高壓氣井環(huán)空帶壓自動控制裝置的設(shè)計及應用

陳澤群

摘要：天然氣開發(fā)過程中，鉆井完井時，為了分隔各種地質(zhì)層系以避免因為地層壓力的差異而導致井壁坍塌或者管柱的破壞。因而有必要加入一層或多層套管固井，為填充這一局部空白環(huán)空區(qū)域以及避免因壓差以及由H₂0和Co等酸性氣體的侵蝕，各層套管之間加注環(huán)空保護液，在環(huán)空保護液所處的環(huán)空空間即各層套管之間的環(huán)形空間的壓力即為環(huán)空壓力。筆者通過查閱大量文獻資料分析，基于現(xiàn)有的理論，自行設(shè)計了一套自動化液壓補壓裝置，從而代替人工操作，實現(xiàn)及時的補泄壓，并總結(jié)出了高壓氣井油套環(huán)空帶模擬技術(shù)四大優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：高壓氣井環(huán)空;帶壓自動控制裝置;設(shè)計應用;優(yōu)點分析

1 裝置創(chuàng)新性及應用前景預測

1.1作品創(chuàng)新性

（1）自動化控制

本產(chǎn)品用PLC技術(shù)，實現(xiàn)實時測量環(huán)空壓力，及時的補泄壓，準確安全的控制環(huán)空內(nèi)壓力維持在安全范圍內(nèi)，避免因補壓泄壓不及時所產(chǎn)生的安全事故。環(huán)空壓力變化時，自動實現(xiàn)補壓及泄壓，代替人工操作，避免操作人員接近高壓井口，保障操作人員生命安全。

（2）綠色環(huán)保

采用新型的放噴燃燒頭，不僅過濾掉井內(nèi)的H₂S等有害氣體，而且采用新型結(jié)構(gòu)，先使井內(nèi)可燃氣體與補充的空氣充分混合，然后再點燃混合后的氣體，大大提高了可燃氣體的燃燒效率，降低了最后排出氣體有害性。

（3）危險預警處理系統(tǒng)

全部的設(shè)備放置在保護房內(nèi)，保護房內(nèi)安裝有溫度檢測儀和可燃氣體濃度檢測儀以及報警器。溫度檢測儀用于檢測保護房的溫度值，并生成溫度信號，并將溫度信號發(fā)給控制器，控制器收到溫度信號將該信號與預設(shè)的保護房最高上限溫度進行對比，當溫度值大于預設(shè)閾值時，打開排氣扇，進行散熱。在可燃氣體濃度監(jiān)測中，由于安裝裝配過程可能存在間隙，或者存在零件破裂失效等問題會導致油氣泄露，嚴重時可能導致爆炸，因此在保護房內(nèi)設(shè)有可燃氣體濃度檢測設(shè)備，可燃氣體濃度檢測設(shè)備用于檢測保護房的可燃氣體濃度，并生成可燃氣體濃度信號，并將可燃氣體濃度信號發(fā)給控制器，控制器收到可燃氣體濃度信號將該信號與預設(shè)的保護房最高上限可燃氣體濃度進行對比，當可燃氣體濃度值大于預設(shè)閾值時，打開放噴燃燒頭，將氣體燃燒掉。

2 高壓氣井環(huán)空壓力系統(tǒng)總體裝置的設(shè)計及校核

01：120Mpa防爆型高壓截止閥;02：120Mpa防爆型壓力傳感器;

03：120Mpa防爆型電動截止閥;04：先導型減壓閥;05：密封式油箱;06：放噴燃燒頭

2.1 裝置運行原理

如圖，壓力傳感器將實時監(jiān)測氣井環(huán)空內(nèi)的壓力，并將壓力信號傳到控制器。控制器將壓力信號與預設(shè)的壓力相比較，在壓力超過預設(shè)的壓力值時向電動截止閥發(fā)出信號;防爆型電動截止閥在正常狀態(tài)下保持關(guān)閉，在接收到控制器發(fā)出的信號后開啟，直到環(huán)空內(nèi)的壓力將至預定的壓力范圍，電磁閥關(guān)閉。04為先導型減壓閥，主要是將進入管道內(nèi)超高壓流體降至穩(wěn)定的低壓流體，從而降低液體對油箱的沖擊;油箱將接收來自環(huán)空內(nèi)的氣液混合流體，并將氣體從流體中分離，通過上端的管道進入放噴燃燒頭內(nèi)。放噴燃燒頭能夠?qū)⒖諝夂涂扇夹缘臍怏w混合，并控制空氣和可燃性氣體的比例，使其保持一個最佳的燃燒混合比例，通過出口點火裝置的不斷放電使其充分燃燒。常開型高壓截止閥在正常工作是保持常開狀態(tài)，作為電動截止閥的補充閥門，在電動截止閥停止工作時能夠?qū)崿F(xiàn)手動開閉環(huán)空泄壓裝置。

2.2 裝置設(shè)計特點

全部的設(shè)備放置在保護房內(nèi)，保護房內(nèi)安裝有，溫度檢測儀和可燃氣體濃度檢測儀以及報警器，作用過程如下：

溫度檢測：溫度檢測儀用于檢測保護房的溫度值，并生成溫度信號，并將溫度信號發(fā)給控制器，控制器收到溫度信號將該信號與預設(shè)的保護房最高上限溫度進行對比，當溫度值大于預設(shè)閾值時，打開保護房內(nèi)的排氣扇進行散熱。以保證整體的增壓設(shè)備穩(wěn)定良好運行。

液位報警機構(gòu)：油箱內(nèi)安裝有液位報警設(shè)備，當油箱油液低于限定范圍時，會將生成報警信號，并將報警信號發(fā)送到控制器，控制器將控制報警器報警，并限制電機啟動。以保證整體的增壓設(shè)備穩(wěn)定良好運行。

2.3 裝置設(shè)計思路

裝置包含主控制單元PLC控制器，主工作單元，包括壓力傳感器，電磁閥，電機，液壓泵，以及設(shè)備維護單元，包括：液位報警系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，可燃氣體控制系統(tǒng)等，現(xiàn)對主要控制單元進行解釋。

主控制單元：當環(huán)空壓力使壓力傳感器被觸發(fā)，并生成壓力信號，壓力信號傳導得到PLC控制器，PLC控制器對壓力信號與預設(shè)的值進行對比，當壓力小于預設(shè)值時。PLC控制器控制電磁閥打開，并且打開電機，斜盤式軸向柱塞泵產(chǎn)生高壓環(huán)空保護液，經(jīng)過高壓油管進入環(huán)空空間進行補壓。

油箱液位保護單元：當油箱液位達到預設(shè)的危險液位時，液位傳感器會生成液位信號，并發(fā)往PLC控制器，控制器啟動報警器，并制動馬達。

溫度控制單元：由于設(shè)備的環(huán)境需要維持一定的溫度值范圍，當溫度過高，會觸發(fā)溫度傳感器，生產(chǎn)溫度信號，并發(fā)送到PLC控制器，PLC控制器啟動排熱扇，對設(shè)備降溫。當溫度過低，會觸發(fā)溫度傳感器，生產(chǎn)溫度信號，并發(fā)送到PLC控制器，PLC控制器啟動加熱器，對設(shè)備增溫。

氣體控制單元：由于存在天然氣的泄漏問題，需要及時對可燃氣體進行處理，當可燃氣體傳感器觸發(fā)，并啟動報警器。

3 結(jié)論

通過以上研究我們總結(jié)出了高壓氣井油套環(huán)空帶模擬技術(shù)四大優(yōu)勢：

（1）能實時監(jiān)控四個環(huán)空的環(huán)空壓力，消除其他裝置中因無法監(jiān)測全部環(huán)空造成的安全隱患。

（2）安裝手動截止閥作為備用閥，防止在緊急情況下電動截止閥出現(xiàn)故障造成安全事故。安裝有減壓閥，保證氣井內(nèi)高壓流體不會直接跟儲油罐接通對儲油罐造成損害。

（3）為保護儲油罐，在儲油罐上方裝有進氣裝置，用于將油罐內(nèi)的有害腐蝕性氣體排出，保護儲油罐內(nèi)部設(shè)施。

（4）密封的油箱能存儲從環(huán)空內(nèi)溢出的環(huán)空保護液，同時作為氣液分離器將含硫有害的可燃氣體分離出來，將其引入放噴燃燒頭點火燃燒。設(shè)有燃燒頭，可將氣井環(huán)空內(nèi)的有害可燃性氣體通過燃燒的方式去除，減輕對環(huán)境的危害;同時無需設(shè)置特殊裝置運送有害氣體，降低成本。

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