CN112065371A - 气体监控系统及采油树 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气体监控系统及采油树，涉及油田开采技术领域。气体监控系统，用于检测采油树的气体泄漏状态，包括，气体检测仪、紧急切断阀门组件；紧急切断阀门组件包括紧急切断阀门和紧急切断阀门处理器，采油树的主管线和生产管线之间设有紧急切断阀门；气体检测仪设置在油气井场所的大气环境中，用于检测待测气体在大气中的浓度；气体检测仪与紧急切断阀门处理器通讯连接；紧急切断阀门处理器和紧急切断阀门通讯连接。由于气体检测仪可以感知有害气体的微量泄漏，从而有利于保护现场工作人员。采油树包括上述气体监控系统。
Description
技术领域
本发明涉及油田开采技术领域，尤其涉及一种气体监控系统及采油树。
背景技术
在油田开采过程中，有害气体泄漏难以避免。在采油树附近，常见的易泄漏有害气体包括硫化氢、一氧化碳、甲烷和乙烷等。这些有害气体损害人的身体健康，长时间接触低浓度的有害气体就可引发头痛、头昏、失眠，而高浓度的有害气体则可在短时间内引发昏迷甚至死亡。另外，这些有害气体往往易燃易爆，有害气体的泄漏可引发火灾和燃烧爆炸，极易威胁人员和财产的安全。
现有技术中，如图1所示，采油树一般包括主管线30和生产管线40，主管线30连通油管。主管线30上设置有主阀门50，生产管线40上设置有生产阀门60。生产管线40上还设有压力计80和流量计90。通过压力计80与流量计90配合使用，来判断是否有害气体泄漏。其中，压力计80可以感知管线内的压力变化，流量计90可以感知管线内的流量变化。当管线内压力骤减、流量骤增时，就可以做出管线泄漏的判断。
然而，当管线发生微量泄漏时，压力计80与流量计90无法及时感知，从而危害工作人员的身体健康。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种气体监控系统及采油树，以克服现有技术的一些不足。
本发明提供一种气体监控系统，用于检测采油树的气体泄漏状态，包括，气体检测仪、紧急切断阀门组件；所述紧急切断阀门组件包括紧急切断阀门和紧急切断阀门处理器，所述采油树的主管线和生产管线之间设有所述紧急切断阀门；所述气体检测仪设置在油气井场所的大气环境中，用于检测待测气体在大气中的浓度；所述气体检测仪与所述紧急切断阀门处理器通讯连接；所述紧急切断阀门处理器和所述紧急切断阀门通讯连接。
如上所述的气体监控系统，可选地，所述气体检测仪安装在管线外壁和/或容器外壁和/或油气井场所地面。
如上所述的气体监控系统，可选地，所述紧急切断阀门还包括所述采油树的生产阀门和/或主阀门。
如上所述的气体监控系统，可选地，所述气体检测仪有多个，多个所述气体检测仪分散分布。
如上所述的气体监控系统，可选地，所述气体检测仪包括气体传感器、气体检测仪处理器、气体检测仪存储器和气体检测仪显示器；所述气体检测仪与远程主控室通讯连接。
如上所述的气体监控系统，可选地，所述紧急切断阀门组件包括报警单元。
如上所述的气体监控系统，可选地，所述紧急切断阀门组件包括存储单元。
如上所述的气体监控系统，可选地，所述紧急切断阀门组件包括显示单元。
如上所述的气体监控系统，可选地，所述紧急切断阀门处理器与远程主控室通讯连接。
本发明还提供一种采油树，包括上述的气体监控系统。
由于在采油树附近的大气环境中安装了气体检测仪，气体检测仪可以感知有害气体的微量泄漏，从而有利于保护现场工作人员。
附图说明
图1为背景技术中气体监控系统的安装示意图；
图2为本发明一实施例提供的气体监控系统的安装示意图；
图3为图2中A区域的局部放大示意图；
图4为本发明另一实施例提供的气体监控系统的安装示意图；
图5为本发明紧急切断阀门组件的结构示意图；
图6为本发明气体检测仪的结构示意图；
图7为本发明的气体监控系统的结构示意图。
附图标记：
30：主管线；
40：生产管线；
50：主阀门；
60：生产阀门；
80：压力计；
90：流量计；
100：气体检测仪；
110：气体传感器；
120：气体检测仪处理器；
130：气体检测仪存储器；
140：气体检测仪显示器；
200：紧急切断阀门组件；
210：紧急切断阀门；
220：紧急切断阀门处理器；
230：报警单元；
240：存储单元；
250：显示单元；
300：主管线；
400：生产管线；
500：主阀门；
600：生产阀门；
700：远程主控室。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
下面将结合附图详细的对本发明的内容进行描述，以使本领域技术人员能够更加详细的了解本发明的内容。
如图2至图7所示，本实施例提供了一种气体监控系统，用于检测采油树的气体泄漏状态，包括，气体检测仪100、紧急切断阀门组件200；紧急切断阀门组件200包括紧急切断阀门210和紧急切断阀门处理器220，采油树的主管线300和生产管线400之间设有紧急切断阀门210；气体检测仪100设置在油气井场所的大气环境中，用于检测待测气体在大气中的浓度；气体检测仪100与紧急切断阀门处理器220通讯连接；紧急切断阀门处理器220和紧急切断阀门210通讯连接。
如图1所示，为了检测采油树的气体泄漏状态，现有技术通过压力计80与流量计90配合使用，来判断是否有害气体泄漏。其中，压力计80可以感知管线内的压力变化，流量计90可以感知管线内的流量变化。当管线内压力骤减、流量骤增时，就可以做出管线泄漏的判断。
现有技术无法及时感知管线的微量泄漏，也无法快速、高效地判断出泄漏地点。这是由于压力计80和流量计90在感知细微的压力和流量变化时，无法在油气微量泄漏和油气生产的正常浮动之间进行选择。此时，只能依赖长期观察和现场巡检来做进一步地判断，该过程缓慢且泄漏的有害气体容易危害工作人员的身体健康。
本实施例采用暴露在大气中的气体检测仪100来感知监控点大气中有害气体的浓度，气体检测仪100所在位置即为监控点。气体检测仪100可以实时在监控点感知待测气体在大气中的浓度。一旦采油树发生泄漏，即可检测出待测气体的浓度变化，不论待测气体的泄漏量大小。待测气体可以是硫化氢、一氧化碳、天然气等。
气体检测仪100将待测气体浓度实时反馈至气体检测仪处理器120。
当监控点附近的空气中含有微量待测气体时，气体检测仪100即可感知待测气体的微量泄漏，由于泄漏并不严重，情况并不紧急，采油树可以先保持正常生产，但需要立刻通知工作人员进行维护，缩短了有害气体微量泄漏的验证时间和过程。
工作人员此时应配备安全防护措施到该监控点附近进行巡检，防护措施可以包括口罩、防毒面具等。在有害气体微量泄漏时，安全防护措施的配备有利于工作人员的身体健康。
现有技术无法通过仪器自动感知有害气体的微量泄漏，所以在有害气体发生微量泄漏时，工作人员无法知道应该配戴防护措施进行巡检，所以容易引发中毒事件。
当气体检测仪100感知待测气体浓度极高时，此时可以确定在该监控点附近已发生待测气体严重泄漏。由于泄漏严重，为了避免火灾、爆炸或人员伤亡等灾难性事件的发生，应立即停止采油树生产作业。
由于气体检测仪100与紧急切断阀门处理器220通讯连接，气体检测仪处理器120将有害气体严重泄漏的信号快速传输至紧急切断阀门处理器220，又由于紧急切断阀门处理器220与紧急切断阀门210通讯连接，紧急切断阀门处理器220可以迅速关闭紧急切断阀门210。
紧急切断阀门210设置在采油树的主管线300和生产管线400之间，关闭紧急切断阀门210就可以停止生产管线400的油气生产，避免有害气体进一步地扩散。由于全自动化的操作，整个过程耗时短，有利于避免灾难性事件的发生。
本技术方案由于采用了一种气体监控系统，用于检测采油树的气体泄漏状态，包括，气体检测仪100、紧急切断阀门组件200；紧急切断阀门组件200包括紧急切断阀门210和紧急切断阀门处理器220，采油树的主管线300和生产管线400之间设有紧急切断阀门210；气体检测仪100设置在油气井场所的大气环境中，用于检测待测气体在大气中的浓度；气体检测仪100与紧急切断阀门处理器220通讯连接；紧急切断阀门处理器220和紧急切断阀门210通讯连接的技术手段，气体检测仪100可以感知有害气体的微量泄漏，从而有利于保护现场工作人员，也有利于缩短有害气体微量泄漏的验证时间和过程；而通讯连接的气体检测仪100与紧急切断阀门处理器220以及通讯连接的紧急切断阀门处理器220和紧急切断阀门210，有利于在有害气体严重泄漏时，全自动化快速地停止生产管线400的油气生产，整个过程耗时短，有利于避免灾难性事件的发生。
可选地，本实施例的气体检测仪100安装在管线外壁和/或容器外壁和/或油气井场所地面。如图2所示，气体检测仪100安装在管线外壁上；图3为图2的局部放大图。
气体检测仪100可以安装在管线外壁和/或容器外壁和/或油气井场所地面，由于气体检测仪100的安装位置均在管线、设备的外部，所以安装、拆卸、维护、升级气体检测仪100不会干扰油气井的正常生产，有利于降低气体监控系统的运营成本。
工作人员可以根据维护记录和现场情况，灵活地改变气体检测仪100的安装位置和气体检测仪100的安装数量，例如在近期发现的有害气体泄漏高发地增加气体检测仪100的安装数量，有利于提升气体监控系统的监控性能。
本技术方案采用了气体检测仪100安装在管线外壁和/或容器外壁和/或油气井场所地面的技术手段，所以有利于降低气体监控系统的运营成本，也有利于提升气体监控系统的监控性能。
可选地，本实施例的紧急切断阀门210还包括采油树的生产阀门600和/或主阀门500。如图4所示，紧急切断阀门210可以为主阀门500中的一个。
在油气井生产过程中，原油及部分天然气沿井筒中的油管进入采油树，经采油树主管线300上的主阀门500进入生产管线400，再通过生产管线400上的生产阀门600进入回压管线。主阀门500至少有一个，但压力高的油气井需要配备两个主阀门500。类似地，生产阀门600至少有一个，但压力高的油气井在生产管线400上需要配备两个生产阀门600。
紧急切断阀门210可以独立于主阀门500和生产阀门600，设置在主管线300和生产管线400之间。但由于阀门本身就是有害气体泄漏的高发点，过多的阀门增大了有害气体泄漏的发生率。
原有的生产阀门600经改造可以升级为紧急切断阀门210，类似地，原有的主阀门500经改造也可以升级为紧急切断阀门210，相比于独立的紧急切断阀门210，减少了阀门的数量，从而有利于降低有害气体泄漏的发生率；又由于改造往往比安装成本低，所以有利于推广应用。
本技术方案由于采用了紧急切断阀门210还包括采油树的生产阀门600和/或主阀门500的技术手段，所以有利于减少阀门的总量，从而有利于降低有害气体泄漏的发生率；又由于改造往往比安装成本低，所以有利于推广应用。
可选地，本实施例的气体检测仪100有多个，多个气体检测仪100分散分布。
当有害气体泄漏时，一般越靠近泄漏点，大气中的有害气体的浓度越高。每个气体检测仪100都可以感知其所在监控点待测有害气体的浓度。工作人员通过分析分散分布的各个监控点处有害气体的浓度，可以快速判断泄漏点的大概位置。分散分布的气体检测仪100，有利于工作人员快速判断泄漏点的大概位置。
本技术方案由于采用了体检测仪有多个，多个气体检测仪100分散分布的技术手段，有利于工作人员快速判断泄漏点的大概位置。
如图6所示，可选地，本实施例的气体检测仪100包括气体传感器110、气体检测仪处理器120、气体检测仪存储器130和气体检测仪显示器140；所述气体检测仪100与远程主控室700通讯连接。
气体传感器110可以将大气中待测气体的浓度转换为可以被工作人员、仪器仪表、计算机等利用的信息。不同种类的气体传感器110有着不同的工作原理，但它们均有利于快速发现有害气体的泄漏。
本实施例中的气体传感器110可以应用激光吸收光谱技术(TDLAS)确定待测气体在大气中的浓度。具体地，远程激光吸收光谱仪发射具有特定波长的激光束，控制器对返回的反射波进行分析，从而确定待测气体的浓度。该方法中的待测气体可以是天然气、一氧化碳、硫化氢、三氧化硫等。
本实施例中的气体传感器110也可以应用红外成像气体检测技术确定待测气体在大气中的浓度。具体地，可以使用光学气体成像设备，应用红外热成像技术，在图像上观察是否有待测气体泄漏。该方法可以检测20多种石油石化行业的危险气体，且该方法直观、高效、安全，有利于推广应用。
本实施例中的气体传感器110还可以是恒电位电解式传感器、电导型传感器等。
气体检测仪处理器120可以处理气体传感器110所感知的待测气体的浓度，并形成待测气体浓度随时间变化的曲线。气体检测仪处理器120将待测气体的浓度实时反馈至气体检测仪存储器130、远程主控室700和气体检测仪100附近的所有紧急切断阀门组件200，有利于工作人员对泄露点大概位置的准确判断。
气体检测仪存储器130负责存储待测气体浓度随时间变化的数据，每个气体检测仪100中的气体检测仪存储器130均与该气体检测仪100中的气体检测仪处理器120通讯连接，从而接收存储来自该气体检测仪100中的气体传感器110的待测气体的浓度数据。另外，工作人员也可通过远程主控室700和该气体检测仪100附近的所有紧急切断阀门组件200调取该气体检测仪存储器130内的数据。气体检测仪存储器130的设置有利于工作人员获取待测气体浓度的历史数据。
每个气体检测仪100均配备有气体检测仪显示器140，气体检测仪显示器140可以实时显示待测气体的浓度数据，也可显示该气体检测仪100中气体检测仪存储器130内存储的数据，例如待测气体浓度随时间变化的曲线，有利于工作人员获取直观的待测气体浓度信息。
本技术方案由于采用了气体检测仪100包括气体传感器110、气体检测仪处理器120、气体检测仪存储器130和气体检测仪显示器140；所述气体检测仪100与远程主控室700通讯连接的技术手段，有利于快速发现有害气体的泄漏，也有利于工作人员获取待测气体浓度的历史数据和直观信息。
如图5所示，可选地，本实施例的紧急切断阀门组件200包括报警单元230。
紧急切断阀门组件200的报警单元230包括指示灯和蜂鸣器。指示灯通过闪烁，蜂鸣器通过鸣叫，通知工作人员其对应的紧急切断阀门210处于关闭状态，有利于工作人员快速判断各个紧急切断阀门210的开关状态。
本技术方案由于采用了紧急切断阀门组件200包括报警单元230的技术手段，有利于工作人员快速判断各个紧急切断阀门210的开关状态。
如图5所示，可选地，本实施例的紧急切断阀门组件200包括存储单元240。
紧急切断阀门组件200的存储单元240可以存储该紧急切断阀门210历史工作状态，例如紧急切断阀门210关闭的时间点和紧急切断阀门210开启的时间点。紧急切断阀门组件200的存储单元240还可以存储其附近所有气体检测仪100的检测数据。紧急切断阀门组件200中存储单元240的设置，有利于工作人员获取紧急切断阀门210历史工作状态和周边待测气体浓度的历史数据。
本技术方案由于采用了紧急切断阀门组件200包括存储单元240的技术手段，有利于工作人员获取紧急切断阀门210历史工作状态和周边待测气体浓度的历史数据。
如图5所示，可选地，本实施例的紧急切断阀门组件200包括显示单元250。
显示单元250可以实时显示紧急切断阀门组件200附近所有气体检测仪100中存储的待测气体浓度数据，也可显示紧急切断阀门组件200中存储单元240内存储的数据，还可以显示该紧急切断阀门210当前及历史工作状态，有利于工作人员获取直观的待测气体浓度信息及该紧急切断阀门210当前及历史工作状态信息，有利于工作人员对泄漏点的分析和判断。
本技术方案由于采用了紧急切断阀门组件200包括显示单元250的技术手段，有利于工作人员获取直观的待测气体浓度信息及该紧急切断阀门210当前及历史工作状态信息，有利于工作人员对泄漏点的分析和判断。
如图7所示，可选地，本实施例的紧急切断阀门处理器220与远程主控室700通讯连接。
由于紧急切断阀门处理器220与远程主控室700通讯连接，所以远程主控室700内的工作人员可以通过紧急切断阀门处理器220控制紧急切断阀门210的工作状态，例如开启或关闭紧急切断阀门210，有利于远程主控室700内的工作人员远程控制紧急切断阀门210。
另外，远程主控室700内的工作人员还可以通过紧急切断阀门处理器220调取紧急切断阀门组件200中存储单元240内的数据，有利于在有害气体泄漏时，快速判断泄漏点的大概位置。同时紧急切断阀门组件200存储单元240内的数据也有利于工作人员对采油树的日常维护。
本技术方案由于采用了紧急切断阀门处理器220与远程主控室700通讯连接的技术手段，有利于远程主控室700内的工作人员远程控制紧急切断阀门210，也有利于在有害气体泄漏时，快速判断泄漏点的大概位置。
本实施例还提供了一种采油树，包括上述的气体监控系统。
本技术方案的采油树由于采用了上述气体监控系统，在采油树附近的大气环境中安装了气体检测仪100，气体检测仪100可以感知有害气体的微量泄漏，从而有利于保护现场工作人员。
下述详细介绍了气体监控系统的工作过程。
气体检测仪100将待测气体浓度实时反馈至气体检测仪处理器120。待测气体浓度可以被三个临界值分为四档，三个临界值分别为第一临界值、第二临界值和第三临界值，三个临界值的具体数值根据待测气体的种类进行确定。第三临界值大于第二临界值，第二临界值大于第一零界值。
当待测气体的浓度小于等于第一临界值时，待测气体的浓度处于第一档，此时，在该监控点，不能察觉待测气体泄漏，采油树可以继续正常生产，工作人员正常巡检。
当待测气体的浓度大于第一临界值且小于等于第二临界值时，待测气体的浓度处于第二档，此时在该监控点，可以察觉微量泄漏的待测气体。由于泄漏并不严重，情况并不紧急，采油树可以先保持正常生产。气体检测仪100向远程主控室700发出微量泄漏信息，远程主控室700应该派遣工作人员到监控点进行巡检。
工作人员应配备安全防护措施到该监控点附近进行巡检，防护措施可以包括口罩、防毒面具等。
工作人员到达该监控点后，通过气体检测仪显示器140读取该气体检测仪存储器130所存储的待测气体的浓度数据并对附近的管线、设备进行检测。
当工作人员发现泄漏点，即可通过紧急切断阀门210，手动关闭泄漏点所在的生产管线400。如果泄漏点发生在主管线300上，也可以手动关闭主管线300上的紧急切断阀门210。
当待测气体的浓度大于第二临界值且小于等于第三临界值时，待测气体的浓度处于第三档，此时可以确定在该监控点附近已发生待测气体泄漏。气体检测仪100向远程主控室700发出泄漏信息，由于泄漏较为严重，远程主控室700的工作人员应该立刻进行分析，判断疑似泄漏点，并使用远程控制，通过紧急切断阀门210，停止疑似泄漏点所在的采油树的生产作业。
当待测气体的浓度大于第三临界值时，待测气体的浓度处于第四档，此时可以确定在该监控点附近已发生待测气体泄漏。由于泄漏严重，为了避免火灾、爆炸或人员伤亡，气体检测仪100立刻自动将数据传输至附近所有紧急切断阀门210的紧急切断阀门处理器220，各个处理器立刻关闭其控制的紧急切断阀门210，采油树停止采油作业。由于全自动化的操作，整个过程耗时短，有利于避免灾难性事件的发生。
气体检测仪100向远程主控室700发出严重泄漏信息，各个关闭的紧急切断阀门210向远程主控室700发出关闭信息。远程主控室700派遣工作人员进行现场维护。
紧急切断阀门组件200的报警单元230包括指示灯和蜂鸣器。指示灯通过闪烁，蜂鸣器通过鸣叫，通知工作人员其对应的紧急切断阀门210处于关闭状态。工作人员可以调取紧急切断阀门210存储单元240内的数据，包括该紧急切断阀门210关闭时间、该紧急切断阀门210其周边所有气体检测仪100的位置信息及其周边所有气体检测仪存储器130存储的有害气体随时间变化的浓度曲线。
为了方便工作人员读取数据，紧急切断阀门组件200包括显示单元250。显示单元250可以是显示屏。工作人员可以通过显示屏快速读取上述数据并进行分析。有利于提高工作人员的工作效率。
当完成维护后，各个关闭的紧急切断阀门210可以重新开启，采油树重新开始作业。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种气体监控系统，用于检测采油树的气体泄漏状态，其特征在于，包括，气体检测仪、紧急切断阀门组件；所述紧急切断阀门组件包括紧急切断阀门和紧急切断阀门处理器，所述采油树的主管线和生产管线之间设有所述紧急切断阀门；所述气体检测仪设置在油气井场所的大气环境中，用于检测待测气体在大气中的浓度；所述气体检测仪与所述紧急切断阀门处理器通讯连接；所述紧急切断阀门处理器和所述紧急切断阀门通讯连接。
2.根据权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于，所述气体检测仪安装在管线外壁和/或容器外壁和/或油气井场所地面。
3.根据权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于，所述紧急切断阀门还包括所述采油树的生产阀门和/或主阀门。
4.根据权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于，所述气体检测仪有多个，多个所述气体检测仪分散分布。
5.根据权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于，所述气体检测仪包括气体传感器、气体检测仪处理器、气体检测仪存储器和气体检测仪显示器；所述气体检测仪与远程主控室通讯连接。
6.根据权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于，所述紧急切断阀门组件包括报警单元。
7.根据权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于，所述紧急切断阀门组件包括存储单元。
8.根据权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于，所述紧急切断阀门组件包括显示单元。
9.根据权利要求1所述的气体监控系统，其特征在于，所述紧急切断阀门处理器与远程主控室通讯连接。
10.一种采油树，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一所述的气体监控系统。
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