阅读说明：本技术 一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置及其监测方法 (Gas monitoring device and method for carbon dioxide gas displacement ) 是由 刘笑春 何治武 杨海恩 谭俊领 毕卫宇 王石头 程辰 杨飞涛 李曼平 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明保护了一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置及其监测方法,主要由二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和硫化氢传感器组成,可以实现实时采集二氧化碳气体浓度、一氧化碳气体浓度和硫化氢气体浓度,且所有的气体传感器均是采用电化学气体传感器或红外线气体传感器,红外检测元件和电化学检测元件具有高稳定性和高精度的优点,在实时采集各气体浓度的同时,可以精准地将气体浓度传输至终端,在终端显示各气体的含量变化,准确监测二氧化碳的气窜时机以及二氧化碳气窜程度随时间的变化情况,为及时发现和防治气窜具有重要意义。(The invention protects a gas monitoring device for carbon dioxide gas displacement and a monitoring method thereof, which mainly comprises a carbon dioxide sensor, a carbon monoxide sensor and a hydrogen sulfide sensor, can realize the real-time acquisition of the concentration of carbon dioxide gas, the concentration of carbon monoxide gas and the concentration of hydrogen sulfide gas, and all the gas sensors adopt electrochemical gas sensors or infrared gas sensors, and the infrared detection element and the electrochemical detection element have the advantages of high stability and high precision.)

一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置及其监测方法

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置及其监测方法。

背景技术

对于低渗透油田，采用注气开发的效果优于注水效果，但是能否在注气开发过程中及时发现和防治气窜是注气开发成功的关键性因素，一旦发生气窜，不但会浪费人力物力，还会对油井产生不可逆转的损失。

为及时发现二氧化碳气窜，矿场上常采用一系列二氧化碳检测装置检测二氧化碳气体浓度，当其浓度超过某一值时，装置报警，则认为发生了二氧化碳气窜。

目前，油田常使用的二氧化碳气体浓度检测仪器主要有固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等，然而，以上检测仪器存在许多不足之处，例如：对气体的选择性差、易出现误报，系统需要频繁校准，使用寿命较短，抗震性较差。因此，考虑到实时监测分析以及其他矿场需要，设计并搭建一套灵敏度高、选择性和稳定性好、精度高的可实现实时传输的地面二氧化碳实时监测装置具有重要意义。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置及其监测方法，其目的一是解决常规二氧化碳气体浓度检测仪器存在的检测灵敏度低、选择性差和稳定性差的问题；其目的二是解决检测气体种类单一的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置，它包括油气分离缓冲罐，所述油气分离缓冲罐具有三个罐口，分别是进油口、出油口和出气口，所述进油口连接套管，所述出油口开设于罐底并连接污油池，所述出气口开设于罐顶并连接两路输气管线，其中一路输气管线接入压缩机进口，压缩机出口连接下游集输管路，另外一路输气管线通过管线连接至干燥过滤器进口，干燥过滤器出口连接排气管线，所述排气管线的管壁通过旁通管线连接至采样器，所述采样器内安装有可检测多种气体浓度的气体传感器组，每一个气体传感器电连接至RTU数据采集模块，所述RTU数据采集模块采集气体传感器检测到的各种气体浓度，并将气体浓度数据传输至终端。

进一步地，所述气体传感器由三种传感器组成，分别是二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和硫化氢传感器，所述采样器内至少安装一个二氧化碳传感器、一个一氧化碳传感器和一个硫化氢传感器。

优选地，所述二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和硫化氢传感器均是电化学气体传感器或红外线气体传感器，或是由电化学气体传感器和红外线气体传感器组成的混合气体传感器组。

进一步地，所述油气分离缓冲罐和干燥过滤器之间的管线自上游至下游安装有压力表和减压阀。

优选地，所述RTU数据采集模块采集到的各种气体浓度通过无线传输模块传输至终端，所述终端为计算机。

优选地，所述压缩机为双级压缩机，它由低压级和高压级组成，所述低压级的工作压力为0.6MPa，高压级的工作压力为2.0MPa。

进一步地，所述油气分离缓冲罐的出气口连接了两路输气管线，其中输入所述压缩机的气量大于输入所述干燥过滤器的气量，且自油气分离缓冲罐出气口排出的混合气在稳定流量后再进入干燥过滤器。

本发明还提供了一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置的监测方法：来自于油井套管的套管气进入油气分离缓冲罐，经油气分离缓冲罐进行油气分离，分离出的油液自出油口排至污油池，分离出的混合气体，大部分进入压缩机，经压缩机增压后通过集输管路输送至下游处理，分离出的另一部分混合气体在流量稳定后输送至干燥过滤器，经干燥去除液体后，混合气体经干燥过滤器排出，一部分混合气体排至大气，剩余部分混合气体进入采样器，采样器内的二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和硫化氢传感器分别检测混合气体所含二氧化碳浓度、一氧化碳浓度和硫化氢浓度，RTU数据采集模块采集各气体传感器检测的气体浓度数据，并通过无线传输模块传输至终端。

进一步地，所述终端为计算机，计算机实时显示接收的气体浓度数据，并根据气体浓度数据绘制气体浓度数据与时间的曲线图，且所述计算机根据各气体传感器的预设报警浓度进行超限报警。

本发明的有益效果如下：

本发明保护的二氧化碳驱气窜的气体监测装置及其监测方法，主要由二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和硫化氢传感器组成，可以实现实时采集二氧化碳气体浓度、一氧化碳气体浓度和硫化氢气体浓度，且所有的气体传感器均是采用电化学气体传感器或红外线气体传感器，红外检测元件和电化学检测元件具有高稳定性和高精度的优点，在实时采集各气体浓度的同时，可以精准地将气体浓度传输至终端，在终端显示各气体的含量变化，准确监测二氧化碳的气窜时机以及二氧化碳气窜程度随时间的变化情况，为及时发现和防治气窜具有重要意义。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是二氧化碳驱气窜的气体监测装置的结构示意图。

附图标记说明：

1.油气分离缓冲罐；2.污油池；3.压缩机；4.干燥过滤器；5.排气管线；6.采样器；7.RTU数据采集模块；8.无线传输模块；9.终端；1001.二氧化碳传感器；1002.一氧化碳传感器；1003.硫化氢传感器；11.压力表；12.减压阀。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的二氧化碳驱气窜的气体监测装置的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施方式

如图1所示，本发明的第一实施方式涉及一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置，它包括油气分离缓冲罐1，所述油气分离缓冲罐1具有三个罐口，分别是进油口、出油口和出气口，所述进油口连接套管，所述出油口开设于罐底并连接污油池2，所述出气口开设于罐顶并连接两路输气管线，其中一路输气管线接入压缩机3进口，压缩机3出口连接下游集输管路，另外一路输气管线通过管线连接至干燥过滤器4进口，干燥过滤器4出口连接排气管线5，所述排气管线5的管壁通过旁通管线连接至采样器6，所述采样器6内安装有可检测多种气体浓度的气体传感器组，每一个气体传感器电连接至RTU数据采集模块7，所述RTU数据采集模块7采集气体传感器检测到的各种气体浓度，并将气体浓度数据传输至终端9。

本实施方式的二氧化碳驱气窜的气体监测装置的工作过程或工作原理如下：

来自于油井套管的套管气进入油气分离缓冲罐1，经油气分离缓冲罐1进行油气分离，分离出的油液自出油口排至污油池2，分离出的混合气体，大部分进入压缩机3，经压缩机3增压后通过集输管路输送至下游处理，分离出的另一部分混合气体在流量稳定后输送至干燥过滤器4，经干燥去除液体后，混合气体经干燥过滤器4排出，一部分混合气体排至大气，剩余部分混合气体进入采样器6，采样器6内的气体传感器组分别检测混合气体所含各类气体氢浓度，RTU数据采集模块7采集各气体传感器检测的气体浓度数据，并通过传输至终端9。

终端9优选为计算机，计算机实时显示接收的气体浓度数据，并根据气体浓度数据绘制气体浓度数据与时间的曲线图，且所述计算机根据各气体传感器的预设报警浓度进行超限报警。

此外，计算机还可以保存并记录所绘制的曲线图以及气体浓度数据，实现历史数据查询，历史曲线和生产数据报表等功能。

需要特别说明的是，气体传感器和RTU数据采集模块7均是现有的可以市购的结构，其具体的结构不作为本发明的保护对象，在此不作详细的说明。

具体地，本实施方式中，油气分离缓冲罐1的作用是将油井套管气中气液分离，同时稳定气体流量；压缩机3的作用是将分离出的大部分气体回收至流程管线，符合安全环保需要；干燥过滤器4的作用是将少量液体去除，避免液体损坏气体传感器；气体传感器具有在线测量、安装方便、精度和稳定性高等优点；RTU数据采集模块7实时采集生产数据，通过有线或无线传输至终端，工作稳定可靠。

本监测装置利用气体传感器在采样器内实现对CO₂气体浓度、CO气体浓度和H₂S气体浓度的监测，将其转化成数字信号，再通过一定传输手段将所检测到的信号传输到计算机终端，进行监测数据的整理和分析，为及时发现和防治气窜具有重要意义。

第二实施方式

二氧化碳驱气窜的气体监测装置，它包括油气分离缓冲罐1，所述油气分离缓冲罐1具有三个罐口，分别是进油口、出油口和出气口，所述进油口连接套管，所述出油口开设于罐底并连接污油池2，所述出气口开设于罐顶并连接两路输气管线，其中一路输气管线接入压缩机3进口，压缩机3出口连接下游集输管路，另外一路输气管线通过管线连接至干燥过滤器4进口，干燥过滤器4出口连接排气管线5，所述排气管线5的管壁通过旁通管线连接至采样器6，所述采样器6内安装有可检测多种气体浓度的气体传感器组，每一个气体传感器电连接至RTU数据采集模块7，所述RTU数据采集模块7采集气体传感器检测到的各种气体浓度，并将气体浓度数据传输至终端9。

具体地，气体传感器由三种传感器组成，分别是二氧化碳传感器1001、一氧化碳传感器1002和硫化氢传感器1003，所述采样器6内至少安装一个二氧化碳传感器1001、一个一氧化碳传感器1002和一个硫化氢传感器1003。

由于电化学气体传感器和红外线气体传感器具有在线测量、安装方便、精度和稳定性高等优点，因此，二氧化碳传感器1001、一氧化碳传感器1002和硫化氢传感器1003均是电化学气体传感器或红外线气体传感器，或是由电化学气体传感器和红外线气体传感器组成的混合气体传感器组。

本实施方式的二氧化碳驱气窜的气体监测装置的工作过程或工作原理如下：

来自于油井套管的套管气进入油气分离缓冲罐1，经油气分离缓冲罐1进行油气分离，分离出的油液自出油口排至污油池2，分离出的混合气体，大部分进入压缩机3，经压缩机3增压后通过集输管路输送至下游处理，分离出的另一部分混合气体在流量稳定后输送至干燥过滤器4，经干燥去除液体后，混合气体经干燥过滤器4排出，一部分混合气体排至大气，剩余部分混合气体进入采样器6，采样器6内的二氧化碳传感器1001、一氧化碳传感器1002和硫化氢传感器1003分别检测混合气体所含二氧化碳浓度、一氧化碳浓度和硫化氢浓度，RTU数据采集模块7采集各气体传感器检测的气体浓度数据，并通过无线传输模块8传输至终端9。

第三实施方式

与第一实施方式不同的是，油气分离缓冲罐1和干燥过滤器4之间的管线自上游至下游安装有压力表11和减压阀12，压力表11用于检测油气分离缓冲罐1分离出的混合气体的压力，若气体压力超过预设值，减压阀12打开以确保整个监测装置的安全运行。

为了实现监测装置的检测数据的准确实时传输，以及简化设备，RTU数据采集模块7采集到的各种气体浓度通过无线传输模块8传输至终端9，所述终端9为计算机。

为了达到安全环保的要求，压缩机3为双级压缩机，它由低压级和高压级组成，所述低压级的工作压力为0.6MPa，高压级的工作压力为2.0MPa。

由于检测二氧化碳浓度、一氧化碳浓度和硫化氢浓度仅需少量气体，因此油气分离缓冲罐1分离出的气体，油气分离缓冲罐1的出气口连接了两路输气管线，其中输入所述压缩机3的气量大于输入所述干燥过滤器4的气量，且自油气分离缓冲罐1出气口排出的混合气在稳定流量后再进入干燥过滤器4。

第四实施方式

本实施方式保护了一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置的监测方法：来自于油井套管的套管气进入油气分离缓冲罐1，经油气分离缓冲罐1进行油气分离，分离出的油液自出油口排至污油池2，分离出的混合气体，大部分进入压缩机3，经压缩机3增压后通过集输管路输送至下游处理，分离出的另一部分混合气体在流量稳定后输送至干燥过滤器4，经干燥去除液体后，混合气体经干燥过滤器4排出，一部分混合气体排至大气，剩余部分混合气体进入采样器6，采样器6内的二氧化碳传感器1001、一氧化碳传感器1002和硫化氢传感器1003分别检测混合气体所含二氧化碳浓度、一氧化碳浓度和硫化氢浓度，RTU数据采集模块7采集各气体传感器检测的气体浓度数据，并通过无线传输模块8传输至终端9。

优选地，终端9为计算机，计算机实时显示接收的气体浓度数据，并根据气体浓度数据绘制气体浓度数据与时间的曲线图，且所述计算机根据各气体传感器的预设报警浓度进行超限报警。

与气体传感器和RTU数据采集模块7类似，无线传输模块8也是现有的可以市购的结构，其具体的结构不作为本发明的保护对象，在此不作详细的说明。

具体地，二氧化碳驱气窜的气体监测装置，它包括油气分离缓冲罐1，油气分离缓冲罐1具有三个罐口，分别是进油口、出油口和出气口，进油口连接套管，出油口开设于罐底并连接污油池2，出气口开设于罐顶并连接两路输气管线，其中一路输气管线接入压缩机3进口，压缩机3出口连接下游集输管路，另外一路输气管线通过管线连接至干燥过滤器4进口，干燥过滤器4出口连接排气管线5，排气管线5的管壁通过旁通管线连接至采样器6，采样器6内安装有可检测多种气体浓度的气体传感器组，每一个气体传感器电连接至RTU数据采集模块7，RTU数据采集模块7采集气体传感器检测到的各种气体浓度，并将气体浓度数据传输至终端9。

气体传感器由三种传感器组成，分别是二氧化碳传感器1001、一氧化碳传感器1002和硫化氢传感器1003，采样器6内至少安装一个二氧化碳传感器1001、一个一氧化碳传感器1002和一个硫化氢传感器1003。

二氧化碳传感器1001、一氧化碳传感器1002和硫化氢传感器1003均是电化学气体传感器或红外线气体传感器，或是由电化学气体传感器和红外线气体传感器组成的混合气体传感器组。

油气分离缓冲罐1和干燥过滤器4之间的管线自上游至下游安装有压力表11和减压阀12。

RTU数据采集模块7采集到的各种气体浓度通过无线传输模块8传输至终端9，终端9为计算机。

压缩机3为双级压缩机，它由低压级和高压级组成，低压级的工作压力为0.6MPa，高压级的工作压力为2.0MPa。

油气分离缓冲罐1的出气口连接了两路输气管线，其中输入压缩机3的气量大于输入干燥过滤器4的气量，且自油气分离缓冲罐1出气口排出的混合气在稳定流量后再进入干燥过滤器4。

综上所述，本发明保护了一种二氧化碳驱气窜的气体监测装置及其监测方法，主要由二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和硫化氢传感器组成，可以实现实时采集二氧化碳气体浓度、一氧化碳气体浓度和硫化氢气体浓度，且所有的气体传感器均是采用电化学气体传感器或红外线气体传感器，红外检测元件和电化学检测元件具有高稳定性和高精度的优点，在实时采集各气体浓度的同时，可以精准地将气体浓度传输至终端，在终端显示各气体的含量变化，准确监测二氧化碳的气窜时机以及二氧化碳气窜程度随时间的变化情况，为及时发现和防治气窜具有重要意义。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。