CN109798104A - 一种页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于页岩气开采技术领域，公开了一种页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统及方法，设置有降尘除水装置；降尘除水装置固定安装于页岩气井的井口，降尘除水装置通过传输管线连通有气体流量采集装置，气体流量采集装置通过数据线与仪器参数监测装置连接；传输管线连通有防腐剂注入装置，防腐剂注入装置内部设置有高压喷射装置，防腐剂注入装置通过传输管线连通有防腐剂检测装置，传输管线末端与联合站集输处理装置连接处设置有防腐剂检测装置。本发明体积小，结构紧凑，采用撬装式，采用标准法兰与井口及管线连接安装简便快捷。各装置部件均采用防爆原器，用电及信号传输线缆均进行了隔离及防爆处理，具有较高的安全可靠性。
Description
技术领域
本发明属于页岩气开采技术领域，尤其涉及一种页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统及方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着页岩气项目的开展，如何安全高效，可持续性的采气已经成为一项重要的研究方向，页岩气采样分析表明页岩气中CO2分压超过CO2对金属产生腐蚀的临界值，因此在页岩气集输和开采过程中对管道会产生极大地腐蚀，但是目前采气管道及地面集输管道通常采用的是防硫管材，并没有防CO2水合物腐蚀的管材，因此对于CO2腐蚀从依靠管材防腐蚀能力是不能够解决问题的，同时目前采用的开放式防腐剂注入的防腐，没有一个实时的浓度监测及防腐蚀评估方法，一方面造成着防腐剂过量注入的浪费，另一方面造成着防腐剂用量不足而导致的腐蚀，因此在页岩气集输和开采过程中急需一种针对CO2腐蚀的防腐剂注入及监测装置。在另一方面，气井水淹问题也是一直困扰着气井产量及气井寿命的重要因素，目前为止还没有一个能够实时监控气井水淹的措施，只能通过人工的手段进行测量，人工测量只能是与气体采样一起进行，只能每隔一段时间测量一次，有可能会错过排水防止气井水淹的最佳时机。同时气井在生产过程中会有H2S等有毒有害气体一起产出，一旦H2S等有毒有害气体从管道破裂处泄漏，将会产生非常大的人员伤亡和财产损失，因此一种能够保证气井及集输管线安全、有效、长期使用的装置及方法急需应用于采气过程中。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)目前采气管道及地面集输管道通常采用的是防硫管，并没有防CO2水合物腐蚀的管材，因此对于CO2腐蚀从依靠管材防腐蚀能力是不能够解决问题的，同时目前采用的开放式防腐剂注入的防腐，没有一个实时的浓度监测及防腐蚀评估方法，一方面造成着防腐剂过量注入的浪费，另一方面造成着防腐剂用量不足而导致的腐蚀，因此在页岩气集输和开采过程中急需一种针对CO2腐蚀的防腐剂注入及监测装置。
(2)目前为止还没有一个能够实时监控气井水淹的措施，只能通过人工的手段进行测量，人工测量只能是与气体采样一起进行，只能每隔一段时间测量一次，有可能会错过排水防止气井水淹的最佳时机。
(3)气井在生产过程中会有H2S等有毒有害气体一起产出，一旦H2S等有毒有害气体从管道破裂处泄漏，将会产生非常大的人员伤亡和财产损失，目前气田开发过程中还没有一种能够有效防止管道因CO2腐蚀而导致损坏和监控气体泄漏的高效措施。
解决上述技术问题的难度：
目前仍没有有效的装置和措施来解决以上问题，因此为了解决以上问题急需一种装置能够实时检测气体的具体成分、能对气井的生产情况进行评价，对气井出水情况进行实时监测，同时能够雾化并注入防腐剂，并监测管道内防腐剂的浓度避免或减少腐蚀发生。
解决上述技术问题的意义：
上述问题的解决有效避免气井水淹的发生的提高气井的产量，同时有效的解决管道腐蚀问题，提高气井寿命，同时装置能够根据采出气体中CO2成分的变化实时调整防腐剂的注入量，避免过度注入造成的防腐剂浪费和注入不足而导致管线的腐蚀，避免或减少因管道腐蚀破裂或有毒有害气体泄漏而导致的复杂情况、人员伤亡和经济损失，提高作业的安全系数，同时提高整体的经济效益和社会效益。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统及方法。
本发明是这样实现的，一种页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统设置有：
降尘除水装置固定安装于页岩气井的井口，同时装置内安装有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，降尘除水装置内的各传感器通过数据线与监测数据采集与分析装置电连接；降尘除水装置一端与采气井口相连接，另一端装有过滤组件，过滤组件能够有效的清除气体中的水分及灰尘杂质等，同时降尘除水装置沿气体流动方向通过传输管线连通有气体流量采集装置，气体流量采集装置出入口安装有气体流量传感器；
可燃气体成分监测装置、有害气体检测装置、仪器参数监测装置、数据发射装置、数据监测采集与分析装置、供能装置集成安装于系统控制箱内，其中可燃气体成分监测装置和有害气体检测装置在气体流通管线内装有可燃气体成分监测传感器及有害气体检测传感器，传感器通过数据线与监测数据采集与分析装置电连接。仪器参数监测装置与个装置电连接，负责检测系统内个装置的工作装态，供能装置为系统的供能装置，内部安装有变压器，蓄电池，在控制箱上部安装有太阳能发电组件，组件通过电缆将电能传输给供能装置；数据发射装置与数据监测采集与分析装置电连接。数据发射装置安装有天线及有线数据传输接口，能够通过有线及无线方式将数据传输给后方监控平台。
气体流量采集装置一端与降尘除水装相连接，另一端与防腐剂注入装置相连接，防腐剂注入装置内部设置有高压喷射装置，防腐剂注入装置通过传输管线连通有防腐剂检测装置，传输管线末端与联合站集输处理装置连接处设置有防腐剂检测装置；
降尘除水装置、气体流量采集装置、仪器参数监测装置、可燃气体成分监测装置、有害气体检测装置、防腐剂注入装置、防腐剂检测装置均与监测数据采集与分析装置电连接，数据发射装置安装有天线及有线数据传输接口，能够通过有线及无线方式将数据传输给后方监控平台。
本发明能够实现在页岩油气开采和输送过程中对采出气体成分进行实时分析，实时监测采出气体的压力、温度及采出气体量，实时监测缓蚀剂浓度并能够根据气体中CO2、缓蚀剂和可燃气体成分的变化调节管道缓蚀剂注入量，从而避免或减少腐蚀发生提高管道的使用寿命和安全性。该装置的使用能够实现区域化集成监控，数据实时采集，减少了巡岗值班人员、气样采集人员和化验人员的数量，通过降低人员费用支出而降低开发成本，目前该装置能够实时监测气井出水情况，避免因人工测量方式的时间间隔而错过排水，防止气井水淹的最佳时机，从而气井产量提高经济效益。本发明所涉及装置能够根据采出气体中CO2成分的变化实时调整防腐剂的注入量，避免过度注入造成的防腐剂浪费和注入不足而导致管线的腐蚀，避免或减少因管道腐蚀破裂或泄漏而导致的复杂情况、人员伤亡和经济损失，提高作业的安全系数，同时提高整体的经济效益和社会效益。
本发明体积小，结构紧凑，采用撬装式，采用标准法兰与井口及管线连接安装简便快捷。各装置部件均采用防爆原器，用电及信号传输线缆均进行了隔离及防爆处理，具有较高的安全可靠性。
进一步，降尘除水装置和传输管线末端通过螺栓固定有可燃气体成分监测装置。
进一步，仪器参数监测装置连接有有害气体检测装置。
进一步，降尘除水装置内部通过螺丝固定有水分子测量装置。
本发明通过水分子测量装置能够及时分析气体中的水含量。
进一步，注入装置检测仪固定于传输管线端口，与防腐剂注入装置电连接。
本发明通过注入装置检测仪可以对缓蚀剂注入口的压力进行自动监测和记录。
进一步，监测数据采集与分析装置电连接有存贮硬盘。
本发明当无线及有线传输方式均失效时，监测数据采集与分析装置可将数据存储本地大容量数据存贮设备。
进一步，降尘除水装置、气体流量采集装置、仪器参数监测装置、可燃气体成分监测装置、有害气体检测装置、防腐剂注入装置、防腐剂检测装置、数据发射装置、数据监测采集与分析装置均与供能装置电连接，供能装置设置有太阳能发电组件、备用蓄电池组件和外界电源转化组件。
本发明的多能源的供能装置能够有效的提供装置各个装置有效运行所需要的电能，保证整个装置的有效运行。室内模拟实验证明本系统对预混气体(包含水分子、页岩气、CO2、H2S、有机防腐剂)检测的平均准确率达到96.4％，采用目前大范围应用的有机防腐剂进行对比性的实验。每100小时管道腐蚀率减少3.16％。实验结果表明本系统能够满足作业现场实际需求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统结构示意图；
图中：1、降尘除水装置；2、气体流量采集装置；3、仪器参数监测装置；4、可燃气体成分监测装置；5、有害气体检测装置；6、防腐剂注入装置；7、防腐剂检测装置；8、数据发射装置；9、数据监测采集与分析装置；10、供能装置。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统包括：降尘除水装置1、气体流量采集装置2、仪器参数监测装置3、可燃气体成分监测装置4、有害气体检测装置5、防腐剂注入装置6、防腐剂检测装置7、数据发射装置8、数据监测采集与分析装置9、供能装置10。
降尘除水装置1固定安装于页岩气井的井口，降尘除水装置1通过传输管线连通有气体流量采集装置2，气体流量采集装置2内部通过螺丝固定有气体流量传感器和压力传感器、温度传感器，气体流量采集装置2通过数据线与仪器参数监测装置3连接；
传输管线连通有防腐剂注入装置6，防腐剂注入装置6内部设置有高压喷射装置，防腐剂注入装置6通过传输管线连通有防腐剂检测装置7，传输管线末端与联合站集输处理装置连接处设置有防腐剂检测装置7；
降尘除水装置1、气体流量采集装置2、仪器参数监测装置3、可燃气体成分监测装置4、有害气体检测装置5、防腐剂注入装置6、防腐剂检测装置7均与监测数据采集与分析装置电连接，监测数据采集与分析装置通过有线或无线信号与监控终端连接。
进一步，降尘除水装置1和传输管线末端通过螺栓固定有可燃气体成分监测装置4。
进一步，仪器参数监测装置3连接有有害气体检测装置5。
进一步，降尘除水装置1内部通过螺丝固定有水分子测量装置。
进一步，注入装置检测仪固定于传输管线端口，与防腐剂注入装置6电连接。
进一步，监测数据采集与分析装置电连接有存贮硬盘。
进一步，降尘除水装置1、气体流量采集装置2、仪器参数监测装置3、可燃气体成分监测装置4、有害气体检测装置5、防腐剂注入装置6、防腐剂检测装置7、数据发射装置8、数据监测采集与分析装置9均与供能装置电连接，供能装置设置有太阳能发电组件、备用蓄电池组件和外界电源转化组件。
本发明的工作原理是：
降尘除水装置1固定安装于页岩气井的井口，同时装置内安装有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，降尘除水装置1内的各传感器通过数据线与监测数据采集与分析装置电连接；降尘除水装置1一端与采气井口相连接，另一端装有过滤组件，过滤组件能够有效的清除气体中的水分及灰尘杂质等保证取样气体清洁干燥，防止采出气体中的杂质对气体分析仪器分析结果造成影响而产生误差。，同时降尘除水装置1沿气体流动方向通过传输管线连通有气体流量采集装置2，装置降尘除水装置1自身的水分子测量装置能够及时分析气体中水含量；气体流量采集装置2与仪器参数监测装置3通过信号线进行数据传输，气体流量采集装置2出入口安装有气体流量传感器其特征在于，安装于该装置上的气体流量传感器和压力、温度传感器能够计量采出气体压力、温度及流量。可燃气体成分监测装置4、有害气体检测装置5、仪器参数监测装置3、数据发射装置8、数据监测采集与分析装置9、供能装置10集成安装于系统控制箱内，其中可燃气体成分监测装置4和有害气体检测装置5在气体流通管线内装有可燃气体成分监测传感器及有害气体检测传感器，传感器通过数据线与监测数据采集与分析装置9电连接。仪器参数监测装置3与个装置电连接，负责检测系统内个装置的工作装态，供能装置10为系统的供能装置，可燃气体成分监测装置4能够实时传递可燃气体的浓度及组分，有害气体检测装置5能够实时传递有害气体的浓度。防腐剂注入装置6通过高压喷射装置将防腐剂雾化，并均匀的注入传输管线。防腐剂检测装置7包括两台其中一台一端与防腐剂注入装置连接另一端与气体传输管线连接，另一台防腐剂检测装置一端连接于传输管线另一端与联合站集输处理装置连接，两台防腐剂检测装置7的使用，能够保证从采出井口至联合站集中处理前传输管线中防腐剂含量能够实时采集，装置分析后对防腐剂注入装置发送指令向管道内注入雾化防腐剂，保证气体中雾化防腐剂的含量同时保证系统管道防腐作用有效。监测数据采集与分析装置9通过分析采集数据分析井下压力情况、气井水淹情况、伴生二氧化碳的量以及井下可燃气体氧化产生二氧化碳的量。注入装置检测仪器连接于传输管线端口对缓蚀剂注入口的压力进行自动监测和记录。数据发射装置8与数据监测采集与分析装置9通过数据线连接。其特征在于：数据发射装置8安装有天线及有线数据传输接口，能够通过有线及无线方式将数据传输给后方监控平台。数据发射装置8将监测数据采集与分析装置9处理分析后的各监测传感器或传感器单元组合采集数据通过无线方式将数据发射至监控平台。同时将数据通过有线方式传输，当无线及有线传输方式均失效时，装置将数据存储本地大容量数据存贮设备。监测数据采集与分析装置9安装有配套监测、分析软件模块，对各种原始数据进行采集、转化、存储和分析，分析判断采气井采气及气体传输状态，遇到异常情况时通过后方平台进行提示及报警。供能装置10是本发明专利的能源供应装置，组件通过电缆将电能传输给供能装置；其结构包括：太阳能发电组件、备用蓄电池组件和外界电源转化组件。多能源的供能装置能够有效的提供装置各个装置有效运行所需要的电能，保证整个装置的有效运行。
室内模拟实验证明本系统对预混气体(包含水分子、页岩气、CO2、H2S、有机防腐剂)检测的平均准确率达到96.4％，采用目前大范围应用的有机防腐剂进行对比性的实验。每100小时管道腐蚀率减少3.16％。实验结果表明本系统能够满足作业现场实际需求。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统，其特征在于，所述页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统设置有：
降尘除水装置；
降尘除水装置固定安装于页岩气井的井口，同时装置内安装有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，降尘除水装置内的各传感器通过数据线与监测数据采集与分析装置电连接；降尘除水装置一端与采气井口相连接，另一端装有过滤组件；同时降尘除水装置沿气体流动方向通过传输管线连通有气体流量采集装置，气体流量采集装置出入口安装有气体流量传感器；
可燃气体成分监测装置、有害气体检测装置、仪器参数监测装置、数据发射装置、数据监测采集与分析装置、供能装置集成安装于系统控制箱内，其中可燃气体成分监测装置和有害气体检测装置在气体流通管线内装有可燃气体成分监测传感器及有害气体检测传感器，传感器通过数据线与监测数据采集与分析装置电连接。仪器参数监测装置与个装置电连接，负责检测系统内个装置的工作装态，供能装置为系统的供能装置，内部安装有变压器，蓄电池，在控制箱上部安装有太阳能发电组件，组件通过电缆将电能传输给供能装置；数据发射装置与数据监测采集与分析装置电连接；数据发射装置安装有天线及有线数据传输接口，能够通过有线及无线方式将数据传输给后方监控平台；
气体流量采集装置一端与降尘除水装相连接，另一端与防腐剂注入装置相连接，防腐剂注入装置内部设置有高压喷射装置，防腐剂注入装置通过传输管线连通有防腐剂检测装置，传输管线末端与联合站集输处理装置连接处设置有防腐剂检测装置；
降尘除水装置、气体流量采集装置、仪器参数监测装置、可燃气体成分监测装置、有害气体检测装置、防腐剂注入装置、防腐剂检测装置均与监测数据采集与分析装置电连接，数据发射装置安装有天线及有线数据传输接口，能够通过有线及无线方式将数据传输给后方监控平台。
2.如权利要求1所述的页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统，其特征在于，降尘除水装置和传输管线末端通过螺栓固定有可燃气体成分监测装置。
3.如权利要求1所述的页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统，其特征在于，仪器参数监测装置连接有有害气体检测装置。
4.如权利要求1所述的页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统，其特征在于，降尘除水装置内部通过螺丝固定有水分子测量装置。
5.如权利要求1所述的页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统，其特征在于，注入装置检测仪固定于传输管线端口，与防腐剂注入装置电连接。
6.如权利要求1所述的页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统，其特征在于，监测数据采集与分析装置电连接有存贮硬盘。
7.如权利要求1所述的页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统，其特征在于，降尘除水装置、气体流量采集装置、仪器参数监测装置、可燃气体成分监测装置、有害气体检测装置、防腐剂注入装置、防腐剂检测装置、数据发射装置、数据监测采集与分析装置均与供能装置电连接，供能装置设置有太阳能发电组件、备用蓄电池组件和外界电源转化组件。
8.一种运行权利要求1所述页岩气远程采气监测及地面管线防腐系统的页岩气远程采气监测及地面管线防腐方法，其特征在于，所述页岩气远程采气监测及地面管线防腐方法包括：降尘除水装置自身的水分子测量装置能够及时分析气体中水含量同时装置降尘除水装置保证取样气体清洁干燥，防止采出气体中的杂质对气体分析仪器分析结果造成影响而产生误差；气体流量采集装置与仪器参数监测装置通过信号线进行数据传输，安装于该装置上的气体流量传感器和压力、温度传感器能够计量采出气体压力、温度及流量；可燃气体成分监测装置分别连接在降尘除水装置和传输管线末端，有害气体检测装置连接于仪器参数监测装置上能够实时传递有害气体的浓度；防腐剂注入装置通过高压喷射装置将防腐剂雾化，并均匀的注入传输管线；防腐剂检测装置包括两台其中一台一端与防腐剂注入装置连接另一端与气体传输管线连接，另一台防腐剂检测装置一端连接于传输管线另一端与联合站集输处理装置连接，两台防腐剂检测装置的使用，保证从采出井口至联合站集中处理前传输管线中防腐剂含量能够实时采集，装置分析后对防腐剂注入装置发送指令向管道内注入雾化防腐剂，保证气体中雾化防腐剂的含量同时保证系统管道防腐作用有效；
监测数据采集与分析装置通过分析采集数据分析井下压力情况、气井水淹情况、伴生二氧化碳的量以及井下可燃气体氧化产生二氧化碳的量；注入装置检测仪器连接于传输管线端口对缓蚀剂注入口的压力进行自动监测和记录；数据发射装置将监测数据采集与分析装置处理分析后的各监测传感器或传感器单元组合采集数据通过无线方式将数据发射至监控平台；同时将数据通过有线方式传输，当无线及有线传输方式均失效时，装置将数据存储本地大容量数据存贮设备。监测数据采集与分析装置安装有配套监测、分析软件模块，对各种原始数据进行采集、转化、存储和分析，分析判断采气井采气及气体传输状态，遇到异常情况时通过后方平台进行提示及报警。
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