油氣井除硫及殘酸液處理裝置及操作方法與流程

本發明涉及石油勘探與開發技術領域，特別涉及一種含硫化氫油氣井試油或試氣過程中的除硫以及油氣井酸化后排出的殘酸液中和裝置，是實現安全環保試油和酸化作業的裝備。

背景技術：

含硫油氣井產出的硫化氫是一種劇毒的氣體，人與其接觸，將會產生中毒甚至死亡；同時，由于其與鋼材反應，易產生氫脆，造成油井管柱或流程腐蝕，發生工程事故。目前，在含硫化氫油氣井的試油或試氣過程中，一般都是經過氣液分離，含硫化氫的天然氣經火把燒掉，含硫化氫的油水進入密閉罐中，采用除硫劑進行處理。這樣的處理方法存在兩個弊端：一是隨天然氣燃燒后的硫化氫生成二氧化硫或三氧化硫，仍是有毒氣體，對環境造成污染，對人員造成危害，對地面流程造成腐蝕；二是密閉罐中的硫化氫一旦泄露，對環境造成污染，對人員造成危害。

油氣井酸化后，排出的殘酸液具有較強的酸性，如果直接進入生產管網，必定對生產管網造成腐蝕；如果排放到地面，將對環境造成污染。目前，現場的做法是將井內排出的殘酸液放到儲液罐中，再加入堿進行中和。這樣做存在兩個問題：一是由于人工攪拌不能使殘酸液與堿徹底反應，處理效果差，排放后仍然會對環境造成污染，對生產流程造成腐蝕；二是施工人員在攪拌的過程中，容易直接與殘酸和堿接觸，造成傷害。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種自動化程度高、安全性強、處理效果好的泵注法油氣井除硫及殘酸液處理裝置和操作方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種油氣井除硫及殘酸液處理裝置，該裝置包括注入采樣管匯、泵注裝置和數據采集室，所述注入采樣管匯設置在井場防爆區域內，所述泵注裝置通過動力電纜和數據線與數據采集室連接，所述注入采樣管匯一端經節流管匯與井口連接，另一端連接分離器，所述分離器與油氣出口管匯相連接。

所述數據采集室設置在非防爆區內。

所述注入采樣管匯包括注入采樣管匯撬、油氣入口管匯、注前硫化氫監測探頭、注前監測電控閘門、注前監測取樣器、注前PH值監測探頭、注前閘門、注入管線快速接口、注入控制閘門、注入壓力傳感器、注入頭、旁通閘門、控制箱、注后閘門、注后硫化氫監測探頭、注后監測取樣器、注后PH值監測探頭、注后監測電控閘門、油氣出口，所述油氣入口管匯前端與節流管匯相連；所述注前監測取樣器通過注前監測電控閘門安裝在注前閘門前，上裝有注前硫化氫監測探頭和注前PH值監測探頭；所述注后監測取樣器通過注后監測電控閘門安裝在注后閘門后，上裝有注后硫化氫監測探頭和注后PH值監測探頭；所述注入頭是頭上堵死中心空的圓柱體，泵注頭上開有許多小孔，安裝在注前閘門和注后閘門之間的管匯上，注入頭上裝有注入控制閘門，注入控制閘門另一端裝有注入管線快速接口和注入壓力傳感器；所述硫化氫監測探頭和PH值監測探頭及注入壓力傳感器通過信號線連接到控制箱，注前監測電控閘門和注后監測電控閘門通過控制電纜與控制箱連接。

所述注前閘門、注后閘門、旁通閘門分布在“口”型管匯中，注前閘門、注后閘門在同一直管線上。

所述泵注裝置包括配液罐、配液罐密度傳感器、配液罐液位傳感器、藥劑泵進口管線、藥劑泵、藥劑泵出口管線、泵進口管線、泵泄壓電控閘門、泵流量計、泵注入電控閘門、配電箱、泵壓力傳感器、Ⅰ號注入泵、Ⅱ號注入泵、泵輸出管線、注入管線快速接口、藥劑罐、藥劑罐液位傳感器、藥劑罐密度傳感器、攪拌器、撬組成，所述配液罐、藥劑罐、Ⅰ號注入泵、Ⅱ號注入泵、藥劑泵安裝在撬上；所述配液罐上裝有密度傳感器、液位傳感器和攪拌器，且通過藥劑泵進口管線與藥劑泵連接；所述藥劑罐上裝有液位傳感器、密度傳感器，一側通過藥劑泵出口管線與藥劑泵相連，另一側通過泵進口管線與注入泵連接；所述注入泵上裝有泄壓電控閘門，注入電控閘門，所述注入泵的輸出管線上裝有快速接口，與注入管線一端相連；所述注入泵上裝有壓力傳感器、流量計，通過信號電纜與配電箱連接，泄壓電控閘門和注入電控閘門通過控制電纜與配電箱連接。

所述注入泵與泄壓電控閘門，壓力傳感器，流量計，注入電控閘門及泵的控制旋鈕、顯示儀表均為兩套。

所述數據采集室包括野營房顯示屏、計算機、遠程控制柜、信號電纜軸、動力電纜軸、硫化氫信號接收器、硫化氫報警器。

一種油氣井除硫及殘酸液處理裝置的操作方法，步驟一，進入數據采集室，打開顯示屏、計算機、遠程控制柜、信號電纜軸、動力電纜軸、硫化氫信號接收器和硫化氫報警器；在顯示屏上顯示各個傳感器采集的數據、設備狀態；點擊注入前電磁注入后電磁閥，屏幕上顯示注入采樣管匯處注入前和注入后硫化氫濃度，硫化氫濃度超出標準時，硫化氫報警器報警提示操作人員或自動加大藥業注入量；步驟二，根據注入前后硫化氫濃度和PH值數據，通過操作員和預先設定的條件計算機自動向泵注裝置發出各種指令，通過計算機操作注入采樣管匯采集注入前后硫化氫和PH數據，向泵注裝置發送指令啟動注入泵和調節泵的轉速，除硫劑或殘酸中和液信息由傳感器實時傳輸到數據采集室；步驟三，泵注裝置接收步驟二的信息，首先啟動注入泵往注入采樣管匯內注入配置好的中和藥液，并實時反饋泵注裝置各個設備的運轉參數到數據采集室的屏幕上，配制泵注除硫劑或殘酸中和液進行中和；步驟四，泵注入的藥液數量根據注入后監測到硫化氫濃度和PH值是否達到標準手動和自動調整注入配置的藥液量，最終使得注入后地面流程管線內的硫化氫和殘酸全部處理干凈，處理經分離器分離出的油氣。

所述步驟三，接收到步驟一硫化氫報警器發出硫化氫濃度超標聲光報警信號時，提示現場工作人員采取防護措施。

所述步驟四，在泵注裝置上的設備出現異常時反饋到數據采集室并報警，等待操作員處理。

本發明的有益效果是：

1.使用實時的PLC控制器，實現儀表、傳感器、動力設備自動協調工作；

2.實時監測管匯內的硫化氫濃度和PH值，以及井場重點部位硫化氫濃度；

3.根據實時測量的硫化氫濃度、PH值，自動啟動注入泵，自動調節注入藥液量；

4.能有效的泵注除硫劑或殘酸中和劑，采用二級處理、多級反應方式，從井中產出的油氣水混合物中有效消除硫化氫或殘酸，或從分離后的天然氣和油水中有效消除硫化氫，從分離后的油水混合液中消除殘酸；

5.安裝在油嘴后的泵注頭高壓噴射除硫劑或殘酸中和劑，使得除硫劑或殘酸中和劑能與氣液中的硫化氫或殘酸充分混合反應；

6.將壓力、排量、硫化氫濃度、PH值、液位高度、液體密度、泵的轉速、頻率等參數實時傳到控制室，顯示在大屏幕上；

7.各項參數自動形成報表，數據、曲線、圖表直觀；

8.注入管匯能實現遠程取樣和檢測；

9.控制室屏幕上實時顯示現場工作畫面；

10.使得產出地面的氣、液中不含硫化氫或將其控制在安全指標范圍內，實現試氣過程中的安全生產。

附圖說明

圖1是本發明油氣井除硫及殘酸液處理裝置的井場布置圖；

圖2是本發明注入采樣管匯示意圖；

圖3是本發明的泵注裝置示意圖；

圖4是本發明的數據采集室示意圖；

圖5本發明的顯示屏電氣控制工作界面示意圖；

圖6本發明的遠程控制柜面板示意圖。

其中：

1、井場防爆區域；2、井口；3、節流管匯；4、流程管線；5、注入采樣管匯；6，9、數據線；7、注入管線；8、泵注裝置；10、動力電纜；11、數據采集室；12、油氣井除硫及殘酸液處理裝置；13、分離器；14、注入采樣管匯撬；15、油氣入口管匯；16、注前硫化氫監測探頭；17、注前監測電控閘門；18、注前監測取樣器；19、注前PH值監測探頭；20、注前閘門；21、注入管線快速接口；22、注入控制閘門；23、注入壓力傳感器；24、注入頭；25、旁通閘門；26、控制箱；27、注后閘門；28、注后硫化氫監測探頭；29、注后監測取樣器；30、注后PH值監測探頭；31、注后監測閘門；32、油氣出口管匯；33、配液罐；34、配液罐密度傳感器；35、配液罐液位傳感器；36、藥劑泵進口管線；37、藥劑泵；38、藥劑泵出口管線；39、53Ⅰ、Ⅱ號泵進口管線；40、52Ⅰ、Ⅱ號泵泄壓電控閘門；41、51Ⅰ、Ⅱ號泵流量計；42、49Ⅰ、Ⅱ號泵注入電控閘門；43配電箱；44、50Ⅰ、Ⅱ號泵壓力傳感器；45、46Ⅰ、Ⅱ號注入泵；47Ⅰ、Ⅱ號泵輸出管線；48、注入管線快速接口；54、藥劑罐；55、藥劑罐液位傳感器；56、藥劑罐密度傳感器；57、攪拌器；58、撬；33、配液罐；34、配液罐密度傳感器；35、配液罐液位傳感器；36、藥劑泵進口管線；37、藥劑泵；38、藥劑泵出口管線；39、53Ⅰ、Ⅱ號泵進口管線；40、52Ⅰ、Ⅱ號泵泄壓電控閘門；41、51Ⅰ、Ⅱ號泵流量計；42、49Ⅰ、Ⅱ號泵注入電控閘門；43、配電箱；44、50Ⅰ、Ⅱ號泵壓力傳感器；45、46Ⅰ、Ⅱ號注入泵；47Ⅰ、Ⅱ號泵輸出管線；48、注入管線快速接口；54、藥劑罐；55、藥劑罐液位傳感器；56、藥劑罐密度傳感器；57、攪拌器；58、撬；59、野營房；60、顯示屏；61、計算機；62、遠程控制柜；63、信號電纜軸；64、動力電纜軸；65、硫化氫信號接收器；66、硫化氫報警器；67、93Ⅰ、Ⅱ號泵啟動；68、92Ⅰ、Ⅱ號泵停止；69、88Ⅰ、Ⅱ號泵泄壓；70、91Ⅰ、Ⅱ號泵頻率；71、89Ⅰ、Ⅱ號泵頻率減；72、90Ⅰ、Ⅱ號泵頻率加；73、94Ⅰ、Ⅱ號注入泵；74、95Ⅰ、Ⅱ號泵流量；75、96Ⅰ、Ⅱ號泵壓；76、藥劑罐液位；77、藥劑罐密度；78、藥劑罐；79、藥劑泵停止；80、藥劑泵啟動；81、藥劑泵；82、配液罐液位；83、配液罐密度；84、配液罐；85、攪拌器啟動；86、攪拌器；87、攪拌器停止；97、110Ⅰ、Ⅱ號泵注入閥門；98、注入壓力；99、油氣出口；100、注后取樣器；101、注后PH值；102、注后硫化氫濃度；103、注后閘門；104、旁通閘門；105、注前閘門；106、注前PH值；107、注前硫化氫；108、注前取樣器；109、油氣入口；111、操作面板；112、116Ⅰ、Ⅱ號泵停止按鈕；113、117Ⅰ、Ⅱ號泵啟動按鈕；114、118Ⅰ、Ⅱ號泵運轉指示燈；115、119Ⅰ、Ⅱ號泵變頻器；120、藥劑泵停止按鈕；121、藥劑泵啟動按鈕；122、藥劑泵運行指示燈；123、PLC模塊；124、攪拌器停止按鈕；125、攪拌器啟動按鈕；126、攪拌器運行指示燈；127、自動按鈕；128、配液罐密度表；129、配液罐液位表；130、管匯壓力表；131、藥劑罐密度表；132、注后PH值表；133、注后硫化氫表；134、藥劑罐液位表；135、注前PH值表；136、注前硫化氫表；137、140Ⅰ、Ⅱ號注入泵頻率表；138、141Ⅱ、Ⅰ號注入泵壓力表；139、142Ⅱ、Ⅰ號注入泵流量表。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本項發明做進一步介紹，但不作為對本發明的限定。

如圖1所示，油氣井除硫及殘酸液處理裝置主要由三部分組成：注入采樣管匯5、泵注裝置8和數據采集室11。所述注入采樣管匯5位于井場防爆區域1內，節流管匯3與井口2連接好，注入采樣管匯5的油氣入口15通過流程管線與節流管匯3相連，油氣出口32與分離器13相連接；所述注入采樣管匯5的注入管線快速接口21與泵注裝置8注入管線快速接口48通過注入管線7相連，數據線6連接泵注裝置8；所述泵注裝置8通過動力電纜10和數據線9連接到數據采集室11，數據采集室放置在非防爆區內。

圖2表示本發明注入采樣管匯示意圖。注入采樣管匯的作用是采集注入前后硫化氫和PH數據，通過注入頭向地面流程中泵注除硫劑或殘酸中和液。主要由注入采樣管匯撬14、油氣入口15、注前硫化氫監測探頭16、注前監測電控閘門17、注前監測取樣器18、注前PH值監測探頭19、注前閘門20、注入管線快速接口21、注入控制閘門22、注入壓力傳感器23、注入頭24、旁通閘門25、控制箱26、注后閘門27、注后硫化氫監測探頭28、注后監測取樣器29、注后PH值監測探頭30、注后監測閘門31、油氣出口32組成。其中：所述注入采樣管匯撬14用來安裝各部件，方便吊裝運輸；所述油氣入口管匯15前端與節流管匯3相連，油氣出口管匯32后端與分離器13相連；所述注前閘門20、注后閘門21、旁通閘門25分布在“口”型管匯中，注前閘門20、注后閘門21在同一直管線上；所述注前監測取樣器18用來監測注前硫化氫濃度和PH值，其通過注前監測電控閘門17安裝在注前閘門20前，上裝有注前硫化氫監測探頭16和注前PH值監測探頭19；所述注后監測取樣器29用來監測注后硫化氫濃度和PH值，其通過注后監測電控閘門31安裝在注后閘門27后，上裝有注后硫化氫監測探頭28和注后PH值監測探頭30；所述注入頭24是一外徑50cm、內徑30cm、長度20cm的圓柱體，泵注頭上開有直徑0.5mm的小孔10個，可將除硫劑呈霧狀噴射入試氣流程管匯內，安裝在注前閘門20和注后閘門27之間的管匯上，注入頭24上裝有注入控制閘門22，注入控制閘門22另一端裝有注入管線快速接口21和注入壓力傳感器23；所述硫化氫監測探頭16、28和PH值監測探頭19、30及注入壓力傳感器23通過信號控制線連接到控制箱26。注前檢測電控閘門17和注后檢測電控閘門31通過過信號控制電纜連接到控制箱26。

圖3表示本發明的泵注裝置示意圖。泵注裝置功能是配制和泵注除硫劑或殘酸中和液。主要由配液罐33；配液罐密度傳感器34；配液罐液位傳感器35；藥劑泵進口管線36；藥劑泵40；藥劑泵出口管線38；泵進口管線39、53；泵泄壓電控閘門40、52；泵流量計41、51；泵注入電控閘門42、49；配電箱43；泵壓力傳感器44、50；Ⅰ號注入泵45；Ⅱ號注入泵46；泵輸出管線47；注入管線快速接口48；藥劑罐54；藥劑罐液位傳感器55；藥劑罐密度傳感器56；攪拌器57；撬組成58。其中：所述配液罐33、藥劑罐54、Ⅰ號注入泵45、Ⅱ號注入泵46及附件安裝在撬58上，結構緊湊，便于吊裝運輸；所述配液罐33是一2m³不銹鋼方罐，上裝有密度傳感器34、液位傳感器35和攪拌器57，用來配制除硫劑或殘酸中和液，顯示其密度和液位，配液罐33通過藥劑泵進口管線36與藥劑泵37連接；所述藥劑罐54是一0.8m³不銹鋼方罐，用來儲層配制好的除硫劑或殘酸中和液，上裝有液位傳感器55、密度傳感器56，一側通過藥劑泵出口管線38與藥劑泵37相連，另一側通過泵進口管線39、53與注入泵連接；所述泵注裝置的注入泵45、46與泵相關的組件，泄壓電控閘門40、52，壓力傳感器44、50，流量計41、51，注入電控閘門42、49及泵的控制旋鈕、顯示儀表均為兩套，以實現泵注法二次處理，上邊布置為Ⅰ號泵45，下邊布置為Ⅱ號泵46，注入泵為JYMX(II)系列液壓隔膜計量泵，所配防爆電機與泵成一體，可以通過電機的變頻調速來實現排量的調整，泵的最大工作壓力、排量根據硫化氫產量計算選定；所述注入泵45、46上裝有泄壓電控閘門40、52，注入電控閘門42、49，并通過管路連接；所述注入泵的輸出管線47上裝有快速接口48，與注入管線一端相連；所述注入泵上裝有壓力傳感器44、50、流量計41、51，通過信號控制電纜與配電箱43連接。泄壓電控閘門40、52和注入電控閘門42、49通過控制電纜與配電箱43連接。

圖4表示本發明的數據采集室示意圖。數據采集室是一棟特制的野營房，主要由野營房59、顯示屏60、計算機61、遠程控制柜62、信號電纜軸63、動力電纜軸64、硫化氫信號接收器65、硫化氫報警器66組成。其中：所述計算機61和顯示屏60用來遠程控制硬件，顯示硬件工作狀態，接受、處理數據信號，顯示現場工作畫面，具體由圖5說明；所述遠程控制柜62用來采集現場各種信號、數據、控制現場設備的電控元件設備，具體由圖6說明；所述硫化氫信號接收器65可以無線接收現場發回的硫化氫信號，通過信號線傳輸到遠程控制柜62；所述硫化氫報警器66是當硫化氫濃度超標時，發出聲光報警信號，提示現場工作人員注意采取防護措施；所述動力電纜軸64用來纏繞動力電纜，為泵注裝置提供動力電源；所述信號電纜軸63纏繞信號控制電纜，連接泵注裝置的配電箱和遠程控制柜，控制設備和傳輸數據。

圖5表示本發明的顯示屏電氣控制工作界面示意圖。其中各圖標表示：注入泵73、94；泵啟動67、93；泵停止68、92；泵泄壓69、88；泵頻率70、91；泵頻率加72、90；泵頻率減71、89；泵壓75、96；泵流量74、95；藥劑罐78；藥劑罐液位82；藥劑罐密度83；藥劑泵81；藥劑泵啟動87；藥劑泵停止79；配液罐84；配液罐液位82；配液罐密度83；攪拌器86；攪拌器啟動85；攪拌器停止87；泵注入閥門97、110；注入壓力98；油氣入口99；油氣出口109；旁通閘門104；注前閘門105；注前取樣器108；注前硫化氫107；注前PH值106；注后取樣器100；注后硫化氫濃度102；注后PH值101；注后閘門103。

圖6表示本發明的遠程控制柜面板示意圖。主要由操作面板111；泵變頻器115、119；PLC模塊123；自動按鈕127；泵啟動按鈕113、117；停止按鈕112、116；泵運轉指示燈114、118；藥劑泵啟動按鈕121；藥劑泵停止按鈕120；藥劑泵運行指示燈122；攪拌器啟動按鈕125；攪拌器停止按鈕124；攪拌器運行指示燈126；配液罐密度表128；配液罐液位表129；管匯壓力表130；藥劑罐密度表131；藥劑罐液位表129；注前硫化氫表136；注前PH值表135；注后硫化氫表133；注后PH值表132；注入泵頻率表137、140；注入泵壓力表138、141；注入泵流量表139、142組成。

本發明的一種油氣井除硫及殘酸液處理裝置的操作方法，步驟一，進入數據采集室，打開顯示屏、計算機、遠程控制柜、信號電纜軸、動力電纜軸、硫化氫信號接收器和硫化氫報警器；步驟二，通過計算機操作注入采樣管匯采集注入前后硫化氫和PH數據，向泵注裝置發送除硫劑或殘酸中和液信息；步驟三，泵注裝置接收步驟二的信息配制泵注除硫劑或殘酸中和液進行中和；步驟四，處理經分離器分離出的油氣。所述步驟三，接收到步驟一硫化氫報警器發出硫化氫濃度超標聲光報警信號時，提示現場工作人員采取防護措施。