Y型阀组气囊法油气井集气装置的研制及应用

1、    y型阀组气囊法油气井集气装置的研制及应用    赵东波刘文朝高恒立周艳春关键词：腐蚀;污染;浓度;费用;中毒1 摘要目前，冀东油田陆上油田作业区生产油井大部分产出有毒气体硫化氢，硫化氢气体有较强的腐蚀性，油井管柱、地面流程、计量设备因腐蚀穿孔造成污染事故频繁发生。为进一步研究硫化氢产生原因及形成机理，作业区地质部门需要汇总分析大量井口产出端硫化氢气体浓度数据，但经多次深入井区调研发现目前采油工检测油井井口硫化氢浓度方法是通过油管取样阀门将气液混合体引入敞口的空桶内，多功能气体检测仪检测管探入空桶内测取数值，存在以下问题：1.1敞口容器内硫化氢气体

2、外泄风险大，增加中毒风险。1.2检测的硫化氢气体被空气所稀释，测取的浓度数值不准确。1.3针对油管（取样阀门处）取出流体：被检测的气体混合在液体中没有被分离，气液混合体直接进入仪器内使传感器充油、充水失效，且产生传感器维修的高额费用。1.4目前作业区委托外委化验部门，2018年作业区井口气体浓度单井单次约0.13万元，作业区每季度需要检测井口硫化氢浓度1200口井次，年检测高达4800井次，支出年检测费高达600万元。2 分析原因及对策2.1分析改变取气样位置：根据油气水在管线中流动的分布状态，气体重度小于液体重度，气体浮在并聚集在管线顶部位置，向集输管线下游运移;液体重度大，存留在管线中下部

3、位置，形成一种层流流动状态向集输管线下游运移。基于上述流體流动状态分析过程，井口回压表位置处于管线顶端，是天然气聚集流动通道，是较为理想的取气样位置，而油管取样阀门位置处于管线中部，中部取出样多数是液体，无法进行气体浓度检测施工。2.2优选取气样阀门借鉴生活中案例一：汽车轮胎如果被针状物刺破，轮胎内气体会沿针孔间隙缓慢外泄。借鉴医学中案例二：脑出血患者病发时脑内颅压高，需要头颅做穿刺引流，将脑室内液体通过细针缓慢排出，降低颅压，防止其他血管再次爆裂。通过以上生活中的典型案例，如果想从流动的油气水管线中取到新鲜的、没有液体的气样，需要增设微调针形阀，其设想目的是，通过缓慢控制针形阀开启程度，使顶

4、部流动的气体平稳取出，避免管线内外压差过大导致的液体喷出的现象。2.3集气装置的选择如果选择容器类，硫化氢对金属材料有较强的吸附性，多口井进行连续测试时，上口井容器内测试完存留的硫化氢势必对下口井的测试数值产生误差影响。搜索专利-一种采油井硫化氢检测工具，专利号201520084127.6，其实用新型专利公开了一种集气金属箱体，箱体内壁、挡板及分离伞，测试单井过程中吸附大量硫化氢气体，金属容器清洗极为困难，该装置在现场实践过程中对下口井硫化氢数值的测取存在极大的误差。通过相关数据、相关专利网站查询，集气装置如果选择容器类，容器内存留污染气体多，掺杂空气多，测试完清洗工作量极大，操作时间长，不利

5、于基层现场及时测取硫化氢数值分析。因此集气装置优选透明气囊，气囊有较强的伸缩膨胀性，可储存天然气，气囊内检测处于密闭空间，数值准确度高，气体没有外泄，对空气没有污染，是理想的集气装置。3 工作原理及设计思路针对以上问题，提出创新目的，即能够在密闭空间内测取油井产出端天然气中硫化氢浓度值，操作简便，节约成本，测取的数值不被空气稀释，提高岗位员工操作安全性和数值的准确性，为硫化氢井防控措施及产生原因提供准确数值。原理：根据油气水在管线中存在重度差，运移的流体流动状态呈现以下规律：液体重度大，存留管线中低部位并向下游运移;气体重度小，沿管线顶、高部位聚集并向下游运移。优选取气样位置，位于井口回压表立

6、管处（集油管线顶部），通过一级控制阀、微调针形阀控制阀门开启度，先将油井产出的部分气体缓慢引入透明气囊内，再将气囊内被检测的气体通过集气阀、测气阀引入多功能气体检测仪内进行密闭、精准测试数值。前期对集气装置空桶、金属箱体进行实验并论证，问题是敞口箱体内测试前处于空气充满状态，测试浓度被空气所稀释，效果不佳;后期优选普通气球，在现场实验过程中，发现普通气球厚度仅有0.3mm，在集气过程中膨胀体积仅有150ml，气球易爆破，且不能满足常用梅思安气体检测仪（型号天鹰4xr）泵吸入量需求。针对以上存在问题，经和气球制作厂家沟通，将普通气球设计成厚度为2mm，膨胀爆破直径为500mm（体积0.0654m

7、3）的加厚气囊来满足安全测试需求，经过气筒打压试验，充气直径高达550mm爆破，而现场测试泵需求吸入量仅为0.0001 m3（100ml），足够满足测试泵吸入量需求。4 技术创新点4.1改变原取样位置，由管段中部的横管取样口，变为压力表阀处立管取样口，即管线高端顶部取气特点;优点：立管直接取气样测试，不用气液分离，减少油污工业垃圾处理的费用和工作量。4.2采用密闭透明气囊作为集气装置，中毒风险低，不被空气稀释，测取数值更为准确。4.3巧妙设计y型阀组结构，可实现集气、测气的需求。4.4增设的微调针形阀当阀门开启状态，阀芯间隙2-5mm内自由调节，实现微小孔径直接取气的目的。该方法简单实用、价格低廉，在油田范围内采油树井口、输送油气管道等需要检测硫化氢及其他气体浓度的位置均可使用。5 经济效益陆上油田作业区产出硫化氢气体的油井目前大范围存在，现作业区要求1200口生产油井每季度详细调查一次，每年约测试4800井次，资料将在井下作业、油气集输、采油管理中得到广泛应用。作业区委托外委化验检测，单井单次费用约1300元，气囊和尼龙扎带单次成本只需0.25元，成本极低，2018年陆上作业区全年油井检测达4800井次，发生费用约600万元，采用本装置及方法，年投入产