安全监控技术在高压油气井地面测试中的应用分析

【摘  要】随着经济社会的快速发展，石油和天然气销售市场逐渐扩大，对石油和天然气的开发设计有了更多的规定，石油和天然气开发设计规范不断完善。高压油气井的设计对于石油和天然气的开发尤为重要，但同时也存在一定的隐患和不足。论文对此进行了研究，分析了监测系统集成技术在高压油气井路面测试中的使用价值，致力于提高监测系统的质量。

【关键词】安全监控技术;高压油气井地面测试;应用

【中图分类号】TE27                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2022）03-0194-03

1 引言

在高压油气井地面测试中，安全监控系统的技术应用是降低风险和人员伤亡概率。由于采用了这一技术，许多油气田不仅大大提高了劳动效率，还合理避免了安全事故。高压油气井地面安全监测系统不仅可以对地面的工况进行实时监测，还能在地面出现异常现象时进行及时反馈，在地面处采取防护措施。本文对该技术的基本原理进行分析，以便进一步了解和掌握该技术的运行模式和应用效果。

2 安全监测技术

在高压油气井进行地面测试的情况下，安全监控系统可以通过自动采集井口参数、自动控制井口、预警信息以及视频监视四大职能，即时高效地记录各种数据信息，并对有关设备条件及井口的构造情况进行全面的研究，以便针对异常情况快速制定解决安全事故的相关对策，可以合理降低安全事故的发生率，保障人员的生命安全。为保证这一职能的实现，必须规范相关的有害物质、油量的制造和出售，并处理各种不正常的状况[1]。

3 常规间隔式测试方法

根据生产加工情况，油气井必须在规定的时间内进行测试。在进行测试前，需要把压力表放在指定位置，从而获取测试工作时井内的压力和温度数据信息。工作完成后，压力计将显示准确的数值。这种方法的优点是一次测试工作的成本较低，但无法获得长期连续的压力和温度数据信息。在此期间，使用的测压仪是晶石或石英石电子器件压力计，其压力测量范围在105 MPa左右，不能满足高压井的测试要求。

现阶段常用的测试和处理技术有3种：

①钢丝吊放存放式。先编写电子设备压力计程序再接通电源，选择钢丝机械设备将压力计放入目标层，试验完成后，用钢丝将压力计从井中拉出，在路面上查看压力和温度数据信息。

②钢丝抛捞储放式。将电子装置压力计编程后，接通电源，将钢丝放入目标层系统，松开测压仪，取出金属丝。测试完成后，用钢丝专用工具夹住压力计，检查地表气压及气温资料。

③电缆线路启放直读式。将电子装置压力计与单芯电缆连接，用提升机将其送入井内目标地层，为矿井压力计分配电源，并立即将测试数据信息通过电缆传送到地面上，测试完成后取下压力计[2]。

4 高压油气井地面测试可靠性设计

4.1 高压油气井定义

该行业尚未确定高压油气井的定义。在国外，一般认为地质构造压力值超过155 MPa、地质构造温度高于210 ℃的井为高压油气井。国内对压力的定义与国外相同，温度超过170 ℃就可以称为高压油气井。综上所述，高压油气井大多位于地质构造压力高的地区，必须保证试验时的油压较低，才能使该结构在压力差作用下产砂。如果地质构造被破坏，还会危及地层的條件，导致井下专用工具和管柱被破坏，甚至地面管线被破坏，从而造成巨大财产损失。

4.2 高压油气井地面测试可靠性设计标准

对于高压油气井，高压油气井地面测试设计方案的改进标准必须以所有试验系统软件为基础，并充分考虑试验加工工艺、试验机械设备和测试方法的影响。测试人员必须充分掌握测试项目的地质环境状态参数和工作条件的主要参数，如环境湿度、液体浓度值、排气量、井室压力等。创建防水套管和矿井专用工具的数据信息，基本明确矿井专用工具及其管柱结构。对专用试验工具和试验管柱进行相应的结构力学分析和抗压强度评价。再次改进运行要求，然后进行分析评估，直到能有效满足具体工程建设要求为止[3]。

4.3 高压油气试井地面测试流程设计方案

优化高温高压油气井地面测试流程的设计，是一项非常复杂而又系统的工程，操作转向管交汇处的各路闸阀，可形成3个流动通道，即测试求产、井液回收以及放喷排液。这3个流程中，放喷排液流程是调节油嘴和固定油嘴相结合。这两款油嘴可根据替换方式合理控制管内压差，降低因压力过大造成的冲蚀风险。测试求产流程主要由三相分离器、油压缓冲器、计量罐、热交换器，三相分离器与热交换器串联，使计量罐和缓冲罐链接三相分离器中，可以对水、气、油三种化学物质的分离进行准确的测量和验证。节流管中流过的液体，可以通过利用热交换器的加热功能进行处理，可有效减少水合物的产生，并通过三相分离器将天然气送入点火口，进行燃烧处理。这种处理方法，可以合理处理天然气中的有害易燃气体。在一定程度上，减少了对自然环境的污染，使施工作业更加绿色化。同时，油和地层水可以根据不同的管道输送到计量罐，以进行精确的计量校验。高压油气井地面测试的主要流程，是根据ESD系统，快速关闭上下游高压安全通道，不仅可以有效保障工程机械设备及施工人员的安全，也不会影响到后期工作的开展。通过地面测试流程，对压井液进行回收，并尽可能地避免资源的浪费。

5 高压油气井地面测试工作中的难点

为完善高压油气井地面测试设计方案，施工企业必须充分把握高压油气井测试存在的一些问题。

5.1 井底压力较大

由于油气井底层埋藏较深，甚至有些底层的压力系数为2.3，压力往往高于100 MPa。在这样的高压工作环境下，专用检测工具和管柱的承载能力严重超标，使得地质结构检测的实际操作难度越来越大，地面测试存在安全隐患。如果施工队在具体的测试工作中稍有不注意，就有可能发现明显的工程施工安全生产事故[4]。

5.2 测试工艺的质量问题

这方面的问题具体体现在测试设备和测试处理技术两个层面。在测试设备层面，主要是压力计的测试精度较低，很容易在持续时间点获得相同的压力数据信息，这在压力测试数据图表中体现为水平线。在进行试井时，最好将压力计投入稳定生产一段时间，然后关井，并做测量。但在具体测试中，经常会出现关井后放入一段时间的压力计，缺少放入前的压力数据信息，而这条数据信息恰好是试井演示中最重要的信息内容。

5.3 井底温度较高与高压油气井自身结构复杂

由于油气井底部的温度较高，因此对矿井记录电子装置的测试工具和压力计来说，是一个关键的测试。当井下温度高于测试工具时，非常容易使测试工具中的金属、橡胶制品及其电子元件造成不同程度的损坏。

由于油气井的地下生产层埋藏较深，对钻孔所需的钻头要求较高。在实际工作过程中，施工队必须根据施工现场的具体情况选择钻头。防水套管、喇叭口这些特有的井身结构经常遇到，对试验项目的建设造成非常恶劣的影响，也会增加操作的难度系数。

5.4 油气藏储层特性的复杂性

试井解释了一个主要问题是通过整合地质构造信息内容，来获得准确的储层信息内容。但在具体试井呈现过程中，不同的试压数据信息很可能出现相似的双对数图，从而导致试井解释的多解性增大。因此，充分掌握储层地质结构，准确选择实体模型，是开展油气井试井解释、获得准确储层参数的基础。

5.5 高压油气井含有大量有害气体

油气井下气藏中含有大量腐蚀性气体硫化氢，这种气体对试验所用井内的测试管柱、专用测试工具等，有很强的腐蚀性，容易造成测试管柱漏气甚至断裂。如果测试人员不重视，不合理的操作可能会导致测试人员中毒。这对测试人员的人身安全造成了很大程度的危害，同时也给测试工作造成了很大程度的混乱[5]。

5.6 井况及生产历史的复杂性

除了储层地质结构的复杂性外，井况引起的井储效应变化和目标井的整体生产历史，也将被选为试井解释的多解性。例如，具有可变流量历史时间的井和具有流量历史时间的井，将获得不同的表示结果。又如，关井前的生产时间比实际时间短，本应处于水平的压力导数函数将变为向上的压力导数，如果关井前的生产时间比实际时间长，则将本应处于水平的压力导数函数变为向下的压力导数。因此，对单井生产历史的把握也将引导我们更快、更强地开展油气井试井解释，并获取储層参数。由于该因素的影响，我国油气田测试资料表达率低，很多重要信息内容没有表达出来，试井曲线现状分析困难，专业知识普及薄弱，测井资料即使表达出来，仍无法建立和合理使用。

6 安全监控技术在高压油气井地面测试中的应用

6.1 流量、压力和温度检测以及有害气体检测

近年来，世界各国频频发生矿山作业有害物质中毒安全事故，给社会发展和企业造成严重损失。无论是硫化氢中毒还是一氧化碳中毒，都会对身体造成很大的伤害。如果出现中度至重度中毒，很可能导致死亡。保护和检查至关重要。所以安全监测技术除了对总流量、压力和温度的检测，还包括对有害气体的检测，一般包括硫化氢、二氧化碳、可燃气体等。根据在可能发生气体泄漏的部位安装移动式可燃气体检测摄像头，收集到的数据通过无线传输，可以识别有害气体物质的浓度值和传播发展，并进行报警。当气体按管道进入在线监测系统时，可立即指示气体的成分，并根据在线监测完成连续检测。在温度、压力、流量监测系统的软件组成中，检测器主要放置在蒸汽流量计、节流阀管汇、油井、分离设备、换热器等处。即时传输数据，然后进行分析和制作。如果检测到流量、压力、温度、额定值等主要参数有误，报警装置会发出报警并迅速响应，防止发生事故。

6.2 光纤传感技术检测

光纤传感技术是一种依靠数据信号识别和检测外部信息的新型传感技术。因此，在油气生产过程中具有很大的优势，可以考虑现阶段对油气检测的规定，为数字化油田的基础建设提供可靠的数据和信息。根据传感器的分类，光纤传感技术可分为分布式光纤传感技术和点测光纤传感技术，可完成对温度、工作压力等参数的检测。根据上述参数的扩展，光纤传感技术可以完成燃气管道泄漏检测、燃气管道第三方损坏检测、矿井温度和工作压力检测、套管应变力检测、导管架服务平台结构安全检测、变配电机械设备安全测试、储罐结构安全测试、门吊结构安全测试、智能井生产制造测试、人力提升系统软件测试、水压裂测试、稠油热采温度监测、浮管安全测试等[6]。

6.3 永久压力监测系统

永久压力监测系统可连续监测油气井压力和温度，可用于油气井生产制造动态变化、试井分析、油气藏数值模拟等，从而提高工作的效率以及防止表面出砂，主要特点是：

第一，具有长期工作的可靠性。太阳能供配电系统能保证系统持续可靠运行。集成电路设计选用集成电路工艺，抗震等级强，抗干扰能力强;选用现阶段的液位传感器技术和电源电路技术，连续检测时间可达10年以上，工作可靠性和稳定性高。

第二，适用于高压井的检测。电子压力计最高工作压力等级可达25 kPsi，连续工作时间10年以上，适用于高温、高压、高腐蚀等极端恶劣井况。

第三，多层压力连续实时监测。PDMS永久压力探测系统不仅可以完成单面工作压力检测，还可以完成单井多层位井下数据信息的同步与实时监测。

此外，可以选择检测脱筒外部套管内的压力或脱筒内部结构油管的压力。

6.4 数据视频监控系统

在高压油气井的地面检查中，视频监控是最有效的监管方式，可即时展现施工现场及周边环境的动态直播，减少人员在风险区域的调度，节省人力资源管理，合理规避员工操作风险，数据视频监控系统可完成远程控制、实时监管和现场针对性指导，减少因操作失误导致的安全生产事故。采用数字化信息检测工具和几何图形进行遥控传输、报警、快速查找等，使得监控系统的集成越来越具有技术性，有利于异常现象的及时处理、即时报告，使其能够合理解决。数据视频监控系统可以完成实时监控系统、远程控制传输和快速搜索等功能，合理提高现场监管和针对性指导的效率，降低工作人员的信用风险[7]。

7 结论

总的来说，通过对安全监测技术的深入分析可以发现，监测系统在高压油气井地面安全检测中的技术应用，具有明显的实用价值和经济效益。实践经验证明，该技术已应用于多个油气田，取得了预期的实际效果。此外，安全监管技术合理解决实际操作人员缺乏经验和懒惰造成的疏忽问题，并能够快速可靠地解决异常情况，大大降低安全风险。

【参考文献】

【1】刘军荣.高温高压油气井射孔作业中风险管理的应用探究[J].化工设计通讯，2020，46（05）：256-257.

【2】徐庆祥，王玉忠，姜有才，等.连续油管清蜡技术在高压油气井的应用[J].石油化工应用，2017，36（07）：83-85.

【3】李彦秋，谭宇龙.高压油气井试油技术分析[J].当代化工研究，2016（06）：5-6.

【4】胡宏发，王涛.安全监控技术在高压油气井地面测试中的应用[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2016（05）：151-152.

【5】谭振兴，孙明，张晓东.高压油气井地面测试安全监控技术研究[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2015（12）：73.

【6】尹海晖，夏苏疆.高压油气井地面测试安全监控技术[J].中国石油和化工标准与质量，2014，34（12）：144.

【7】周国英，何庆，梁静献，等.高压油气井液压安全控制系统的设计[J].机床与液压，2014，42（04）：113-115.

【作者簡介】姬云龙（1988-），男，天津人，工程师，从事地面试油研究。

Application Analysis of Safety Monitoring Technology in Ground Test of

High Pressure Oil and Gas Well

JI Yun-long

【Keywords】safety monitoring technology; ground test of high pressure oil and gas well; application

【Abstract】With the rapid development of economy and society， the oil and gas sales market is gradually expanding， and there are more regulations on the development and design of oil and gas， and the development and design specifications of oil and gas are constantly improving. The design of high pressure oil and gas well is very important for the development of oil and gas， but it also has some hidden dangers and shortcomings. These are studied in this paper. This paper analyzes the application value of monitoring system integration technology in ground test of high pressure oil and gas well， and tries to improve the quality of monitoring system.