CN113504334A - 一种三超气井的带压环空采样分析系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种带压环空采样分析系统和方法，包括环空取样单元、气液分离单元、组分分析单元和数据处理单元，所述环空取样单元与所述气液分离单元连接，所述气液分离单元与所述组分分析单元连接，所述数据处理单元与所述环空取样单元、所述气液分离单元和所述组分分析单元连接。本申请的带压环空采样分析系统和方法，适应高温、高压、高深度气井环空产出物的组分分析，能够同时测试环空压力、温度和流量。

Description

一种三超气井的带压环空采样分析系统和方法

技术领域

本申请涉及一种三超气井的带压环空采样分析系统和方法，适用于气井监测和完整性管理的技术领域。

背景技术

环空带压是指气井套管环空间产生的有危害的异常压力。由于天然气井井下状况复杂，管柱泄漏和温度变化都会导致环空压力异常。如果环空带压值过高，易导致表层套管炸裂、石油设备爆炸等严重后果。现有技术中，都需要通过一定的技术实现对环空带压气井的实时监测。但现有监测系统中，分别存在着监测参数少、设备复杂、连线混乱等缺陷。

相关的现有技术包括：某种地面压力监测自动记录仪，该仪器主要功能是自动记录井口环空压力的变化，从而为环空压控测试工作提供实时的压力数据，为现场进行环空加压、恒压及泄压等操作提供技术支持；某种井口设备现场气密封检测系统，属于井口设备的现场检测诊断技术，检测系统通过输出140MPa的水压或高压氮气，实时监测井口设备密封情况，并通过声发射技术对井口设备进行查漏；某种DRPWD随钻环空压力监测系统，该系统由无线随钻测量工具和随钻环空压力测量工具组成，可测量环空井底的压力、温度数据并实时传输到地面，以便准确了解井底温度和压力变化的情况，提高了控压钻井、深井、欠平衡井的钻井控制精度，为现场操作提供技术支持；某种井下液面监测系统，该系统可连续测量环空内的液面位置，根据环空液面深度得出压井液的泄漏速率，为合理确定起下钻期间的吊灌压井液量提供依据；某种环空压力测试与诊断系统，该系统具备0.01MPa的高精度压力实时存储和传输、环空气质组分分析、环空流体PH值分析以及泄压自动点火等功能，实现了环空异常带压井的快速诊断和分析。

目前已有的环空压力诊断系统的压力级和温度均不能满足例如环空压力120MPa、地层温度200℃的高温高压需求，不适应高温高压气井的环空产出物在线测试，不能实现全自动在线测试。

发明内容

本申请的目的是设计一种三超气井的带压环空采样分析系统和方法，其能够满足测试压力120MPa、温度200℃的要求，实现了全自动在线测试。

本申请涉及一种带压环空采样分析系统，包括环空取样单元、气液分离单元、组分分析单元和数据处理单元，所述环空取样单元与所述气液分离单元连接，所述气液分离单元与所述组分分析单元连接，所述数据处理单元与所述环空取样单元、所述气液分离单元和所述组分分析单元连接。

其中，所述环空取样单元包括至少一个环空取样分管路，所述至少一个环空取样分管路汇总至取样总管；所述气液分离单元包括气液分离器，所述气液分离器的进口通过所述取样总管连接到环空层，所述气液分离器的上部设有气相输出总管，所述气相输出总管连接到气相色谱仪；所述气液分离器的下部设有液相输出总管，所述液相输出总管连接液相色谱分离管和离子色谱分离管，所述液相色谱分离管连接到液相色谱仪，所述离子色谱分离管连接到离子色谱仪；所述气液分离器的底部还设有排空管。

其中，所述数据处理单元包括数据采集器、控制器和分析终端，所述数据采集器和所述控制器连接，所述控制器和所述分析终端连接，所述控制器和所述离子色谱仪、所述液相色谱仪、所述气相色谱仪之间分别连接；所述数据采集器与所述环空取样分管路、所述液相输出总管、所述液相色谱分离管、所述离子色谱分离管、所述气相输出总管连接；所述液相输出总管上设有控制阀和减压阀，所述液相色谱分离管和所述离子色谱分离管上设有控制阀、压力传感器和流量计；所述气相输出总管上设有控制阀、压力传感器、节流阀、减压阀和流量计，并与所述气相色谱仪连接；所述至少一个环空取样分管路上分别设有控制阀、节流阀、单向阀、压力传感器和温度传感器，在所述取样总管上设有控制阀和流量计。

本申请还涉及一种带压环空采样分析方法，包括以下步骤：

(1)设备进入待测井场，摆放到位；

(2)连接设备管线，并检查系统各个阀门处于关闭位置；

(3)启动控制器、数据采集器，并检查各个部位的性能参数；

(4)开启气液分离器排空控制阀、分离器液相输出总管控制阀、离子色谱供液控制阀、液相色谱供液控制阀、分离器气相出口控制阀、分离器气相出口节流阀、气相色谱供气控制阀，从排空管线连续注入清洗液，启动离子色谱仪、液相色谱仪、气相色谱仪连续监测，当三套色谱仪监测物质组分和清洗液相同时，停止清洗；

(5)移除清洗液注入设备，放空系统中的清洗液，关闭气液分离器排空阀门，关闭系统中所有阀门；

(6)测试环空排出物及压力、温度和流量；

(7)开启井口环空输出阀门、环空管线控制阀、环空管线节流阀、取样总管控制阀、分离器液相输出总管控制阀、离子色谱供液控制阀、液相色谱供液控制阀、分离器气相出口控制阀、分离器气相出口节流阀、气相色谱供气控制阀；

(8)启动离子色谱仪、液相色谱仪、气相色谱仪进行前期连续分析，分析数据传入控制器；

(9)当三套色谱仪分析出的结果不含有标准清洗液组分时，进入正式测试阶段，启动分析终端进行连续分析；

(10)环空排出物及压力、温度和流量正式测试30min，关闭井口环空输出阀门，停止供液；

(11)三套色谱仪根据各自的后延时间停机；

(12)开启气液分离器排空阀门，放空系统中物质，环空测试结束。

本申请提供的带压环空采样分析系统和方法，适应高温、高压、高深度气井环空产出物的组分分析，能够同时测试环空压力、温度和流量，能够耐压120MPa、耐温200℃。按照模块化功能设计，具有以下功能：在线取样；在线测流量、流速、温度、压力；在线气相、液相分离，对气样、液样进行检测、分析；在线对检测、分析出的数据进行分析，分析结果进入油田井完整性系统。

附图说明

图1是本申请的带压环空采样分析系统的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。本申请所述的三超气井是指气井的压力、温度和深度均超出了常规的数值，本领域技术人员可以理解其含义。需要说明的是，本申请的带压环空采样分析系统也可以用于其他类型的气井，而不受三超气井的限制。本申请附图中相同的部件采用相同的符号表示，本领域技术人员可以理解其含义。

根据本申请的带压环空采样分析系统包括环空取样单元、气液分离单元、组分分析单元和数据处理单元，全部采用自动控制。其中，环空取样单元与气液分离单元连接，气液分离单元与组分分析单元连接，数据处理单元与环空取样单元、气液分离单元和组分分析单元连接。

环空取样单元包括至少一个环空取样分管路，分别设有井口连接头、控制阀、节流阀、单向阀、压力传感器和温度传感器，至少一个环空取样分管路汇总至取样总管，取样总管设有总管控制阀和总管流量计。各个部件用对应的耐高压金属管以法兰形式连接形成完整的环空取样单元。

气液分离单元包括气液分离器、底座、排空管、排空阀、液相输出总管控制阀、液相输出总管减压阀、气相出口控制阀、气相出口温度传感器、气相出口节流阀、气相出口减压阀，各个部件用对应的耐高压金属管以法兰形式连接形成完整的气液分离单元。

组分分析单元包括离子色谱仪、离子色谱供液控制阀、离子色谱供液压力传感器、离子色谱供液流量计、液相色谱仪、液相色谱供液控制阀、液相色谱供液压力传感器、液相色谱供液流量计、气相色谱仪、气相色谱供气控制阀、气相色谱供气压力传感器、气相色谱供气流量计，各个部件用对应的耐高压金属管以法兰形式连接形成完整的环空排出物的组分分析单元。

数据处理单元包括数据采集器、控制器和分析终端，各个测控点通过对应的测控总线和总线内的测控线连接，数据采集器和控制器之间采用数据采集传输缆连接，控制器和分析终端之间采用数据资料传输缆连接，控制器和离子色谱仪、液相色谱仪、气相色谱仪之间分别用控制传输缆连接。

下面结合图1所示实施例对本申请的技术方案做进一步的描述。如图1所示，根据本申请的带压环空采样分析系统，包括气液分离器4、离子色谱仪5、液相色谱仪6、气相色谱仪7、数据采集器8和控制器9。其中，气液分离器4的进口通过取样总管16连接到环空层，图1中包括三层环空，分别为最内层环空1、中间层环空2和最外层环空3；气液分离器4的上部设有气相输出总管15，气相输出总管15连接到气相色谱仪7；气液分离器4的下部设有液相输出总管12，液相输出总管12连接有液相色谱分离管13和离子色谱分离管14，液相色谱分离管13连接到液相色谱仪6，离子色谱分离管14连接到离子色谱仪5；气液分离器4的底部还设有排空管11，用于排空气液分离器4的内部。数据采集器8用于采集系统的运行参数，控制器9与数据采集器8连接，用于对数据采集器8采集的数据进行分析并根据运行数据控制。控制器9还分别与气相色谱仪7、液相色谱仪6和离子色谱仪5连接，以接收气相色谱仪7、液相色谱仪6和离子色谱仪5的分析数据。控制器9的后端还可以连接有分析终端10，用于综合进行数据分析。需要说明的是，本申请图1的实施例中以三层环空作为实施例进行说明，本领域技术人员可以根据实际需要设置环空的层数。

如图1所示，在连接最内层环空1、中间层环空2、最外层环空3的取样分管路上分别设有控制阀20、节流阀21、单向阀22、压力传感器23和温度传感器24，取样分管路汇总至取样总管16。在取样总管16上分别设有控制阀20和流量计25。气液分离器4底部可以设有底座17，排空管11上可以设有排空控制阀。液相输出总管12上设有控制阀和减压阀26，液相色谱分离管13和离子色谱分离管14上设有控制阀、压力传感器和流量计。气相输出总管15上依次设有控制阀、压力传感器、节流阀、减压阀、控制阀、压力传感器和流量计，并与气相色谱仪7连接。数据采集器8与取样分管路、液相输出总管12、液相色谱分离管13、离子色谱分离管14、气相输出总管15上的各种阀门、流量计、压力传感器和温度传感器连接，用于采集各管路上的运行参数。

利用本申请的三超气井的带压环空采样分析系统进行带压环空采样分析的方法如下：

(1)设备进入待测井场，摆放到位；

(2)连接设备出口管线对应的井口环空输出阀门，并检查系统各个阀门处于关闭位置；

(3)启动控制器、数据采集器，并检查各个部位的性能参数；

(4)开启气液分离器排空控制阀、分离器液相输出总管控制阀、离子色谱供液控制阀、液相色谱供液控制阀、分离器气相出口控制阀、分离器气相出口节流阀、气相色谱供气控制阀，从排空管线连续注入标准清洗液，启动离子色谱仪、液相色谱仪、气相色谱仪连续监测，当三套色谱仪监测的物质组分和标准清洗液相同时，停止清洗；

(5)移除清洗液注入设备，放空系统中的清洗液，关闭气液分离器排空阀门，关闭系统中所有阀门；

(6)测试环空排出物及压力、温度和流量；

(7)开启井口环空输出阀门、环空管线控制阀、环空管线节流阀、取样总管控制阀、分离器液相输出总管控制阀、离子色谱供液控制阀、液相色谱供液控制阀、分离器气相出口控制阀、分离器气相出口节流阀、气相色谱供气控制阀；

(8)启动离子色谱仪、液相色谱仪、气相色谱仪进行前期连续分析，分析数据传入控制器；

(9)当三套色谱仪分析出的结果不含有标准清洗液组分时，进入正式测试阶段，启动分析终端进行连续分析；

(10)环空排出物及压力、温度和流量正式测试进行30min，关闭井口环空输出阀门，停止供液；

(11)三套色谱仪根据各自的后延时间停机；

(12)开启气液分离器排空阀门，放空系统中物质，环空测试结束。

如果待测环空有多层，可以重复步骤(4)～(12)，直至最终测试结束。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种带压环空采样分析系统，其特征在于，包括环空取样单元、气液分离单元、组分分析单元和数据处理单元，所述环空取样单元与所述气液分离单元连接，所述气液分离单元与所述组分分析单元连接，所述数据处理单元与所述环空取样单元、所述气液分离单元和所述组分分析单元连接。

2.根据权利要求1所述的带压环空采样分析系统，其特征在于，所述环空取样单元包括至少一个环空取样分管路，所述至少一个环空取样分管路汇总至取样总管。

3.根据权利要求2所述的带压环空采样分析系统，其特征在于，所述气液分离单元包括气液分离器，所述气液分离器的进口通过所述取样总管连接到环空层，所述气液分离器的上部设有气相输出总管，所述气相输出总管连接到气相色谱仪；所述气液分离器的下部设有液相输出总管，所述液相输出总管连接液相色谱分离管和离子色谱分离管，所述液相色谱分离管连接到液相色谱仪，所述离子色谱分离管连接到离子色谱仪。

4.根据权利要求3所述的带压环空采样分析系统，其特征在于，所述气液分离器的底部还设有排空管。

5.根据权利要求3或4所述的带压环空采样分析系统，其特征在于，所述数据处理单元包括数据采集器、控制器和分析终端，所述数据采集器和所述控制器连接，所述控制器和所述分析终端连接，所述控制器和所述离子色谱仪、所述液相色谱仪、所述气相色谱仪之间分别连接。

6.根据权利要求5所述的带压环空采样分析系统，其特征在于，所述数据采集器与所述环空取样分管路、所述液相输出总管、所述液相色谱分离管、所述离子色谱分离管、所述气相输出总管连接。

7.根据权利要求3-4、6中任一项所述的带压环空采样分析系统，其特征在于，所述液相输出总管上设有控制阀和减压阀，所述液相色谱分离管和所述离子色谱分离管上设有控制阀、压力传感器和流量计。

8.根据权利要求3-4、6中任一项所述的带压环空采样分析系统，其特征在于，所述气相输出总管上设有控制阀、压力传感器、节流阀、减压阀和流量计，并与所述气相色谱仪连接。

9.根据权利要求3-4、6中任一项所述的带压环空采样分析系统，其特征在于，所述至少一个环空取样分管路上分别设有控制阀、节流阀、单向阀、压力传感器和温度传感器，在所述取样总管上设有控制阀和流量计。

10.一种带压环空采样分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设备进入待测井场，摆放到位；

(2)连接设备管线，并检查系统各个阀门处于关闭位置；

(3)启动控制器、数据采集器，并检查各个部位的性能参数；

(4)开启气液分离器排空控制阀、分离器液相输出总管控制阀、离子色谱供液控制阀、液相色谱供液控制阀、分离器气相出口控制阀、分离器气相出口节流阀、气相色谱供气控制阀，从排空管线连续注入清洗液，启动离子色谱仪、液相色谱仪、气相色谱仪连续监测，当三套色谱仪监测物质组分和清洗液相同时，停止清洗；

(5)移除清洗液注入设备，放空系统中的清洗液，关闭气液分离器排空阀门，关闭系统中所有阀门；

(6)测试环空排出物及压力、温度和流量；

(7)开启井口环空输出阀门、环空管线控制阀、环空管线节流阀、取样总管控制阀、分离器液相输出总管控制阀、离子色谱供液控制阀、液相色谱供液控制阀、分离器气相出口控制阀、分离器气相出口节流阀、气相色谱供气控制阀；

(8)启动离子色谱仪、液相色谱仪、气相色谱仪进行前期连续分析，分析数据传入控制器；

(9)当三套色谱仪分析出的结果不含有标准清洗液组分时，进入正式测试阶段，启动分析终端进行连续分析；

(10)环空排出物及压力、温度和流量正式测试30min，关闭井口环空输出阀门，停止供液；

(11)三套色谱仪根据各自的后延时间停机；

(12)开启气液分离器排空阀门，放空系统中物质，环空测试结束。

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