CN201334901Y - 气体钻井安全实时监测系统 - Google Patents

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CN201334901Y CNU200820064046XU CN200820064046U CN201334901Y CN 201334901 Y CN201334901 Y CN 201334901Y CN U200820064046X U CNU200820064046X U CN U200820064046XU CN 200820064046 U CN200820064046 U CN 200820064046U CN 201334901 Y CN201334901 Y CN 201334901Y
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刘健
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Abstract

一种气体钻井安全实时监测系统，包括安装在入井气体管线上的气体组分监测单元、气体流量、压力、温度监测单元、气体水分监测单元；还包括安装在出井气体管线上的气体流量、压力、温度监测单元、取样分离器，分离器输出管线上分别安装油分监测单元、水分监测单元、组分监测单元、返出气体H2S监测单元；上述监测单元的输出端与无线数据发送模块相连，无线数据接收模块与服务器相连，服务器的输出端口连接显示终端、报警装置。通过相关信息数据的采集，并与服务器的数据库资料，以及入井气体与出井气体信息的在线对比分析，能够全面、快捷、及时的掌握井下信息，自动报警，提前做好安全防范工作，采取钻井施工措施，防止安全事故发生。

Description

气体钻井安全实时监测系统
技术领域
本实用新型涉及一种在石油与天然气勘探、开发实施气体钻井时的安全实时监测系统，特别涉及一种在高含硫、多层有油气显示、地层易出水或井眼易堵塞的复杂地层实施气体钻井时的安全实时监测系统。
背景技术
气体钻井术是一种由气体压缩设备在地面将气体注入到井眼内，把气体作为钻井循环介质的钻井技术，它是欠平衡钻井技术的一个重要分支，包括：空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、废气钻井(柴油机尾气钻井)等。
气体钻井技术在上世纪50年由国外油田率先发起，和常规泥浆钻井相比其优势主要体现在：1、钻速快，可以达到常规钻井钻速的5～10倍，极大的缩短了钻井周期，降低了钻井成本；2、穿漏层，在克服恶性井漏方面有着不可代替的优势；3、保储层，气体介质几乎不会对储层产生任何伤害，提高了勘探中发现的成功率和评价的准确性，也提高了开发中的单井产能和最终采收率。上世纪70、80年代，随着旋转防碰器和旋转控制头等工具的发明和应用，气体钻井在国外开始推广起来。目前气体钻井作为一种钻井技术革命正在全国各大油田积极的推广起来。但该技术也存在一些需要解决的安全问题：1、返出气体含H2S气体；2、井底出可燃气体所引发的燃爆；3、地层出水；4、井壁垮塌。目前常规录井使用的气样分离器中使用水溶液进行气样分离，易溶解气样中的部分可燃烃和H2S气体；录井仪器房整体安装位置偏远，分析时间延迟1~3分钟不等(视现场距离而定)，普遍采用的燃烧式色谱分析仪本身分析耗时在10分钟左右，因此其分离方法、传输方式、分析耗时不能满足气体钻井快速循环安全实时需求。常规的燃爆监测服务的监测功能单一，无法提前预报燃爆，只能监测井下发生燃爆后的情况，起到预防二次燃爆的作用。现场大多安全问题还停留在人工观察处理的阶段，这对气体钻井的推广和普及存在极大的安全隐患。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提供一种在线分析、预防燃爆、安全可靠的气体钻井安全实时监测系统。
本实用新型的目的是通过实施下述技术方案來实现的：
一种气体钻井安全实时监测系统，其特征在于：包括安装在入井气体管线上的入井气体组分监测单元、入井气体流量、压力、温度监测单元、入井气体水分监测单元；还包括安装在出井气体管线上的气体流量、压力、温度监测单元、气体取样分离器，气体取样分离器输出管线上分别安装返出气体油分监测单元、返出气体水分监测单元、返出气体组分监测单元、返出气体H2S监测单元；上述入井气体监测单元、出井气体监测单元的输出端与无线数据发送模块相连，无线数据接收模块与服务器相连，服务器的输出端口连接显示终端。
所述入井气体组分监测单元为气体成分分析仪或氮氧分析仪，所述入井气体流量、压力、温度监测单元包括流量计、压力传感器、温度传感器，所述入井气体水分监测单元为露点传感器。
所述流量计为超声波流量计或双声道超声波流量计。
所述气体取样分离器为惯性射流分离器或旋风分离器；所述分离器输出管线上分别安装返出气体油分监测单元、返出气体水分监测单元、返出气体组分监测单元、返出气体H2S监测单元为气体油分露点传感器、露点传感器、色谱分析仪、H2S气体变送器。
所述服务器的输出端口连接报警装置。
所述服务器的输出端口连接打印机。
采用以上结构的气体钻井安全实时监测系统，所有分析仪器和设备都是直接安装在管线上，能够快速的监测和分析出入井气体的信息，真正地实时监测气体钻井地面、井下的生产动态；监测了地层出油和水的问题；对H2S气体实施快速、连续、定量的在线监测，提前预报有毒气体的产生；所采集的信息建立了现场监测数据实时数据库，通过服务器的对比分析软件平台，对入井气体信息进行了对比分析，数据库采集的数据结合现场其它钻井参数，来分析、判断、预测井下井壁稳定状况和井下钻井动态；为气体钻井提供了全面的、快捷的安全信息。一旦出现异常情况，智能声光报警装置自动报警。整个监测系统，实施标准接口，分层建设，各层增减本层功能单元，不影响其他层。
附图说明
图示为本实用新型装置连接示意图。
图中标记：1打印机，2入井气体管线，3入井气体成分分析仪，4入井气体流量计、压力、温度传感器，5入井气体露点传感器，6钻井，7排砂管线，8、9气体取样分离器，10返出气体油分露点传感器，11返出气体露点传感器，12色谱分析仪，13H2S气体变送器，14返出气体流量计、压力传感器、温度传感器，15显示器，16数据无线发射装置，17数据无线接收装置，18服务器，19声光报警器。
具体实施方式
如图所示，一种气体钻井安全实时监测系统，包括安装在钻井6的入井气体管线2上的气体成分分析仪3、气体流量计、压力传感器、温度传感器4、露点传感器5；还包括安装在钻井出井气体管线(排砂管线)7上的气体流量计、压力传感器、温度传感器14、两个气体取样分离器，一个气体取样分离器8输出管线上分别安装油分露点传感器10、露点传感器11，另一个气体取样分离器9输出管线上分别安装色谱分析仪12、H2S气体变送器13；上述入井气体成分分析仪、气体流量计、压力传感器、温度传感器、露点传感器，以及出井气体流量计、压力传感器、温度传感器、油分露点传感器、露点传感器、色谱分析仪、H2S气体变送器采集的相关数据信号，通过现场搭建ZigBee无线网络中的无线数据发射装置16实时传输，通过无线接收装置17接收后存储到现场服务器18，并通过与服务器相连的显示器15，以图像、曲线、数据等多种方式进行显示，实时在线监测入井气体数据和返出气体数据。服务器内存储现场实时数据库和历史数据库，历史数据库将用于存储所有气体钻井施工过程中通过本系统搜集的工程、地质资料，可随时导出历史数据帮助地质情况预测。
服务器输出端口连接声光报警器19，在运行软件中设置各种报警参数，当实时监测的数据超标时，声光报警器就能通过扬声器和警示灯及时进行报警。联机打印机1打印需要的监测数据和报表。
上述气体成分分析仪可以选择氮氧分析仪，特别适用于采用氮气钻井时获知氮气的纯度。
上述入井气体管线上安装的气体流量计、压力传感器、温度传感器可以采用超声波流量计进行流道改造，并添加温度和压力传感器监测入井气体的流量、压力、温度波动情况，现有的流量计一般抗高压，抗压力波动的能力比较差，采用双声道超声波流量计，其抗高压能力强，不受压力波动影响，反应也灵敏，能够很好满足气体钻井监测的需求。
上述分离器可选用旋风分离器，最好采用惯性射流取样分离器，该分离器增加冲缝及导流部件流道改造，能满足取气样口不采用传统的插入式取样管，能够迅速的分离出要取的样品，取样不间断且不易堵、可迅速更换耗材，能满足分离之后经过2级干燥可直接进入色谱分析仪使用。
排砂管线上可采用质量流量计加装压力传感器，来实现温度、流量、压力信息的采集，还可以通过对质量流量计的流道改造使其探头尽可能少的与相对较大的固体微粒接触，增加探头使用寿命及安全性。
所有装置改造之后均进行防爆处理后能满足Ex d IIC T6(隔爆应用)Ex iaIIC T4(本安应用)。排砂管线上所有设备均具备抗震装置。本系统形成的数据采集层、网络传输层、数据集成层、综合应用层，彼此独立建立，各层增减本层功能单元，不影响其他层。各层之间采用标准的软件和硬件接口连接，标准软件接口：工业标准的Modbus/RTU Slave，标准硬件接口：工业标准的RS-232/485。
通过服务器的软件分析平台，监测出井气体油分含量，获知井下是否有油及产出量大小。通过出入井的水分信息的对比分析，获知地层是否出水及出水量大小。通过对出井气体的组分监测，获知地层产出可燃烃的情况，通过和入井气体成分对比，及时发现井下有无燃爆的条件，预防和发现井下燃爆。通过对返出气体中H2S的含量监测，获知地层是否有H2S及产出量大小。通过对出井气体的温度、流量、压力的监测，并和入井气体的温度、流量、压力信息进行对比，获知井下气体流动情况，判断井径变化，有无井壁垮塌堵塞，有无泥包等，预防卡钻等安全事故的产生。
采用本实用新型系统，克服了以往靠人工观察、判断处理井下安全隐患的现象，通过相关信息数据的采集，并与服务器的数据库资料，以及入井气体与出井气体信息的在线对比分析，能够全面、快捷、及时的掌握井下信息，自动报警，提前做好安全防范工作，采取钻井施工措施，防止安全事故发生。

Claims (6)

1、一种气体钻井安全实时监测系统，其特征在于：包括安装在入井气体管线上的入井气体组分监测单元、入井气体流量、压力、温度监测单元、入井气体水分监测单元；还包括安装在出井气体管线上的气体流量、压力、温度监测单元、气体取样分离器，气体取样分离器输出管线上分别安装返出气体油分监测单元、返出气体水分监测单元、返出气体组分监测单元、返出气体H2S监测单元；上述入井气体监测单元、出井气体监测单元的输出端与无线数据发送模块相连，无线数据接收模块与服务器相连，服务器的输出端口连接显示终端。
2、如权利要求1所述的气体钻井安全实时监测系统，其特征在于：所述入井气体组分监测单元为气体成分分析仪或氮氧分析仪，所述入井气体流量、压力、温度监测单元包括流量计、压力传感器、温度传感器，所述入井气体水分监测单元为露点传感器。
3、如权利要求2所述的气体钻井安全实时监测系统，其特征在于：所述流量计为超声波流量计或双声道超声波流量计。
4、如权利要求1、2或3所述的气体钻井安全实时监测系统，其特征在于：所述气体取样分离器为惯性射流分离器或旋风分离器；所述分离器输出管线上分别安装返出气体油分监测单元、返出气体水分监测单元、返出气体组分监测单元、返出气体H2S监测单元为气体油分露点传感器、露点传感器、色谱分析仪、H2S气体变送器。
5、如权利要求4所述的气体钻井安全实时监测系统，其特征在于：所述服务器的输出端口连接报警装置。
6、如权利要求5所述的气体钻井安全实时监测系统，其特征在于：所述服务器的输出端口连接打印机。
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