞，還會危及地層的條件，導致井下專用工具和管柱被破壞，甚至地面管線被破壞，從而造成巨大財產損失。

4.2 高壓油氣井地面測試可靠性設計標準

對于高壓油氣井，高壓油氣井地面測試設計方案的改進標準必須以所有試驗系統軟件為基礎，并充分考慮試驗加工工藝、試驗機械設備和測試方法的影響。測試人員必須充分掌握測試項目的地質環境狀態參數和工作條件的主要參數，如環境濕度、液體濃度值、排氣量、井室壓力等。創建防水套管和礦井專用工具的數據信息，基本明確礦井專用工具及其管柱結構。對專用試驗工具和試驗管柱進行相應的結構力學分析和抗壓強度評價。再次改進運行要求，然后進行分析評估，直到能有效滿足具體工程建設要求為止[3]。

4.3 高壓油氣試井地面測試流程設計方案

優化高溫高壓油氣井地面測試流程的設計，是一項非常復雜而又系統的工程，操作轉向管交匯處的各路閘閥，可形成3個流動通道，即測試求產、井液回收以及放噴排液。這3個流程中，放噴排液流程是調節油嘴和固定油嘴相結合。這兩款油嘴可根據替換方式合理控制管內壓差，降低因壓力過大造成的沖蝕風險。測試求產流程主要由三相分離器、油壓緩沖器、計量罐、熱交換器，三相分離器與熱交換器串聯，使計量罐和緩沖罐鏈接三相分離器中，可以對水、氣、油三種化學物質的分離進行準確的測量和驗證。節流管中流過的液體，可以通過利用熱交換器的加熱功能進行處理，可有效減少水合物的產生，并通過三相分離器將天然氣送入點火口，進行燃燒處理。這種處理方法，可以合理處理天然氣中的有害易燃氣體。在一定程度上，減少了對自然環境的污染，使施工作業更加綠色化。同時，油和地層水可以根據不同的管道輸送到計量罐，以進行精確的計量校驗。高壓油氣井地面測試的主要流程，是根據ESD系統，快速關閉上下游高壓安全通道，不僅可以有效保障工程機械設備及施工人員的安全，也不會影響到后期工作的開展。通過地面測試流程，對壓井液進行回收，并盡可能地避免資源的浪費。

5 高壓油氣井地面測試工作中的難點

為完善高壓油氣井地面測試設計方案，施工企業必須充分把握高壓油氣井測試存在的一些問題。

5.1 井底壓力較大

由于油氣井底層埋藏較深，甚至有些底層的壓力系數為2.3，壓力往往高于100 MPa。在這樣的高壓工作環境下，專用檢測工具和管柱的承載能力嚴重超標，使得地質結構檢測的實際操作難度越來越大，地面測試存在安全隱患。如果施工隊在具體的測試工作中稍有不注意，就有可能發現明顯的工程施工安全生產事故[4]。

5.2 測試工藝的質量問題

這方面的問題具體體現在測試設備和測試處理技術兩個層面。在測試設備層面，主要是壓力計的測試精度較低，很容易在持續時間點獲得相同的壓力數據信息，這在壓力測試數據圖表中體現為水平線。在進行試井時，最好將壓力計投入穩定生產一段時間，然后關井，并做測量。但在具體測試中，經常會出現關井后放入一段時間的壓力計，缺少放入前的壓力數據信息，而這條數據信息恰好是試井演示中最重要的信息內容。

5.3 井底溫度較高與高壓油氣井自身結構復雜

由于油氣井底部的溫度較高，因此對礦井記錄電子裝置的測試工具和壓力計來說，是一個關鍵的測試。當井下溫度高于測試工具時，非常容易使測試工具中的金屬、橡膠制品及其電子元件造成不同程度的損壞。

由于油氣井的地下生產層埋藏較深，對鉆孔所需的鉆頭要求較高。在實際工作過程中，施工隊必須根據施工現場的具體情況選擇鉆頭。防水套管、喇叭口這些特有的井身結構經常遇到，對試驗項目的建設造成非常惡劣的影響，也會增加操作的難度系數。

5.4 油氣藏儲層特性的復雜性

試井解釋了一個主要問題是通過整合地質構造信息內容，來獲得準確的儲層信息內容。但在具體試井呈現過程中，不同的試壓數據信息很可能出現相似的雙對數圖，從而導致試井解釋的多解性增大。因此，充分掌握儲層地質結構，準確選擇實體模型，是開展油氣井試井解釋、獲得準確儲層參數的基礎。

5.5 高壓油氣井含有大量有害氣體

油氣井下氣藏中含有大量腐蝕性氣體硫化氫，這種氣體對試驗所用井內的測試管柱、專用測試工具等，有很強的腐蝕性，容易造成測試管柱漏氣甚至斷裂。如果測試人員不重視，不合理的操作可能會導致測試人員中毒。這對測試人員的人身安全造成了很大程度的危害，同時也給測試工作造成了很大程度的混亂[5]。

5.6 井況及生產歷史的復雜性

除了儲層地質結構的復雜性外，井況引起的井儲效應變化和目標井的整體生產歷史，也將被選為試井解釋的多解性。例如，具有可變流量歷史時間的井和具有流量歷史時間的井，將獲得不同的表示結果。又如，關井前的生產時間比實際時間短，本應處于水平的壓力導數函數將變為向上的壓力導數，如果關井前的生產時間比實際時間長，則將本應處于水平的壓力導數函數變為向下的壓力導數。因此，對單井生產歷史的把握也將引導我們更快、更強地開展油氣井試井解釋，并獲取儲層參數。由于該因素的影響，我國油氣田測試資料表達率低，很多重要信息內容沒有表達出來，試井曲線現狀分析困難，專業知識普及薄弱，測井資料即使表達出來，仍無法建立和合理使用。

6 安全監控技術在高壓油氣井地面測試中的應用

6.1 流量、壓力和溫度檢測以及有害氣體檢測

近年來，世界各國頻頻發生礦山作業有害物質中毒安全事故，給社會發展和企業造成嚴重損失。無論是硫化氫中毒還是一氧化碳中毒，都會對身體造成很大的傷害。如果出現中度至重度中毒，很可能導致死亡。保護和檢查至關重要。所以安全監測技術除了對總流量、壓力和溫度的檢測，還包括對有害氣體的檢測，一般包括硫化氫、二氧化碳、可燃氣體等。根據在可能發生氣體泄漏的部位安裝移動式可燃氣體檢測攝像頭，收集到的數據通過無線傳輸，可以識別有害氣體物質的濃度值和傳播發展，并進行報警。當氣體按管道進入在線監測系統時，可立即指示氣體的成分，并根據在線監測完成連續檢測。在溫度、壓力、流量監測系統的軟件組成中，檢測器主要放置在蒸汽流量計、節流閥管匯、油井、分離設備、換熱器等處。即時傳輸數據，然后進行分析和制作。如果檢測到流量、壓力、溫度、額定值等主要參數有誤，報警裝置會發出報警并迅速響應，防止發生事故。

6.2 光纖傳感技術檢測

光纖傳感技術是一種依靠數據信號識別和檢測外部信息的新型傳感技術。因此，在油氣生產過程中具有很大的優勢，可以考慮現階段對油氣檢測的規定，為數字化油田的基礎建設提供可靠的數據和信息。根據傳感器的分類，光纖傳感技術可分為分布式光纖傳感技術和點測光纖傳感技術，可完成對溫度、工作壓力等參數的檢測。根據上述參數的擴展，光纖傳感技術可以完成燃氣管道泄漏檢測、燃氣管道第三方損壞檢測、礦井溫度和工作壓力檢測、套管應變力檢測、導管架服務平臺結構安全檢測、變配電機械設備安全測試、儲罐結構安全測試、門吊結構安全測試、智能井生產制造測試、人力提升系統軟件測試、水壓裂測試、稠油熱采溫度監測、浮管安全測試等[6]。

6.3 永久壓力監測系統

永久壓力監測系統可連續監測油氣井壓力和溫度，可用于油氣井生產制造動態變化、試井分析、油氣藏數值模擬等，從而提高工作的效率以及防止表面出砂，主要特點是：

第一，具有長期工作的可靠性。太陽能供配電系統能保證系統持續可靠運行。集成電路設計選用集成電路工藝，抗震等級強，抗干擾能力強;選用現階段的液位傳感器技術和電源電路技術，連續檢測時間可達10年以上，工作可靠性和穩定性高。

第二，適用于高壓井的檢測。電子壓力計最高工作壓力等級可達25 kPsi，連續工作時間10年以上，適用于高溫、高壓、高腐蝕等極端惡劣井況。

第三，多層壓力連續實時監測。PDMS永久壓力探測系統不僅可以完成單面工作壓力檢測，還可以完成單井多層位井下數據信息的同步與實時監測。

此外，可以選擇檢測脫筒外部套管內的壓力或脫筒內部結構油管的壓力。

6.4 數據視頻監控系統

在高壓油氣井的地面檢查中，視頻監控是最有效的監管方式，可即時展現施工現場及周邊環境的動態直播，減少人員在風險區域的調度，節省人力資源管理，合理規避員工操作風險，數據視頻監控系統可完成遠程控制、實時監管和現場針對性指導，減少因操作失誤導致的安全生產事故。采用數字化信息檢測工具和幾何圖形進行遙控傳輸、報警、快速查找等，使得監控系統的集成越來越具有技術性，有利于異常現象的及時處理、即時報告，使其能夠合理解決。數據視頻監控系統可以完成實時監控系統、遠程控制傳輸和快速搜索等功能，合理提高現場監管和針對性指導的效率，降低工作人員的信用風險[7]。

7 結論

總的來說，通過對安全監測技術的深入分析可以發現，監測系統在高壓油氣井地面安全檢測中的技術應用，具有明顯的實用價值和經濟效益。實踐經驗證明，該技術已應用于多個油氣田，取得了預期的實際效果。此外，安全監管技術合理解決實際操作人員缺乏經驗和懶惰造成的疏忽問題，并能夠快速可靠地解決異常情況，大大降低安全風險。

【參考文獻】

【1】劉軍榮.高溫高壓油氣井射孔作業中風險管理的應用探究[J].化工設計通訊，2020，46（05）：256-257.

【2】徐慶祥，王玉忠，姜有才，等.連續油管清蠟技術在高壓油氣井的應用[J].石油化工應用，2017，36（07）：83-85.

【3】李彥秋，譚宇龍.高壓油氣井試油技術分析[J].當代化工研究，2016（06）：5-6.

【4】胡宏發，王濤.安全監控技術在高壓油氣井地面測試中的應用[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2016（05）：151-152.

【5】譚振興，孫明，張曉東.高壓油氣井地面測試安全監控技術研究[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2015（12）：73.

【6】尹海暉，夏蘇疆.高壓油氣井地面測試安全監控技術[J].中國石油和化工標準與質量，2014，34（12）：144.

【7】周國英，何慶，梁靜獻，等.高壓油氣井液壓安全控制系統的設計[J].機床與液壓，2014，42（04）：113-115.

【作者簡介】姬云龍（1988-），男，天津人，工程師，從事地面試油研究。

Application Analysis of Safety Monitoring Technology in Ground Test of

High Pressure Oil and Gas Well

JI Yun-long

【Keywords】safety monitoring technology; ground test of high pressure oil and gas well; application

【Abstract】With the rapid development of economy and society， the oil and gas sales market is gradually expanding， and there are more regulations on the development and design of oil and gas， and the development and design specifications of oil and gas are constantly improving. The design of high pressure oil and gas well is very important for the development of oil and gas， but it also has some hidden dangers and shortcomings. These are studied in this paper. This paper analyzes the application value of monitoring system integration technology in ground test of high pressure oil and gas well， and tries to improve the quality of monitoring system.