火驱采油尾气在线监测仪的试验与应用

火驱采油尾气在线监测仪的试验与应用
滕立勇
【摘要】在火驱采油开发过程中,火驱生产井尾气量会随着生产时间的延长逐渐上升,并且尾气成分复杂。

监测掌握尾气中各组分的含量可有效判断油层燃烧状态,确
保尾气进入站内气系统的安全性,对保障火驱采油安全高效开发意义深远。

针对油
田生产过程中采出气监测的现状,开发设计了油井采出气组分在线监测报警系统,选
用多气体检测传感器,实时监测尾气中氮气、氧气、二氧化碳、甲烷四种气体浓度值。

由安装在监测点的有害气体监测仪输出信号传送至报警器,报警器通过内部控
制器的运算和逻辑判断,发出声光报警信号,把采集的气体浓度值通过无线传输系统
远传到值班室,实现对油井产出气在线实时监测。

【期刊名称】《石油管材与仪器》
【年(卷),期】2016(000)005
【总页数】3页(P63-65)
【关键词】火驱采油;尾气含量;在线监测仪
【作者】滕立勇
【作者单位】中油辽河油田分公司曙光采油厂,辽宁盘锦124010
【正文语种】中文
【中图分类】TE357
在火驱采油开发过程中，火驱生产井往往也作为排气井，其尾气量会随着生产时间的延长逐渐上升[1]，火驱所产生的尾气成分复杂，主要由氮气、二氧化碳、甲烷、
氧气等多种气体组成[2]，及时准确地监测掌握尾气中各组分的含量可分析判断油
层燃烧状态，指导火驱开发调控。

此外，对含氧量的数据监测可第一时间发现尾气含氧超标的油井，及时采取关井隔离等措施，避免超量氧气随尾气进入采油站内，影响整套地面集油集气系统的安全[3]。

在生产过程中对尾气量的监测主通常采用
以下两种方法：一是人工采集套管气体，通过色谱仪进行人工测量分析，该方法缺点是采样周期比较长，劳动强度高；二是采用便携式有害气体检测仪，该方法缺点是只能定期人工检测,不能适应连续检测的要求[4]。

因此，将先进的自动化监控技
术引入到火驱采油中来，实现尾气的实时自动监测，对提高火驱采油的管理水平意义重大。

将火驱气体组分在线监测仪表安装在油井尾气支线和井组的尾气干线上, 电磁阀安装在取样管上，可调节取样气流大小和取样时间[5]。

主仪器箱负责各个参数的原
始数据收集, 主要包括O2、N2、CO2、CH4等气体传感器以及压力和温度等传感器，传感器可输出信号包括4～20 mA模拟信号、开关量信号及用于现场总线的
脉冲信号。

数据发射与接收模块, 负责原始数据的信号发射和接收，显示终端记录原始数据并显示数据。

报警器通过内部控制器的运算和逻辑判断，发出声光报警信号。

该系统具有仪器安装方便, 井场布线简单, 微型数据采集系统占用井场面积小, 全数字信号传输, 系统测量参数多, 响应快, 稳定性好, 精度高, 维护方便等特点。

1.1 在线监测工艺流程
由于火驱油井产生的多组分气体含有杂质、水分、油脂，并压力比较高，在实际的使用过程中必须进行先期预处理。

预处理过程包括：气体降压、气体过滤、气体脱水、气体干燥、气体取样周期控制等，其工艺原理如图1所示。

根据油井工况不同，通过“时控开关”设定系统每天监测时间及次数；“时控开关”通过控制“电磁阀”开、关让气体进入监测系统；气体进入“气水分离器”，分离气体中的水份，水由“气水分离器”的自动排水口排出，气体进入“调压阀”；系
统通过“调压阀”将气体压力降低至仪表所需要的压力监测之内；气体减压后，经过“气体过滤器”过滤气体中所含的杂质；通过“气体干燥筒”吸收气体中未能完全分离的水份；经过处理后的合格气体通过“氧气传感器”、“二氧化碳传感器”、“氮气传感器”、“甲烷传感器”检测油田气中各气体的含量。

在关键的气体过滤器结构上采用真空过滤精密过滤器及滤芯。

其一级过滤器能除去大量的液体及3 μm以上固体微粒，达到最高残留油分含量不大于5 mg/L，有少量的水分、灰尘和油雾。

二级过滤器能滤除小至1 μm的液体及固体微粒，达到最高残油分含量不大于0.5 mg/L，有微量水分、灰尘和油雾。

主管路滤芯：内外层
防腐蚀保护多层玻璃纤维及微纤维，过滤大微粒，为下阶段过滤复合纤维层进一步聚洁微油雾，外层紧附海绵网套去除0.01 μm或更大的固态及液态微粒，去除99.99%微油雾，油雾剩余含量小于0.01 mg/L。

1.2 检测报警主机
火驱气体组分在线监测技术检测报警主机可实现对一次仪表的实时监测，通过传输网络将监测数据及时传送到监控中心；实现远程实时监测、超标报警。

无线数据采集传输系统通过模拟信号接口、数字信号接口与氧气传感器、二氧化碳传感器、氮气传感器、甲烷传感器等多种仪器连接，使得对一次仪表监控更加方便快捷，满足油井气体在线实时监测的要求。

现场数据采集终端结构如图2所示。

1.3 无线远传系统
无线数据传输技术根据现场实际情况，采用ZIGBEE无线方式，火驱气体含量检测传感器采集到的模拟信号通过数模转换为数字信号，通过433短距离无线通讯方
式发送给“RTU”，并通过“RTU集中模块”搜集多个“RTU”模块数据，再通
过“RTU集中模块”内的“Modbus通讯协议”传输到长距离无线中继远传“2.4G无线数据发送模块”，采油站通过“2.4G无线数据接收模块”接收多个“2.4G无线数据发送模块”数据，并通过“485通讯协议”传输到“数据处理中
心”的监控主机。

“主机”适时接收到井口仪表传来的温度、压力信号，并适时显示。

通过需要设置温度、压力上、下线数值，达到超限报警的功能。

火驱采油尾气在线监测仪在辽河油田曙光采油厂先后试验2套次，分别安装在火驱单井尾气管线和集气主管线上。

监测时间设置为8开，即连续监测1小时后，系统自动休整2小时。

采样周期为1次/分钟。

从现场试验数据来看(图3)，该尾气监测仪和整套系统工作正常，可实现气体组分浓度的连续实时监测，试验效果良好。

通过人工采集气样，用色谱仪化验气体浓度，并与监测值进行对比。

从对比情况(表1)来看，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%，误差在合理范围内，说明该尾气监测仪具有较高的准确度，监测效果良好。

火驱采油尾气在线监测仪可实现对气体组分含量的实时监测，且监测数据较准确。

尾气在线监测可以有效判断油层燃烧状态，提升火驱采油的管理水平，更重要的是该系统确保了尾气进入站内气系统的安全性，对保障火驱采油安全高效开发意义深远。

【相关文献】
[1] 刘其成.火烧油层室内实验及驱油机理研究[D].大庆：东北石油大学，2011：60-77.
[2] 刘岩.砂砾油层的引燃与燃烧特性的实验研究[D].南京：东南大学，2003:10-15.
[3] 刘喜林. 难动用储量开发稠油开采技术[M]. 北京：石油工业出版社， 2005：75-98.
[4] 王刚，党晓利. 浅谈可燃气体检测报警器管理及应用[J].安全技术HSE，2006(6)：25-28.
[5] 吴孔宝.物理原理在气体检测中的应用[J].物理，1994，23( 11) :685-690.。