CN115047809A - 一种基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，包括：测试数据采集系统采集地面流程节点参数并进行存储及显示；根据测试数据采集系统智能分析策略，通过采集的参数判断地面设备及流程是否出现异常；当分析的结果符合地面设备及流程异常特征时进行预警，并将现场摄像头监控画面切换至相关数据来源的传感器位置；通知相关作业人员进行巡检确认；当直接发现紧急情况时，通过测试数据采集系统控制ESD系统紧急关断地面安全阀。通过测试数据采集系统实时获取地面测试流程关键节点参数和环境参数，进行分析和判异，缩短关断系统的操作时间，保障系统的完好性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，属于石油、天然气勘探开发领域。
背景技术
在地面测试流程中，地面安全阀作为流程的应急关断装置，出现紧急情况可关闭该阀以截断流程上游流体，对流程下游的设备起到安全保护作用。该阀通过ESD系统(即液压控制面板和远程关断按钮)进行关断。通常情况下，液压控制面板置于地面安全阀旁，远程控制按钮设置于钻台、油嘴管汇、测试分离器和安全通道等位置，出现紧急情况，测试作业人员可通过上述位置的关断按钮进行远程紧急关断；但是在紧急情况发生时，作业人员可能从事相关设备操作、流体取样分析等工作，如再去操作紧急关断装置，可能造成时间延误，致使出现较严重的后果。同时，上述紧急关断操作均处于事后管控状态，即需要作业人员巡检并及时发现问题，即发现问题时，可能已对地面流程设备造成损坏或地层流体的泄漏。
现有技术是，作业人员巡检发现异常情况后再到ESD系统远程控制按钮设置位置进行操作以关断地面安全阀，该技术存在以下不足：
依赖于现场作业人员的巡检和风险识别，出现紧急情况时响应时间较慢，对于高温高压井、高产气井等高难度测试作业，时候风险控制能力不够；
测试作业设备较多，高温高压井、加砂压裂井、深水深层井测试工艺流程复杂，无法完全通过现场作业人员的巡检及时发现问题；过多的依赖事后的应急处理，在事前缺乏判异及应对措施，
因此，及时发现并识别地面流程风险及不安全状态，并快速操作关断系统进行控制，是避免出现更为严重后果的关键。
发明内容
本发明设计开发了一种基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，通过测试数据采集系统实时获取地面测试流程关键节点参数和环境参数，进行分析和判异，缩短关断系统的操作时间，保障系统的完好性。
本发明提供的技术方案为：
一种基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，包括：
通过测试数据系统采集地面流程节点参数，并进行存储、显示及分析；
根据测试数据采集系统，通过采集的参数判断地面设备及流程的情况：
当节流油嘴上下游压差偏离的大于等于15％时，判定流体持续含砂，造成节流油嘴浑浊；
油嘴管汇上下游压力减小值小于15％时，油嘴管汇上游流程出现泄露；
地面测试系统所在环境出现可燃气体或有毒有害气体时，判定地面流程存在泄露；
其中，可燃气体浓度阈值为5％LEL，硫化氢浓度阈值为5ppm，一氧化碳浓度阈值为10ppm，二氧化碳浓度阈值为1000ppm；
对地面流程管路的振动情况进行监测，监测点选取径向水平和径向垂直两个方向，管道固有频率的计算公式为：
式中，λ为管道的固有谐振系数，管道两端简支的一阶谐振系数λ1＝π，二阶谐振λ2＝2π，管道两端固支的；λ1＝4.73，λ2＝7.85，ls为管道支架间距，单位为m，J为管道断面惯性矩，单位为m4，E为材料的弹性模量，单位为 kg/m2，g为重力加速度，A为管道截面积，单位为m2，R为管道外径，单位为m；
对管管路中气体和液体的流量进行监测，当气体瞬时流量增大且液体瞬时流量降低，则分离器出现气路管线窜液的情况；
当气体瞬时流量减小且液体瞬时流量增大，分离器出现液路窜气的情况；
当罐液位持续升高至设定值的80％时，出口阀门或液位看窗堵塞；
当上述分析的结果符合地面设备及流程异常特征时，则进行预警，同时将现场摄像头监控画面切换至相关数据来源的传感器位置；通知相关作业人员进行巡检确认，通过数据测试数据采集系统控制ESD紧急关断系统紧急关断地面安全阀。
优选的是，ESD紧急关断系统包括：专用关断继电器、执行电磁阀、关断系统处理器。
优选的是，所述测试数据采集系统的输出端电连接所述专用关断继电器；
所述专用关断继电器的输出端同时电连接执行电磁阀和所述关断系统处理器；
所述关断系统处理器的输出端电联接所述测试数据采集系统。
优选的是，所述地面流程节点参数包括：井筒套管压力、地面流程井口压力、井口温度、井口回压、分离器压力、分离器温度、天然气流量、天然气温度、原油流量、原油温度、水流量、计量罐液位、作业区域可燃气体浓度、流程管线振动数据。
优选的是，所述测试数采系统包括：安全阀、油嘴管汇、加热器、分离器、计量罐、输油泵、燃烧臂。
本发明所述的有益效果：
1、实现地面流程出现异常情况的提前预警，缩短了紧急情况的处置操作时间；
2、通过数据采集系统直接关断地面安全阀，缩短了关断系统的响应时间；
3、通过数据采集系统实时监测地面流程紧急关断系统的状态，以保障系统的完好性。
附图说明
图1为本发明所述的测试数据采集系统关断地面流程的控制方法流程图。
图2为本发明所述的测试数据采集系统的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-2所示，本发明提供一种基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，通过测试数据采集系统实时获取地面测试流程关键节点参数和环境参数，进行分析和判异，缩短关断系统的操作时间，保障系统的完好性，
通过测试数据系统采集地面流程节点参数，包括：井筒套管压力、地面流程井口压力、井口温度、井口回压、分离器压力、分离器温度、天然气流量、天然气温度、原油流量、原油温度、水流量、计量罐液位、作业区域可燃气体浓度、流程管线振动数据；
根据测试数据采集系统智能分析策略，过采集的参数判断地面设备及流程是否出现异常；
地面设备及流程指的是用于实现油气井地层测试所用的临时安装于海上平台的地面测试设备及连接地面测试设备的管路流程。
曲线分析和判异分析具体通过采集到的安装在地面测试设备及流程的传感器的数据进行分析，其中包括如下内容：
当节流油嘴上下游压差偏离的大于等于15％时，判定流体持续含砂，造成节流油嘴浑浊；
油嘴管汇上下游压力减小值小于15％时，油嘴管汇上游流程出现泄露；
测试正常施工中，流体通过固定尺寸节流油嘴后的上下游压差是趋于恒定的，如果节流油嘴上下游压力趋于恒定，但压差突然增大，则可能由于流体中含砂造成节流油嘴刺坏。如果上下游压差偏离趋于的恒定值超过15％，且仍然有增大趋势，则判定流体含砂造成节流油嘴冲蚀。
测试正常施工中，油嘴管汇上下游压力突然减小，减小值超过15％，提示油嘴管汇上游流程出现泄露。
地面测试流程所在环境出现可燃气体或有毒有害气体，地面流程存在泄露，包括：
根据作业特点，作业区域安装有可燃气体监测装置，主要用于监测可燃气体、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳的浓度。一旦可燃气体超过一定的浓度阈值即报警显示可燃气体监测装置所安装相应位置的地面流程存在泄露；可燃气体浓度阈值5％LEL，硫化氢浓度阈值5ppm，一氧化碳浓度阈值10ppm，二氧化碳浓度阈值1000ppm。
地面流程管线振动异常，流程管线连接位置存在松脱的风险，包括：
当高速高压的气体或液体在管道中流动，由于流体的不均质、节流、管线弯曲及固定不牢固，必然会产生振动。在地面测试流程中，通常在流速或冲蚀较严重的位置安装振动传感器，对流程管路的振动情况进行监测，监测点通常选取径向(水平、垂直)两个方向。
管道固有频率的计算公式为：
式中，λ为管道的固有谐振系数，管道两端简支的一阶谐振系数λ1＝π，二阶谐振λ2＝2π，管道两端固支的；λ1＝4.73，λ2＝7.85，ls为管道支架间距，单位为m，J为管道断面惯性矩，单位为m4，E为材料的弹性模量，单位为 kg/m2，g为重力加速度，A为管道截面积，单位为m2，R为管道外径，单位为m；
分离器压力波动，气体和液体流量不稳定，分离器出现气路管线窜液等情况，包括：
对管管路中气体和液体的流量进行监测，正常工作制度下的气体和液体流量相对稳定；
当气体瞬时流量增大且液体瞬时流量降低，则分离器出现气路管线窜液的情况；
当气体瞬时流量减小且液体瞬时流量增大，分离器出现液路窜气的情况；
当罐液位持续升高至设定值的80％时，出口阀门或液位看窗堵塞；
预警高度设计为罐液位的80％，一旦达到该液位，且显示液位仍在上涨，则可能的原因是：出口阀门或液位看窗堵塞，导致现场监测人员未及时判别罐液位已达到泵输液位。
当上述分析的结果符合地面设备及流程异常特征时，则进行预警，同时将现场摄像头监控画面切换至相关数据来源的传感器位置；通知相关作业人员进行巡检确认，通过数据测试数据采集系统控制ESD紧急关断系统紧急关断地面安全阀。
结合数采系统采集的数据所形成的秒级实时曲线趋势进行判异分析，曲线的异常变化偏差均源于实时值与开始偏差点位置的值的比较。
地面测试设备及其流程、作业现场中所安装的传感器均设置有ID值，并在传感器安装后设定摄像头监控位置并编号AD，监控位置AD值和传感器 ID值设定对应关系，传感器监测所在位置出现异常，摄像头能够进行监控画面切换。
地面测试设备主要包括安全阀、油嘴管汇、加热器、分离器、计量罐、输油泵、燃烧臂，用于地层流体的节流降压控制、加热保温、分离计量、流体处理。安全阀位于测试流程的上游，一旦地面测试设备或连接其的流程管路出现超压、泄漏、损坏等问题，能够及时关断地面安全阀，以避免造成更大的风险。
地面安全阀由液压促动阀、液压控制面板组成，液压控制面板用于直接控制液压促动阀，ESD紧急关断系统用于给液压控制面板关断信号。
其中，ESD紧急关断系统包括：专用关断继电器、执行电磁阀、关断系统处理器；
测试数据采集系统的输出端电连接所述专用关断继电器；
专用关断继电器的输出端同时电连接执行电磁阀和所述关断系统处理器；
关断系统处理器的输出端电联接所述测试数据采集系统。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (5)
1.一种基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，其特征在于，包括：
通过测试数据系统采集地面流程节点参数，并进行存储、显示及分析；
根据测试数据采集系统，通过采集的参数判断地面设备及流程的情况：
当节流油嘴上下游压差偏离的大于等于15％时，判定流体持续含砂，造成节流油嘴浑浊；
油嘴管汇上下游压力减小值小于15％时，油嘴管汇上游流程出现泄露；
地面测试系统所在环境出现可燃气体或有毒有害气体时，判定地面流程存在泄露；
其中，可燃气体浓度阈值为5％LEL，硫化氢浓度阈值为5ppm，一氧化碳浓度阈值为10ppm，二氧化碳浓度阈值为1000ppm；
对地面流程管路的振动情况进行监测，监测点选取径向水平和径向垂直两个方向，管道固有频率的计算公式为：
式中，λ为管道的固有谐振系数，管道两端简支的一阶谐振系数λ1＝π，二阶谐振λ2＝2π，管道两端固支的；λ1＝4.73，λ2＝7.85，ls为管道支架间距，单位为m，J为管道断面惯性矩，单位为m4，E为材料的弹性模量，单位为kg/m2，g为重力加速度，A为管道截面积，单位为m2，R为管道外径，单位为m；
对管管路中气体和液体的流量进行监测，当气体瞬时流量增大且液体瞬时流量降低，则分离器出现气路管线窜液的情况；
当气体瞬时流量减小且液体瞬时流量增大，分离器出现液路窜气的情况；
当罐液位持续升高至设定值的80％时，出口阀门或液位看窗堵塞；
当上述分析的结果符合地面设备及流程异常特征时，则进行预警，同时将现场摄像头监控画面切换至相关数据来源的传感器位置；通知相关作业人员进行巡检确认，通过数据测试数据采集系统控制ESD紧急关断系统紧急关断地面安全阀。
2.根据权利要求1所述的基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，其特征在于，所述ESD紧急关断系统包括：专用关断继电器、执行电磁阀、关断系统处理器。
3.根据权利要求2所述的基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，其特征在于，
所述测试数据采集系统的输出端电连接所述专用关断继电器；
所述专用关断继电器的输出端同时电连接执行电磁阀和所述关断系统处理器；
所述关断系统处理器的输出端电联接所述测试数据采集系统。
4.根据权利要求3所述的基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，其特征在于，所述地面流程节点参数包括：井筒套管压力、地面流程井口压力、井口温度、井口回压、分离器压力、分离器温度、天然气流量、天然气温度、原油流量、原油温度、水流量、计量罐液位、作业区域可燃气体浓度、流程管线振动数据。
5.根据权利要求4所述的基于测试数采系统实现地面流程紧急关断的控制方法，其特征在于，所述测试数采系统包括：安全阀、油嘴管汇、加热器、分离器、计量罐、输油泵、燃烧臂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |