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，并總結出了高壓氣井油套環(huán)空帶模擬技術四大優(yōu)勢。

關鍵詞：高壓氣井環(huán)空;帶壓自動控制裝置;設計應用;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

本產品用PLC技術，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)空內壓力維持在安全范圍內，避免因補壓泄壓不及時所產生的安全事故。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，不僅過濾掉井內的H₂S等有害氣體，而且采用新型結構，先使井內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)

全部的設備放置在保護房內，保護房內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的保護房最高上限溫度進行對比，當溫度值大于預設閾值時，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，因此在保護房內設有可燃氣體濃度檢測設備，可燃氣體濃度檢測設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)空內的壓力，并將壓力信號傳到控制器?？刂破鲗毫π盘柵c預設的壓力相比較，在壓力超過預設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)下保持關閉，在接收到控制器發(fā)出的信號后開啟，直到環(huán)空內的壓力將至預定的壓力范圍，電磁閥關閉。04為先導型減壓閥，主要是將進入管道內超高壓流體降至穩(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。放噴燃燒頭能夠將空氣和可燃性的氣體混合，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實現(xiàn)手動開閉環(huán)空泄壓裝置。

2.2 裝置設計特點

全部的設備放置在保護房內，保護房內安裝有，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的保護房最高上限溫度進行對比，當溫度值大于預設閾值時，打開保護房內的排氣扇進行散熱。以保證整體的增壓設備穩(wěn)定良好運行。

液位報警機構：油箱內安裝有液位報警設備，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備穩(wěn)定良好運行。

2.3 裝置設計思路

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的值進行對比，當壓力小于預設值時。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，生產溫度信號，并發(fā)送到PLC控制器，PLC控制器啟動排熱扇，對設備降溫。當溫度過低，會觸發(fā)溫度傳感器，生產溫度信號，并發(fā)送到PLC控制器，PLC控制器啟動加熱器，對設備增溫。

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 結論

通過以上研究我們總結出了高壓氣井油套環(huán)空帶模擬技術四大優(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，用于將油罐內的有害腐蝕性氣體排出，保護儲油罐內部設施。

（4）密封的油箱能存儲從環(huán)空內溢出的環(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。設有燃燒頭，可將氣井環(huán)空內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;同時無需設置特殊裝置運送有害氣體，降低成本。

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