空氣泡沫驅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攻關，已經(jīng)熟練掌握了數(shù)據(jù)在線采集系統(tǒng)的設計，現(xiàn)場安裝施工；在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計和建立，系統(tǒng)平臺的設計和搭建，系統(tǒng)各項功能模塊的開發(fā)等方面積累了豐富的經(jīng)驗。研究成果在中石油股份公司的多個油田公司應用，獲得了良好的效果。
關鍵詞：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，實現(xiàn)空氣泡沫驅采出井氣體氧氣及可燃氣體的在線檢測；2)基于信息化等軟件技術，實現(xiàn)檢測指標的在線分析，實現(xiàn)極限報警、趨勢預警及歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，為安全生產(chǎn)提供技術保障；3)系統(tǒng)研究采出氣數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控分析系統(tǒng)的設計方案，在符合油田安全環(huán)保標準的前提下，實現(xiàn)信息的事實監(jiān)測及分析，保障油田安全生產(chǎn)。

1 主要目標
    (1)充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸技術，實現(xiàn)油井產(chǎn)出氣的及時采集及傳輸，提高數(shù)據(jù)采集的實時性和準確性；
    (2)利用先進的油田信息化技術，對采集數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)生產(chǎn)工況的實時展示，為技術人員進行技術分析提供新的手段；
    (3)定時監(jiān)測采出井氧氣等含量，確保該項目正常運行，實現(xiàn)遠程監(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)遠傳至監(jiān)控室，實現(xiàn)監(jiān)測信息展示；
    (6)當氧氣、可燃氣體含量超過預定指標時，實現(xiàn)氣體的實時異常報警。
2 能夠有效達到研發(fā)目標的先進技術性能指標
    (1)系統(tǒng)設計符合油田公司安全環(huán)保相關標準；
    (2)產(chǎn)出氣監(jiān)測信息實現(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、運行可靠、界面友好；
    (4)軟件研發(fā)采用先進技術，符合國家信息化技術標準。

3 實施方案
    (1)需求分析：針對油田實際業(yè)務，進行產(chǎn)出氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的詳細需求分析；
    (2)系統(tǒng)設計：在需求分析的基礎上進行系統(tǒng)的概要設計、詳細設計，為系統(tǒng)開發(fā)提供指導；
    (3)系統(tǒng)開發(fā)：在需求分析和系統(tǒng)設計的基礎上，完成監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計及制造，完成各個功能模塊的軟件開發(fā)；
    (4)系統(tǒng)安裝及運行：在完成硬件制造、軟件開發(fā)的基礎上，進行系統(tǒng)的現(xiàn)場施工與調試，最終實現(xiàn)系統(tǒng)正常運行。

4 能夠有效實現(xiàn)創(chuàng)新技術指標的具體研發(fā)方案
    本項目將與注入井、泵站監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)整合，共同保障港復雜斷塊油藏空氣泡沫驅采實驗的順利進行。通過本項目研究，為油田加強生產(chǎn)井的安全監(jiān)測與生產(chǎn)控制，保障油田安全生產(chǎn)提供了可靠的技術手段。本項目建成后，一方面將為油田工程技術人員進行產(chǎn)出氣相關工況的統(tǒng)計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)的設計及施工
4．1．1 監(jiān)測原理及流程

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    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)控制計算機等構成，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

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4．2 現(xiàn)場設備特點及功能
    (1)氣體檢測機柜距油氣分離器直線距離20～30m；
    (2)氣體檢測機柜距放空點直線距離5m，放空端抬高3m(做防雨帽保護)；
    (3)氣體取樣管線、放空管線采用鍍鋅管，與機柜連接處采用螺紋連接方式(機柜內材料及接頭為不銹鋼)；
    (4)氣體變送器具備遠傳及就顯雙重模式；
    (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，便于安裝及運輸。

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

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4．5 氣體檢測控制柜性能指標
    (1)測量設備和數(shù)據(jù)檢測控制設備采用上下分區(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)遠傳雙重功能，可實現(xiàn)就地觀看數(shù)據(jù)及遠距離檢測；
    (3)機柜內設備選用不銹鋼材質，具有良好的耐腐蝕性能；
    (4)進出口管線、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)設計有吊裝環(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 主要設備及配件
    (1)氣體變送器

    (2)G-4500無線傳輸模塊。一臺設備上即實現(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技術提供SD卡插槽，內置GPRS／GSM通訊模塊，內置GPS模塊128×64 dotsLCM顯示。
    (3)工業(yè)控制計算機。實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示、報警、預警以及歷史數(shù)據(jù)的查詢及展示。
    (4)組合式開關電源：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，介質溫度最高120℃，螺紋連接，入口壓力1～2MPa，出口壓力0～0．1MPa可調。
    (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)計系統(tǒng)
    采集顯示檢測氣體的相關參數(shù)，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，具有實時報警、描繪曲線、數(shù)據(jù)查詢等功能。
    (1)安全監(jiān)測極限報警。實時跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，當系統(tǒng)監(jiān)測信息達到安全監(jiān)測極限值時，系統(tǒng)自動觸發(fā)報警功能，通知相關人員，采取措施，消除事故隱患。
    (2)安全監(jiān)測信息趨勢預警及極限預測。通過建立數(shù)學模型，實時分析監(jiān)測信息變化趨勢，當相關指標出現(xiàn)上升趨勢或相關指標發(fā)生急劇變化時，及時發(fā)出預警信息，并預測安全極限時間。
    (3)檢測信息統(tǒng)計分析。實現(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)測信息班報表、日報表、月報表。