安全监控论文：井口安全监控体系的运用探析

作者：周国英、谢爽 单位：中国石化西北油田分公司雅克拉采气厂、中国石化西北油田分公司勘探开发研究院

通过井口监控系统，操作人员在中控室中不但可以实时地监测井口的关键参数，而且能够随时调用上位机记录监测的参数，然后利用该参数自动生成的曲线进行分析，甚至可以进行远程关井操作。井口监控系统具备数据远传、视频监控、关井控制等功能，已成为高压油气井科学管理的重要工具。

系统配置

1关键数据监测

对于高压油气井，关键参数通常包括气井压力、气井温度、套管压力、管汇压力、管汇温度、地面安全阀压力、井下安全阀压力、水套炉温度等[3]。加强关键参数的实时监测，对油气井的科学管理和合理开发具有重要意义。例如：观察气井压力变化，有助于分析地层压力变化情况，判断油嘴是否刺大或出现沙堵现象；观察管汇压力的变化，有助于判断集输管道是否有堵塞或刺漏现象发生；观察地面安全阀和气井压力，当压力降低时，有助于提醒工作人员井口可能发生异常关井。

2数据采集

设备自动化系统中，PLC和RTU是应用最广泛的两种自动化控制产品。PLC功能强大、编程方便，主要用于工厂车间流水线的控制。RTU则是对传统PLC在远程和分布式应用的产品补充，更适用于现代化新兴行业的分散监控需求。在应用方面，PLC正常工作环境温度0～50℃，而RTU－40～75℃，能够在极端温度环境中正常工作。在通讯配置方面，PLC通信接口及通信协议较单一，只适用于相对固定和统一的站内控制系统，而RTU一般具备3～5个或更多的通信接口，可与其他不同种类设备相连，特别适用于SCADA系统。在存储量方面，PLC提供的数据存储空间只有几十k字节，而RTU的存储空间可达1～32M字节，远大于PLC的存储量。此外，RTU采用内嵌式流量计算程序，可代替流量计算机，直接用于计量及存储历史记录等，因此RTU更适用于井口数据采集[4]RTU在塔里木、克拉玛依、长庆等国内各大油气田已得到广泛应用。在油气田管理上，RTU充分体现了油气井自动化和生产分析设计工作有机结合的思路。其在提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少信号电缆用量、节省安装费用及管道的敷设等方面得到了广大用户的肯定[5]。雅克拉凝析气田目前采用的是ECHO公司的RTU产品，性能比较稳定，能够满足井口安全生产需要[6]。3通讯方式数传电台是较经济的无线通讯设备，但其通讯能力有限，最高传输速率19200bps，不能满足大数据量传输需求[7]。无线网桥可达300M带宽，可满足常规数据传输量需求，但受外界因素影响较大，高山、磁场、沙尘天气等均能对其造成影响，信号不够稳定。雅克拉凝析气田开始使用的是数传电台，采用一主多从，轮询方式与从站通讯，电台型号为美国MDS2710，其最高传输速率19200bps，数据传输转换时间7ms，接收灵敏度－111dBm。但随着信息传输量的增大，特别是视频信号的加入，数传电台已完全不能满足数据传输需求，逐渐被淘汰。目前雅克拉凝析气田各井口均已实现电网和光纤覆盖，采用ADSS光缆和先进的光端机，其带宽可达千兆，能够满足各种信号的传输需求。

4液压控制

柜液压控制柜的设计需要与现场工况相符，雅克拉凝析气田地处戈壁荒漠，冬寒夏热，昼夜温差大，因此对控制柜的各种性能和元器件的质量提出了较为苛刻的要求。（1）高/低压自动关井。当管道发生刺漏、爆裂、憋压等情况时，管汇压力超常变化，高/低压关井功能可以自动切断井口气源，防止事态扩大。高/低压自动关井功能一般由高低压先导阀来实现[8-9]，通常安装于井口汇管或液压控制柜内。根据现场实际应用情况，采用高/低压先导阀完成自动关井存在3方面问题：①先导阀引压管通常采用6.35mm或9.53mmtube管沿地沟敷设，管内来自井口的气液介质在冬季冻堵后容易造成意外关井，需要对其进行伴热保温，然而在井口无交流电的情况下，伴热较难实现。②先导阀是机械原理式结构，若长期不动作，其内部润滑油干涩后容易卡死，当压力异常时，可能造成关井失败。③先导阀高、低压力值不易修改，只有返厂才能准确设定，不方便使用。为此，雅克拉高压油气井已普遍采用报警设定器代替高/低压先导阀来实现自动关井功能。K1、K2是报警设定器的两个内部继电器，将两个常闭点串联接入回路，分别设置为管汇压力高和低的关井值，当K1、K2任何一点断开时，电磁阀均会失电关井。（2）自动补压。液压控制柜系统压力降低时，必须及时为系统补充压力，才能确保井口正常生产，否则会造成意外关井。系统补压可由气动泵或电动泵完成。雅克拉气田井口开始采用的是气动泵，气源是影响装置正常运行的关键因素。现场存在以下两方面问题：①采用气瓶为气动泵供气，耗气量较高，更换气瓶频率高，工人劳动强度大。②利用小型分离器对井口天然气进行处理后为气动泵供气，但气液分离不彻底，气体含沙，控制柜内元器件密封磨损严重，同时调压阀节流后积液，冬季容易冻堵，使用效果不理想。为此，在各控制柜各气动泵附近增加空压机为气动泵提供气源，该方法安全可靠、易实现、投资少。小型空压机功耗低、体积小、维护量少，能直接将空气压缩至3MPa。为减少控制柜的二次改动，雅克拉凝析气田新增的液压控制柜统一采用了电动泵作为系统动力源，进一步增强了系统可靠性。（3）远程关井。这是高压油气井井控安全的一项必要措施[2，10]，由于井口距离遥远，当下游天然气处理厂出现事故或者集输管道爆裂需要紧急切断井口气源时，采用远程关井能在最短时间内关闭井口。（4）火灾关井。将液压控制柜逻辑控制信号管道延伸到采气树上方，在末端安装易熔塞。当发生火灾时，易熔塞受高温熔化快速泄压，从而自动关井[9]。（5）就地关断和现场复位。液压控制柜必须具备就地关断和现场复位功能，当执行远程关井后，操作人员必须到现场进行手动复位，方能开井，否则不利于安全生产，容易引发二次事故。（6）蓄能和溢流。雅克拉气田地处南疆戈壁，昼夜温差大，液控柜系统压力随气温升降变化明显，在系统管路上安装蓄能器和溢流阀能减弱气温对系统压力造成的影响，同时能降低泵的启动频次，延长使用寿命。

5视频监视

采用视频监控技术能直观地观察到井口生产状况，监控井场进出的人员和车辆，利于保护油田物资，更重要的是能及时发现井口出现的刺漏、爆炸等事故。

6辅助设施

液压控制柜和RTU设备露天放置，液压控制柜内各类精密控制阀密封件受气温影响，冬冷夏热，极易损坏。系统压力随早晚温差升降幅度大，一旦自动补压系统失效，容易造成意外关井。RTU装置受沙尘和雨雪侵袭，寿命严重缩短。考虑到恶劣气候对监控系统造成的诸多影响，雅克拉气田各井口为监控装置增建了仪表间，并配备电暖气和空调，达到了密闭和恒温效果。不但提高了装置运行的稳定性，也延长了设备的使用寿命，极大降低了监控装置的维修维护工作量。

应用效果

雅克拉凝析气田共有19口生产井，开井初期主要靠人工巡井。2011年3月安全监控系统全面启用，实现了高压油气井的自动化监控。每天巡井次数由4次缩减至1次，巡井维护人员由30人减少至12人。工人劳动强度明显降低，巡井的车辆和人工费用也大幅下降。YK17井2011年5月投产，该井距离场站远，无人值守，开井初期介质温度较低，天然气在管道中形成水合物堵塞管道，造成回压急剧上升至13.5MPa，高/低压关井功能自动启动，快速关闭了井口，阻止了事故的发生。若井口不具备高/低压关井功能，压力继续上升后极有可能憋暴管道，产生重大事故，甚至造成人员伤亡。5月下旬，YK2井油压表爆裂，天然气弥漫井场，人员无法接近，中控室操作人员通过摄像头观察到该情况后，立即采取远程关井措施，达到了安全关井的目的。同年9月，处于下游的雅克拉集气处理站进站切断阀刺漏，现场失控。为尽快排险，中控室迅速启动远程关井，有效避免了事态恶化。综上所述，井口安全监控系统是保护井口装置和井口下游场站安全运行的关键设备，在气田安全生产和环境保护中发挥着越来越重要的作用。在使用中，根据实际情况，不断完善其功能，优化控制模式，可以更加有效地保障安全生产，提高井控安全系数，实现减员增效。3结束语根据管道阀门法兰连接部位泄漏隐患类型和实际环境，选择不同的泄漏治理技术方案，在确保作业安全的前提下，采用经济有效的技术方案是成功治理管道法兰泄漏的关键。对于存在泄漏隐患的法兰，预防性治理采用玻璃纤维或碳纤维复合材料加固技术；对于严重泄漏的法兰，紧急抢修治理采用专用高压法兰卡具堵漏及不停输封堵技术，在条件允许的情况下，置换放空更换垫片；对于轻微渗漏的法兰，早期治理采用复合材料＋引流堵漏技术