高含硫气井井口安全监测及截断系统研究

李 密，刘爱华，陈纯见，杨绍军 （中石化中原油田普光分公司采气厂，四川达州635000）

普光气田大湾采气区位于四川省东北部宣汉县境内，目前，大湾区块已累计探明地质储量1267．84×108m3，动用储量为 （728．91～807．55）×108m3。普光气田大湾采气区共有7座集气站13口气井生产，气藏流压40～50MPa，关井压力35～37MPa，日产气量910×104m3，气井H2S平均含量约15%，CO2平均含量约8%，属于高含硫化氢气井［1］。为了实现气田安全生产，普光气田大湾采气区采用多种井口安全监测和截断装置协调工作，监测气井井口的气体泄漏、火灾以及压力异常等情况，并将采集到的实时信息反馈到监测及数据采集系统 （SCADA），在站控室和中控室人际界面上进行显示，紧急情况时可通过截断系统实现自动关井，值班人员也可就地或远程关井，从而保证气田安全生产。

1 工艺流程简介

集气站采用全湿气加热保温混输工艺，井口天然气先进入集气站，经加热、节流、计量后外输，采用“加热保温＋注缓蚀剂”工艺经集气支线进入集气干线，然后集中进行分水处理和酸气净化处理［2］。

集气站气井关井压力为35～37MPa，酸气共经过3次节流，将压力降至8．5～12MPa后外输。由于酸气中含有大量H2S，节流作用将导致大量水合物、单质硫形成，从而堵塞节流阀。为此，普光气田大湾采气区采用如下处理措施：在集气站一级节流后加注甲醇来降低水合物形成的温度；在二级和三级节流后使用加热炉进行两级加热来保证酸气温度高于水合物形成温度。在集气站二级节流、外输计量后增加2个缓蚀剂加注点，减少酸气对管线的腐蚀 （见图1）。

图1 集气站工艺流程图

2 系统组成

井口监测及截断系统由SCADA进行数据采集和自动化控制，通过站控室人机界面可以对各种参数、设备运行状态等情况等进行监控和控制，该系统组成如图2所示。

3 系统功能

3．1 井口安全监测装置的功能

利用气井井口安全监测装置可以对气井井口压力、温度变化情况、气体泄漏情况、井口火灾等进行监测。通过SCADA系统将这些实时数据传输至站控室和中控室，并在人机界面上显示，实时数据将参与SCADA关断逻辑，如果超过高高、低低报警值则进行报警，如果超过设定关断值，则可触发单井乃至集气站的关断，值班人员也可以在人机界面触发远程关井。

1）固定式硫化氢监测仪 用于监测空气中硫化氢气体含量，量程为100mg／L，设定10mg／L和20mg／L共2个报警值。该监测仪采用电化学工作原理，通过测定硫化氢气体在工作电极的氧化和还原反应产生的工作电流的大小来确定硫化氢气体的浓度。

2）固定式可燃气体探测仪 用于实时监测空气中碳氢化合物的含量。该探测仪采用扩散式采样方式，利用红外光学传感器检测空气中碳氢化合物所吸收的红外波能量的变化来确定空气中可燃气体的浓度。

3）激光对射红外探测仪 用于天然气中甲烷与硫化氢实时在线监测及泄漏预警，测量光程1000m，测量范围0～500mg／L。该探测仪工作原理如下：从站控室发出的激光经光纤传输到现场激光发射单元，激光发射单元发出的激光经过开放空间被激光接受装置接收，激光光波中对硫化氢以及甲烷气体敏感的成分会减少，由此来推算出开放空间中甲烷及硫化氢浓度。

4）点式红外火焰探测仪 该探测仪探测在物质燃烧时产生红外和紫外光辐射的强度，由此来实时监测井口火灾情况，探测距离60m。

5）易熔塞 易熔塞回路充有压力为80～120psi的液压油，当井口区发生火灾或温度高于易熔塞的设定值127±5℃，易熔塞融化，井口控制柜回路泄压，从而自动实现所有生产井的井下和地面安全阀关闭。

6）工业电视监控系统 该系统主要用于井口生产情况的监视以及及时发现险情给予报警和火灾确认等。

图2 井口安全监测及截断系统组成

3．2 井口截断装置的功能

井口截断装置与SCADA系统相连，也与站控室控制面板和逃生通道关断按钮相连，当触发自动关断或远程关断时从井口截断气源实现关井。井口截断系统主要由地面安全阀、井下安全阀、井口控制柜组成［3］，当监测到井口气体泄漏、火灾或者压力异常等情况需要集气站保压关断时，井口控制柜控制地面安全阀关闭，从而截断气源。当发生火灾、爆炸等需要进行集气站放空关断时，也需同时关闭地面和井下安全阀。

1）井口控制柜 该装置安装在距井口20～30m范围内，通过电动液压泵将常压的液压油增压至地面安全阀或井下安全阀开启所需要的压力，由先导压力控制液控阀控制高压液压油导通或关闭，进而控制地面和井下安全阀门的启闭［4］。

2）井下安全阀 该装置主要由阀体和液压控制执行器组成，液压执行器推动阀杆和弹簧，使阀门移动处于打开位置，当液压解除后，作用于阀杆上的闸门或弹簧压力将阀门移至关闭位置。

3）地面安全阀 该装置利用井口控制柜高压液压油回路控制系统的开关来控制阀门的驱动装置［5］，通过带动驱动杆使阀板和阀座通孔的位置发生变化，以此切断和导通阀门的通道，进而控制通道内天然气的截断和导通。

4 结 语

井口安全监测与截断系统在普光气田大湾采气区投产半年以来，运行良好。当井口发生气体轻微泄漏时，系统能及时检测并报警，这样值班人员能够及时处理，避免了不必要关井。当井口发生气体严重泄漏时，系统可以及时自动触发单井关断。由于该系统具有较好的稳定性和可靠性，因而可以在普光气田高含硫气井开发过程中推广应用。

［1］杨发平，王贵波 ．普光气田地面集输系统腐蚀监测及控制体系 ［J］．天然气工业，2012，32（1）：94-97．

［2］赵果，王洪松，陈刚，等 ．井口控制系统用于普光气田 ［J］．技术纵横，2011，30（12）：104-105．

［3］李战平，鲁艳峰 ．长北气田气井井口控制系统的设计与应用 ［J］．自动仪表，2008，29（3）：44-49．

［4］朱进府 ．高压油气井井口控制配套装置 ［J］．油气井测试，2008，17（4）：72-74．

［5］陈擎东，李军，罗辉，等 ．高含气井井口控制柜远程关断系统 ［J］．仪表电气，2011，30（8）：76-77．