安全監(jiān)控技術(shù)在高壓油氣井地面測試中的應(yīng)用分析

姬云龍

（中海艾普油氣測試（天津）有限公司，天津 300457）

1 引言

在高壓油氣井地面測試中，安全監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用是降低風(fēng)險和人員傷亡概率。由于采用了這一技術(shù)，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(jiān)測系統(tǒng)不僅可以對地面的工況進(jìn)行實時監(jiān)測，還能在地面出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時進(jìn)行及時反饋，在地面處采取防護(hù)措施。本文對該技術(shù)的基本原理進(jìn)行分析，以便進(jìn)一步了解和掌握該技術(shù)的運(yùn)行模式和應(yīng)用效果。

2 安全監(jiān)測技術(shù)

在高壓油氣井進(jìn)行地面測試的情況下，安全監(jiān)控系統(tǒng)可以通過自動采集井口參數(shù)、自動控制井口、預(yù)警信息以及視頻監(jiān)視四大職能，即時高效地記錄各種數(shù)據(jù)信息，并對有關(guān)設(shè)備條件及井口的構(gòu)造情況進(jìn)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(guān)對策，可以合理降低安全事故的發(fā)生率，保障人員的生命安全。為保證這一職能的實現(xiàn)，必須規(guī)范相關(guān)的有害物質(zhì)、油量的制造和出售，并處理各種不正常的狀況[1]。

3 常規(guī)間隔式測試方法

根據(jù)生產(chǎn)加工情況，油氣井必須在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行測試。在進(jìn)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(nèi)的壓力和溫度數(shù)據(jù)信息。工作完成后，壓力計將顯示準(zhǔn)確的數(shù)值。這種方法的優(yōu)點是一次測試工作的成本較低，但無法獲得長期連續(xù)的壓力和溫度數(shù)據(jù)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(xiàn)階段常用的測試和處理技術(shù)有3 種：

①鋼絲吊放存放式。先編寫電子設(shè)備壓力計程序再接通電源，選擇鋼絲機(jī)械設(shè)備將壓力計放入目標(biāo)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(shù)據(jù)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(biāo)層系統(tǒng)，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(jī)將其送入井內(nèi)目標(biāo)地層，為礦井壓力計分配電源，并立即將測試數(shù)據(jù)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(shè)計

4.1 高壓油氣井定義

該行業(yè)尚未確定高壓油氣井的定義。在國外，一般認(rèn)為地質(zhì)構(gòu)造壓力值超過155 MPa、地質(zhì)構(gòu)造溫度高于210 ℃的井為高壓油氣井。國內(nèi)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(zhì)構(gòu)造壓力高的地區(qū)，必須保證試驗時的油壓較低，才能使該結(jié)構(gòu)在壓力差作用下產(chǎn)砂。如果地質(zhì)構(gòu)造被破壞，還會危及地層的條件，導(dǎo)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(chǎn)損失。

4.2 高壓油氣井地面測試可靠性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

對于高壓油氣井，高壓油氣井地面測試設(shè)計方案的改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)必須以所有試驗系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，并充分考慮試驗加工工藝、試驗機(jī)械設(shè)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(zhì)環(huán)境狀態(tài)參數(shù)和工作條件的主要參數(shù)，如環(huán)境濕度、液體濃度值、排氣量、井室壓力等。創(chuàng)建防水套管和礦井專用工具的數(shù)據(jù)信息，基本明確礦井專用工具及其管柱結(jié)構(gòu)。對專用試驗工具和試驗管柱進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析和抗壓強(qiáng)度評價。再次改進(jìn)運(yùn)行要求，然后進(jìn)行分析評估，直到能有效滿足具體工程建設(shè)要求為止[3]。

4.3 高壓油氣試井地面測試流程設(shè)計方案

優(yōu)化高溫高壓油氣井地面測試流程的設(shè)計，是一項非常復(fù)雜而又系統(tǒng)的工程，操作轉(zhuǎn)向管交匯處的各路閘閥，可形成3 個流動通道，即測試求產(chǎn)、井液回收以及放噴排液。這3個流程中，放噴排液流程是調(diào)節(jié)油嘴和固定油嘴相結(jié)合。這兩款油嘴可根據(jù)替換方式合理控制管內(nèi)壓差，降低因壓力過大造成的沖蝕風(fēng)險。測試求產(chǎn)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(lián)，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(xué)物質(zhì)的分離進(jìn)行準(zhǔn)確的測量和驗證。節(jié)流管中流過的液體，可以通過利用熱交換器的加熱功能進(jìn)行處理，可有效減少水合物的產(chǎn)生，并通過三相分離器將天然氣送入點火口，進(jìn)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?xì)怏w。在一定程度上，減少了對自然環(huán)境的污染，使施工作業(yè)更加綠色化。同時，油和地層水可以根據(jù)不同的管道輸送到計量罐，以進(jìn)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(jù)ESD 系統(tǒng)，快速關(guān)閉上下游高壓安全通道，不僅可以有效保障工程機(jī)械設(shè)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(jìn)行回收，并盡可能地避免資源的浪費(fèi)。

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(shè)計方案，施工企業(yè)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(shù)為2.3，壓力往往高于100 MPa。在這樣的高壓工作環(huán)境下，專用檢測工具和管柱的承載能力嚴(yán)重超標(biāo)，使得地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)明顯的工程施工安全生產(chǎn)事故[4]。

5.2 測試工藝的質(zhì)量問題

這方面的問題具體體現(xiàn)在測試設(shè)備和測試處理技術(shù)兩個層面。在測試設(shè)備層面，主要是壓力計的測試精度較低，很容易在持續(xù)時間點獲得相同的壓力數(shù)據(jù)信息，這在壓力測試數(shù)據(jù)圖表中體現(xiàn)為水平線。在進(jìn)行試井時，最好將壓力計投入穩(wěn)定生產(chǎn)一段時間，然后關(guān)井，并做測量。但在具體測試中，經(jīng)常會出現(xiàn)關(guān)井后放入一段時間的壓力計，缺少放入前的壓力數(shù)據(jù)信息，而這條數(shù)據(jù)信息恰好是試井演示中最重要的信息內(nèi)容。

5.3 井底溫度較高與高壓油氣井自身結(jié)構(gòu)復(fù)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(guān)鍵的測試。當(dāng)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(chǎn)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(jù)施工現(xiàn)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(jié)構(gòu)經(jīng)常遇到，對試驗項目的建設(shè)造成非常惡劣的影響，也會增加操作的難度系數(shù)。

5.4 油氣藏儲層特性的復(fù)雜性

試井解釋了一個主要問題是通過整合地質(zhì)構(gòu)造信息內(nèi)容，來獲得準(zhǔn)確的儲層信息內(nèi)容。但在具體試井呈現(xiàn)過程中，不同的試壓數(shù)據(jù)信息很可能出現(xiàn)相似的雙對數(shù)圖，從而導(dǎo)致試井解釋的多解性增大。因此，充分掌握儲層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確選擇實體模型，是開展油氣井試井解釋、獲得準(zhǔn)確儲層參數(shù)的基礎(chǔ)。

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(nèi)的測試管柱、專用測試工具等，有很強(qiáng)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(dǎo)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(chǎn)歷史的復(fù)雜性

除了儲層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性外，井況引起的井儲效應(yīng)變化和目標(biāo)井的整體生產(chǎn)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(jié)果。又如，關(guān)井前的生產(chǎn)時間比實際時間短，本應(yīng)處于水平的壓力導(dǎo)數(shù)函數(shù)將變?yōu)橄蛏系膲毫?dǎo)數(shù)，如果關(guān)井前的生產(chǎn)時間比實際時間長，則將本應(yīng)處于水平的壓力導(dǎo)數(shù)函數(shù)變?yōu)橄蛳碌膲毫?dǎo)數(shù)。因此，對單井生產(chǎn)歷史的把握也將引導(dǎo)我們更快、更強(qiáng)地開展油氣井試井解釋，并獲取儲層參數(shù)。由于該因素的影響，我國油氣田測試資料表達(dá)率低，很多重要信息內(nèi)容沒有表達(dá)出來，試井曲線現(xiàn)狀分析困難，專業(yè)知識普及薄弱，測井資料即使表達(dá)出來，仍無法建立和合理使用。

6 安全監(jiān)控技術(shù)在高壓油氣井地面測試中的應(yīng)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(fā)生礦山作業(yè)有害物質(zhì)中毒安全事故，給社會發(fā)展和企業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p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(xiàn)中度至重度中毒，很可能導(dǎo)致死亡。保護(hù)和檢查至關(guān)重要。所以安全監(jiān)測技術(shù)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?xì)怏w等。根據(jù)在可能發(fā)生氣體泄漏的部位安裝移動式可燃?xì)怏w檢測攝像頭，收集到的數(shù)據(jù)通過無線傳輸，可以識別有害氣體物質(zhì)的濃度值和傳播發(fā)展，并進(jìn)行報警。當(dāng)氣體按管道進(jìn)入在線監(jiān)測系統(tǒng)時，可立即指示氣體的成分，并根據(jù)在線監(jiān)測完成連續(xù)檢測。在溫度、壓力、流量監(jiān)測系統(tǒng)的軟件組成中，檢測器主要放置在蒸汽流量計、節(jié)流閥管匯、油井、分離設(shè)備、換熱器等處。即時傳輸數(shù)據(jù)，然后進(jìn)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(shù)有誤，報警裝置會發(fā)出報警并迅速響應(yīng)，防止發(fā)生事故。

6.2 光纖傳感技術(shù)檢測

光纖傳感技術(shù)是一種依靠數(shù)據(jù)信號識別和檢測外部信息的新型傳感技術(shù)。因此，在油氣生產(chǎn)過程中具有很大的優(yōu)勢，可以考慮現(xiàn)階段對油氣檢測的規(guī)定，為數(shù)字化油田的基礎(chǔ)建設(shè)提供可靠的數(shù)據(jù)和信息。根據(jù)傳感器的分類，光纖傳感技術(shù)可分為分布式光纖傳感技術(shù)和點測光纖傳感技術(shù)，可完成對溫度、工作壓力等參數(shù)的檢測。根據(jù)上述參數(shù)的擴(kuò)展，光纖傳感技術(shù)可以完成燃?xì)夤艿佬孤z測、燃?xì)夤艿赖谌綋p壞檢測、礦井溫度和工作壓力檢測、套管應(yīng)變力檢測、導(dǎo)管架服務(wù)平臺結(jié)構(gòu)安全檢測、變配電機(jī)械設(shè)備安全測試、儲罐結(jié)構(gòu)安全測試、門吊結(jié)構(gòu)安全測試、智能井生產(chǎn)制造測試、人力提升系統(tǒng)軟件測試、水壓裂測試、稠油熱采溫度監(jiān)測、浮管安全測試等[6]。

6.3 永久壓力監(jiān)測系統(tǒng)

永久壓力監(jiān)測系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)測油氣井壓力和溫度，可用于油氣井生產(chǎn)制造動態(tài)變化、試井分析、油氣藏數(shù)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(tǒng)能保證系統(tǒng)持續(xù)可靠運(yùn)行。集成電路設(shè)計選用集成電路工藝，抗震等級強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)；選用現(xiàn)階段的液位傳感器技術(shù)和電源電路技術(shù)，連續(xù)檢測時間可達(dá)10年以上，工作可靠性和穩(wěn)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(dá)25 kPsi，連續(xù)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(xù)實時監(jiān)測。PDMS 永久壓力探測系統(tǒng)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(shù)據(jù)信息的同步與實時監(jiān)測。

此外，可以選擇檢測脫筒外部套管內(nèi)的壓力或脫筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)油管的壓力。

6.4 數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在高壓油氣井的地面檢查中，視頻監(jiān)控是最有效的監(jiān)管方式，可即時展現(xiàn)施工現(xiàn)場及周邊環(huán)境的動態(tài)直播，減少人員在風(fēng)險區(qū)域的調(diào)度，節(jié)省人力資源管理，合理規(guī)避員工操作風(fēng)險，數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可完成遠(yuǎn)程控制、實時監(jiān)管和現(xiàn)場針對性指導(dǎo)，減少因操作失誤導(dǎo)致的安全生產(chǎn)事故。采用數(shù)字化信息檢測工具和幾何圖形進(jìn)行遙控傳輸、報警、快速查找等，使得監(jiān)控系統(tǒng)的集成越來越具有技術(shù)性，有利于異?，F(xiàn)象的及時處理、即時報告，使其能夠合理解決。數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以完成實時監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制傳輸和快速搜索等功能，合理提高現(xiàn)場監(jiān)管和針對性指導(dǎo)的效率，降低工作人員的信用風(fēng)險[7]。

7 結(jié)論

總的來說，通過對安全監(jiān)測技術(shù)的深入分析可以發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測系統(tǒng)在高壓油氣井地面安全檢測中的技術(shù)應(yīng)用，具有明顯的實用價值和經(jīng)濟(jì)效益。實踐經(jīng)驗證明，該技術(shù)已應(yīng)用于多個油氣田，取得了預(yù)期的實際效果。此外，安全監(jiān)管技術(shù)合理解決實際操作人員缺乏經(jīng)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(fēng)險。