空氣泡沫驅(qū)采出井氣體在線檢測系統(tǒng)

摘要：通過多年來在油田生產(chǎn)信息采集及油田信息化方面的技術(shù)攻關(guān)，已經(jīng)熟練掌握了數(shù)據(jù)在線采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，現(xiàn)場安裝施工；在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和建立，系統(tǒng)平臺的設(shè)計(jì)和搭建，系統(tǒng)各項(xiàng)功能模塊的開發(fā)等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。研究成果在中石油股份公司的多個油田公司應(yīng)用，獲得了良好的效果。
關(guān)鍵詞：氣體檢測；無線傳輸；數(shù)據(jù)采集分析

0 引言
    本文敘述：1)利用數(shù)據(jù)采集及無線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空氣泡沫驅(qū)采出井氣體氧氣及可燃?xì)怏w的在線檢測；2)基于信息化等軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)檢測指標(biāo)的在線分析，實(shí)現(xiàn)極限報(bào)警、趨勢預(yù)警及歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，為安全生產(chǎn)提供技術(shù)保障；3)系統(tǒng)研究采出氣數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在符合油田安全環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的前提下，實(shí)現(xiàn)信息的事實(shí)監(jiān)測及分析，保障油田安全生產(chǎn)。

1 主要目標(biāo)
    (1)充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油井產(chǎn)出氣的及時采集及傳輸，提高數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性和準(zhǔn)確性；
    (2)利用先進(jìn)的油田信息化技術(shù)，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工況的實(shí)時展示，為技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)分析提供新的手段；
    (3)定時監(jiān)測采出井氧氣等含量，確保該項(xiàng)目正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；
    (4)在采出井的井口安裝在線監(jiān)測裝置，監(jiān)測氣體含量變化；
    (5)將定時監(jiān)測的氧氣等含量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至監(jiān)控室，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測信息展示；
    (6)當(dāng)氧氣、可燃?xì)怏w含量超過預(yù)定指標(biāo)時，實(shí)現(xiàn)氣體的實(shí)時異常報(bào)警。
2 能夠有效達(dá)到研發(fā)目標(biāo)的先進(jìn)技術(shù)性能指標(biāo)
    (1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合油田公司安全環(huán)保相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；
    (2)產(chǎn)出氣監(jiān)測信息實(shí)現(xiàn)與注入井、泵站監(jiān)測信息的系統(tǒng)整合；
    (3)系統(tǒng)性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、界面友好；
    (4)軟件研發(fā)采用先進(jìn)技術(shù)，符合國家信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3 實(shí)施方案
    (1)需求分析：針對油田實(shí)際業(yè)務(wù)，進(jìn)行產(chǎn)出氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的詳細(xì)需求分析；
    (2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：在需求分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)開發(fā)提供指導(dǎo)；
    (3)系統(tǒng)開發(fā)：在需求分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及制造，完成各個功能模塊的軟件開發(fā)；
    (4)系統(tǒng)安裝及運(yùn)行：在完成硬件制造、軟件開發(fā)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的現(xiàn)場施工與調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4 能夠有效實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新技術(shù)指標(biāo)的具體研發(fā)方案
    本項(xiàng)目將與注入井、泵站監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合，共同保障港復(fù)雜斷塊油藏空氣泡沫驅(qū)采實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。通過本項(xiàng)目研究，為油田加強(qiáng)生產(chǎn)井的安全監(jiān)測與生產(chǎn)控制，保障油田安全生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)手段。本項(xiàng)目建成后，一方面將為油田工程技術(shù)人員進(jìn)行產(chǎn)出氣相關(guān)工況的統(tǒng)計(jì)分析提供可靠的手段，節(jié)省大量的人力資源，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和同一性；另一方面，可有效地解決由于有部分的氧氣從生產(chǎn)井中產(chǎn)出，與產(chǎn)出流體中的天然氣混合，給油井生產(chǎn)、流體集輸造成的安全隱患。
4．1 在線式氣體檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工
4．1．1 監(jiān)測原理及流程

    系統(tǒng)主要由帶有數(shù)據(jù)顯示功能的氣體檢測變送器、電磁閥、GPRS數(shù)據(jù)采集與控制模塊、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，示意圖如圖2所示。

4．1．2 監(jiān)測現(xiàn)場工藝流程現(xiàn)場效果

4．2 現(xiàn)場設(shè)備特點(diǎn)及功能
    (1)氣體檢測機(jī)柜距油氣分離器直線距離20～30m；
    (2)氣體檢測機(jī)柜距放空點(diǎn)直線距離5m，放空端抬高3m(做防雨帽保護(hù))；
    (3)氣體取樣管線、放空管線采用鍍鋅管，與機(jī)柜連接處采用螺紋連接方式(機(jī)柜內(nèi)材料及接頭為不銹鋼)；
    (4)氣體變送器具備遠(yuǎn)傳及就顯雙重模式；
    (5)采樣管線、放空管線做保溫處理，分別采用DNl5鍍鋅管、DN25鍍鋅管；
    (6)220VAC采用航空插頭接入方式，若不配加熱帶功率為220V／10A；否則需提供220V／50A電源接入功率；
    (7)采集控制柜采用撬裝方式，便于安裝及運(yùn)輸。

4．3 監(jiān)測現(xiàn)場快速對接端口
    (1)進(jìn)出口管線快速對接插件
    (2)電源進(jìn)線快速對接插件
4．4 監(jiān)測現(xiàn)場采集控制柜

4．5 氣體檢測控制柜性能指標(biāo)
    (1)測量設(shè)備和數(shù)據(jù)檢測控制設(shè)備采用上下分區(qū)布置，螺紋連接成一組合體；
    (2)氣體測量變送器具備就地顯示和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳雙重功能，可實(shí)現(xiàn)就地觀看數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)距離檢測；
    (3)機(jī)柜內(nèi)設(shè)備選用不銹鋼材質(zhì)，具有良好的耐腐蝕性能；
    (4)進(jìn)出口管線、排污口均采用快速插件的連接方式，便于快速組裝及拆移；
    (5)氣體檢測機(jī)柜尺寸：鞘塊(高)：200mm，氣體檢測箱：600(長)×250(寬)×500mm(高)；數(shù)據(jù)控制傳輸箱：600(長)×250(寬)×250mm(高)；
    (6)箱體聯(lián)合處用防爆軟管連接；
    (7)設(shè)計(jì)有吊裝環(huán)及散熱孔；
    (8)數(shù)據(jù)采集與控制柜最大外形尺寸：高1050mm，長600mm，寬250mm。
4．6 主要設(shè)備及配件
    (1)氣體變送器

    (2)G-4500無線傳輸模塊。一臺設(shè)備上即實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、GPRS數(shù)據(jù)采集與控制模塊，通訊方式為GPRS，工作溫度-25～+70℃。以太網(wǎng)通訊、GPRS通訊、GPS定位、串口通訊的無縫切換。CPU：80186，80MHz MiniOS7操作系統(tǒng)512 kB SRAM，512 kB Flash RS-232x2，RS-485x1 10／100 Base-T=X，RJ-45 3路DI，3路DO，8路AI支持Modbus協(xié)議，TCP／IP協(xié)議支持Vxcomm技術(shù)提供SD卡插槽，內(nèi)置GPRS／GSM通訊模塊，內(nèi)置GPS模塊128×64 dotsLCM顯示。
    (3)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示、報(bào)警、預(yù)警以及歷史數(shù)據(jù)的查詢及展示。
    (4)組合式開關(guān)電源：120WDC電源，輸入電壓AC220V，輸出電壓DC24V 5A。
    (5)防爆電磁閥：國產(chǎn)常閉型不銹鋼防爆電磁閥，防爆等級為dIIBT6，公稱直徑DN15，壓力1．6MPa，介質(zhì)溫度最高60℃，螺紋連接，供電DC24V。
    (6)氣體流量控制器：不銹鋼氣體流量控制器，公稱直徑DNI5，介質(zhì)溫度最高120℃，螺紋連接，入口壓力1～2MPa，出口壓力0～0．1MPa可調(diào)。
    (7)其它部件：儀器柜、普通閥門、管線、緩沖過濾器等。儀器柜外部管線采用鍍鋅管，儀器柜內(nèi)部測量管線采用耐壓大于1MPa的軟管或不銹鋼管，緩沖器采用100mm不銹鋼管。
4．7 監(jiān)測氣體引入方式
    氣體由油管引入，經(jīng)過普通閥門、氣體流量控制器、防爆電磁閥、緩沖過濾器進(jìn)入測量管線，測量管線向外延伸20～30m，管線末端高約3m，和大氣連通，測量管線內(nèi)壓力為大氣壓力的±10％。
4．8 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)
    采集顯示檢測氣體的相關(guān)參數(shù)，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，具有實(shí)時報(bào)警、描繪曲線、數(shù)據(jù)查詢等功能。
    (1)安全監(jiān)測極限報(bào)警。實(shí)時跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測信息達(dá)到安全監(jiān)測極限值時，系統(tǒng)自動觸發(fā)報(bào)警功能，通知相關(guān)人員，采取措施，消除事故隱患。
    (2)安全監(jiān)測信息趨勢預(yù)警及極限預(yù)測。通過建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)時分析監(jiān)測信息變化趨勢，當(dāng)相關(guān)指標(biāo)出現(xiàn)上升趨勢或相關(guān)指標(biāo)發(fā)生急劇變化時，及時發(fā)出預(yù)警信息，并預(yù)測安全極限時間。
    (3)檢測信息統(tǒng)計(jì)分析。實(shí)現(xiàn)檢測歷史數(shù)據(jù)的查詢及展示，利用監(jiān)測信息自動生成監(jiān)測信息班報(bào)表、日報(bào)表、月報(bào)表。