高含硫氣井井口安全監(jiān)測及截斷系統(tǒng)研究

李 密，劉愛華，陳純見，楊紹軍 （中石化中原油田普光分公司采氣廠，四川達州635000）

普光氣田大灣采氣區(qū)位于四川省東北部宣漢縣境內(nèi)，目前，大灣區(qū)塊已累計探明地質(zhì)儲量1267．84×108m3，動用儲量為 （728．91～807．55）×108m3。普光氣田大灣采氣區(qū)共有7座集氣站13口氣井生產(chǎn)，氣藏流壓40～50MPa，關井壓力35～37MPa，日產(chǎn)氣量910×104m3，氣井H2S平均含量約15%，CO2平均含量約8%，屬于高含硫化氫氣井［1］。為了實現(xiàn)氣田安全生產(chǎn)，普光氣田大灣采氣區(qū)采用多種井口安全監(jiān)測和截斷裝置協(xié)調(diào)工作，監(jiān)測氣井井口的氣體泄漏、火災以及壓力異常等情況，并將采集到的實時信息反饋到監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) （SCADA），在站控室和中控室人際界面上進行顯示，緊急情況時可通過截斷系統(tǒng)實現(xiàn)自動關井，值班人員也可就地或遠程關井，從而保證氣田安全生產(chǎn)。

1 工藝流程簡介

集氣站采用全濕氣加熱保溫混輸工藝，井口天然氣先進入集氣站，經(jīng)加熱、節(jié)流、計量后外輸，采用“加熱保溫＋注緩蝕劑”工藝經(jīng)集氣支線進入集氣干線，然后集中進行分水處理和酸氣凈化處理［2］。

集氣站氣井關井壓力為35～37MPa，酸氣共經(jīng)過3次節(jié)流，將壓力降至8．5～12MPa后外輸。由于酸氣中含有大量H2S，節(jié)流作用將導致大量水合物、單質(zhì)硫形成，從而堵塞節(jié)流閥。為此，普光氣田大灣采氣區(qū)采用如下處理措施：在集氣站一級節(jié)流后加注甲醇來降低水合物形成的溫度；在二級和三級節(jié)流后使用加熱爐進行兩級加熱來保證酸氣溫度高于水合物形成溫度。在集氣站二級節(jié)流、外輸計量后增加2個緩蝕劑加注點，減少酸氣對管線的腐蝕 （見圖1）。

圖1 集氣站工藝流程圖

2 系統(tǒng)組成

井口監(jiān)測及截斷系統(tǒng)由SCADA進行數(shù)據(jù)采集和自動化控制，通過站控室人機界面可以對各種參數(shù)、設備運行狀態(tài)等情況等進行監(jiān)控和控制，該系統(tǒng)組成如圖2所示。

3 系統(tǒng)功能

3．1 井口安全監(jiān)測裝置的功能

利用氣井井口安全監(jiān)測裝置可以對氣井井口壓力、溫度變化情況、氣體泄漏情況、井口火災等進行監(jiān)測。通過SCADA系統(tǒng)將這些實時數(shù)據(jù)傳輸至站控室和中控室，并在人機界面上顯示，實時數(shù)據(jù)將參與SCADA關斷邏輯，如果超過高高、低低報警值則進行報警，如果超過設定關斷值，則可觸發(fā)單井乃至集氣站的關斷，值班人員也可以在人機界面觸發(fā)遠程關井。

1）固定式硫化氫監(jiān)測儀 用于監(jiān)測空氣中硫化氫氣體含量，量程為100mg／L，設定10mg／L和20mg／L共2個報警值。該監(jiān)測儀采用電化學工作原理，通過測定硫化氫氣體在工作電極的氧化和還原反應產(chǎn)生的工作電流的大小來確定硫化氫氣體的濃度。

2）固定式可燃氣體探測儀 用于實時監(jiān)測空氣中碳氫化合物的含量。該探測儀采用擴散式采樣方式，利用紅外光學傳感器檢測空氣中碳氫化合物所吸收的紅外波能量的變化來確定空氣中可燃氣體的濃度。

3）激光對射紅外探測儀 用于天然氣中甲烷與硫化氫實時在線監(jiān)測及泄漏預警，測量光程1000m，測量范圍0～500mg／L。該探測儀工作原理如下：從站控室發(fā)出的激光經(jīng)光纖傳輸?shù)浆F(xiàn)場激光發(fā)射單元，激光發(fā)射單元發(fā)出的激光經(jīng)過開放空間被激光接受裝置接收，激光光波中對硫化氫以及甲烷氣體敏感的成分會減少，由此來推算出開放空間中甲烷及硫化氫濃度。

4）點式紅外火焰探測儀 該探測儀探測在物質(zhì)燃燒時產(chǎn)生紅外和紫外光輻射的強度，由此來實時監(jiān)測井口火災情況，探測距離60m。

5）易熔塞 易熔塞回路充有壓力為80～120psi的液壓油，當井口區(qū)發(fā)生火災或溫度高于易熔塞的設定值127±5℃，易熔塞融化，井口控制柜回路泄壓，從而自動實現(xiàn)所有生產(chǎn)井的井下和地面安全閥關閉。

6）工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要用于井口生產(chǎn)情況的監(jiān)視以及及時發(fā)現(xiàn)險情給予報警和火災確認等。

圖2 井口安全監(jiān)測及截斷系統(tǒng)組成

3．2 井口截斷裝置的功能

井口截斷裝置與SCADA系統(tǒng)相連，也與站控室控制面板和逃生通道關斷按鈕相連，當觸發(fā)自動關斷或遠程關斷時從井口截斷氣源實現(xiàn)關井。井口截斷系統(tǒng)主要由地面安全閥、井下安全閥、井口控制柜組成［3］，當監(jiān)測到井口氣體泄漏、火災或者壓力異常等情況需要集氣站保壓關斷時，井口控制柜控制地面安全閥關閉，從而截斷氣源。當發(fā)生火災、爆炸等需要進行集氣站放空關斷時，也需同時關閉地面和井下安全閥。

1）井口控制柜 該裝置安裝在距井口20～30m范圍內(nèi)，通過電動液壓泵將常壓的液壓油增壓至地面安全閥或井下安全閥開啟所需要的壓力，由先導壓力控制液控閥控制高壓液壓油導通或關閉，進而控制地面和井下安全閥門的啟閉［4］。

2）井下安全閥 該裝置主要由閥體和液壓控制執(zhí)行器組成，液壓執(zhí)行器推動閥桿和彈簧，使閥門移動處于打開位置，當液壓解除后，作用于閥桿上的閘門或彈簧壓力將閥門移至關閉位置。

3）地面安全閥 該裝置利用井口控制柜高壓液壓油回路控制系統(tǒng)的開關來控制閥門的驅(qū)動裝置［5］，通過帶動驅(qū)動桿使閥板和閥座通孔的位置發(fā)生變化，以此切斷和導通閥門的通道，進而控制通道內(nèi)天然氣的截斷和導通。

4 結 語

井口安全監(jiān)測與截斷系統(tǒng)在普光氣田大灣采氣區(qū)投產(chǎn)半年以來，運行良好。當井口發(fā)生氣體輕微泄漏時，系統(tǒng)能及時檢測并報警，這樣值班人員能夠及時處理，避免了不必要關井。當井口發(fā)生氣體嚴重泄漏時，系統(tǒng)可以及時自動觸發(fā)單井關斷。由于該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和可靠性，因而可以在普光氣田高含硫氣井開發(fā)過程中推廣應用。

［1］楊發(fā)平，王貴波 ．普光氣田地面集輸系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測及控制體系 ［J］．天然氣工業(yè)，2012，32（1）：94-97．

［2］趙果，王洪松，陳剛，等 ．井口控制系統(tǒng)用于普光氣田 ［J］．技術縱橫，2011，30（12）：104-105．

［3］李戰(zhàn)平，魯艷峰 ．長北氣田氣井井口控制系統(tǒng)的設計與應用 ［J］．自動儀表，2008，29（3）：44-49．

［4］朱進府 ．高壓油氣井井口控制配套裝置 ［J］．油氣井測試，2008，17（4）：72-74．

［5］陳擎東，李軍，羅輝，等 ．高含氣井井口控制柜遠程關斷系統(tǒng) ［J］．儀表電氣，2011，30（8）：76-77．