空气泡沫驱采出井气体在线检测系统

摘要：通过多年来在油田生产信息采集及油田信息化方面的技术攻关，已经熟练掌握了数据在线采集系统的设计，现场安装施工；在系统数据库的设计和建立，系统平台的设计和搭建，系统各项功能模块的开发等方面积累了丰富的经验。研究成果在中石油股份公司的多个油田公司应用，获得了良好的效果。
关键词：气体检测；无线传输；数据采集分析

0 引言
    本文叙述：1)利用数据采集及无线传输技术，实现空气泡沫驱采出井气体氧气及可燃气体的在线检测；2)基于信息化等软件技术，实现检测指标的在线分析，实现极限报警、趋势预警及历史数据的统计分析，为安全生产提供技术保障；3)系统研究采出气数据采集及监控分析系统的设计方案，在符合油田安全环保标准的前提下，实现信息的事实监测及分析，保障油田安全生产。

1 主要目标
    (1)充分利用现有数据采集及数据传输技术，实现油井产出气的及时采集及传输，提高数据采集的实时性和准确性；
    (2)利用先进的油田信息化技术，对采集数据进行分析，实现生产工况的实时展示，为技术人员进行技术分析提供新的手段；
    (3)定时监测采出井氧气等含量，确保该项目正常运行，实现远程监控；
    (4)在采出井的井口安装在线监测装置，监测气体含量变化；
    (5)将定时监测的氧气等含量数据远传至监控室，实现监测信息展示；
    (6)当氧气、可燃气体含量超过预定指标时，实现气体的实时异常报警。
2 能够有效达到研发目标的先进技术性能指标
    (1)系统设计符合油田公司安全环保相关标准；
    (2)产出气监测信息实现与注入井、泵站监测信息的系统整合；
    (3)系统性能稳定、运行可靠、界面友好；
    (4)软件研发采用先进技术，符合国家信息化技术标准。

3 实施方案
    (1)需求分析：针对油田实际业务，进行产出气在线监测系统的详细需求分析；
    (2)系统设计：在需求分析的基础上进行系统的概要设计、详细设计，为系统开发提供指导；
    (3)系统开发：在需求分析和系统设计的基础上，完成监测系统的硬件设计及制造，完成各个功能模块的软件开发；
    (4)系统安装及运行：在完成硬件制造、软件开发的基础上，进行系统的现场施工与调试，最终实现系统正常运行。

4 能够有效实现创新技术指标的具体研发方案
    本项目将与注入井、泵站监测系统实现系统整合，共同保障港复杂断块油藏空气泡沫驱采实验的顺利进行。通过本项目研究，为油田加强生产井的安全监测与生产控制，保障油田安全生产提供了可靠的技术手段。本项目建成后，一方面将为油田工程技术人员进行产出气相关工况的统计分析提供可靠的手段，节省大量的人力资源，提高数据的准确性和同一性；另一方面，可有效地解决由于有部分的氧气从生产井中产出，与产出流体中的天然气混合，给油井生产、流体集输造成的安全隐患。
4．1 在线式气体检测系统的设计及施工
4．1．1 监测原理及流程

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    系统主要由带有数据显示功能的气体检测变送器、电磁阀、GPRS数据采集与控制模块、工业控制计算机等构成，示意图如图2所示。

4．1．2 监测现场工艺流程现场效果

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4．2 现场设备特点及功能
    (1)气体检测机柜距油气分离器直线距离20～30m；
    (2)气体检测机柜距放空点直线距离5m，放空端抬高3m(做防雨帽保护)；
    (3)气体取样管线、放空管线采用镀锌管，与机柜连接处采用螺纹连接方式(机柜内材料及接头为不锈钢)；
    (4)气体变送器具备远传及就显双重模式；
    (5)采样管线、放空管线做保温处理，分别采用DNl5镀锌管、DN25镀锌管；
    (6)220VAC采用航空插头接入方式，若不配加热带功率为220V／10A；否则需提供220V／50A电源接入功率；
    (7)采集控制柜采用撬装方式，便于安装及运输。

4．3 监测现场快速对接端口
    (1)进出口管线快速对接插件
    (2)电源进线快速对接插件
4．4 监测现场采集控制柜

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4．5 气体检测控制柜性能指标
    (1)测量设备和数据检测控制设备采用上下分区布置，螺纹连接成一组合体；
    (2)气体测量变送器具备就地显示和数据远传双重功能，可实现就地观看数据及远距离检测；
    (3)机柜内设备选用不锈钢材质，具有良好的耐腐蚀性能；
    (4)进出口管线、排污口均采用快速插件的连接方式，便于快速组装及拆移；
    (5)气体检测机柜尺寸：鞘块(高)：200mm，气体检测箱：600(长)×250(宽)×500mm(高)；数据控制传输箱：600(长)×250(宽)×250mm(高)；
    (6)箱体联合处用防爆软管连接；
    (7)设计有吊装环及散热孔；
    (8)数据采集与控制柜最大外形尺寸：高1050mm，长600mm，宽250mm。
4．6 主要设备及配件
    (1)气体变送器

    (2)G-4500无线传输模块。一台设备上即实现了数据采集、GPRS数据采集与控制模块，通讯方式为GPRS，工作温度-25～+70℃。以太网通讯、GPRS通讯、GPS定位、串口通讯的无缝切换。CPU：80186，80MHz MiniOS7操作系统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协议，TCP／IP协议支持Vxcomm技术提供SD卡插槽，内置GPRS／GSM通讯模块，内置GPS模块128×64 dotsLCM显示。
    (3)工业控制计算机。实现监测数据的显示、报警、预警以及历史数据的查询及展示。
    (4)组合式开关电源：120WDC电源，输入电压AC220V，输出电压DC24V 5A。
    (5)防爆电磁阀：国产常闭型不锈钢防爆电磁阀，防爆等级为dIIBT6，公称直径DN15，压力1．6MPa，介质温度最高60℃，螺纹连接，供电DC24V。
    (6)气体流量控制器：不锈钢气体流量控制器，公称直径DNI5，介质温度最高120℃，螺纹连接，入口压力1～2MPa，出口压力0～0．1MPa可调。
    (7)其它部件：仪器柜、普通阀门、管线、缓冲过滤器等。仪器柜外部管线采用镀锌管，仪器柜内部测量管线采用耐压大于1MPa的软管或不锈钢管，缓冲器采用100mm不锈钢管。
4．7 监测气体引入方式
    气体由油管引入，经过普通阀门、气体流量控制器、防爆电磁阀、缓冲过滤器进入测量管线，测量管线向外延伸20～30m，管线末端高约3m，和大气连通，测量管线内压力为大气压力的±10％。
4．8 在线监测数据分析及统计系统
    采集显示检测气体的相关参数，数据存入数据库，具有实时报警、描绘曲线、数据查询等功能。
    (1)安全监测极限报警。实时跟踪监测数据的变化，当系统监测信息达到安全监测极限值时，系统自动触发报警功能，通知相关人员，采取措施，消除事故隐患。
    (2)安全监测信息趋势预警及极限预测。通过建立数学模型，实时分析监测信息变化趋势，当相关指标出现上升趋势或相关指标发生急剧变化时，及时发出预警信息，并预测安全极限时间。
    (3)检测信息统计分析。实现检测历史数据的查询及展示，利用监测信息自动生成监测信息班报表、日报表、月报表。