捷迈行业应用白皮书 石油天然气应用领域的液位传感器

• 摘要：石油天然气钻探新面貌。如今，人们使用各种传感器和控制器进行石油天然气钻探，这种高科技手段不仅实现了资源开采，还保护了环境。

石油天然气应用领域的液位传感器

       液位测量在石油天然气领域的应用正变得日益重要。在油井的整个寿命周期中，水、油和化学流体都是整合在一起的，而随着水力压裂等非传统钻井技术的兴起，这种情况更为明显。新技术的兴起和新法规的出台要求在处理回流和产生的废水的同时，还要监测各种各样的化学品。这样，液位测量的应用将远远超出仅监测设备性能和可靠性的用途。生产商如今需要更多地处理生产流程中的副产品，通过更好地采集、储存和处理程序，避免对环境造成污染。而液位传感技术的使用将帮助这些流程更高效、更可靠地进行。

常见液位传感应用：

• 储罐液位监测

• 化学剂注入

• 液压和润滑油油箱

• 钻井液（泥浆）罐监测

• 输送过程液位监测

      使用可靠的液位传感器进行采出水监测虽然现今水力压裂法不受《净水法》的限制，但各类环保组织一直在督促钻井公司本着诚信的原则开展业务，并针对水的使用及污染物进行自我管理。

许多有毒物质都与非传统钻井产生的采出水有关。根据钻井工地的位置、规模和持续时间的不同，采出水可能在现场处理，也可能转移至其他处理设施进行处理。但不管怎样，污染水体在处理前通常会以某种形式就地储存。

采出水中最常见的化学品包括：

• 甲醇

• 异丙醇

• 乙二醇单丁醚（2-丁氧基乙醇）

• 乙二醇（1,2-乙二醇）

• 氢化处理的轻质石油馏分

• 氢氧化钠（烧碱）

       在石油天然气开采的整体例行规划中，完善的计划通常会涉及到对上述及其它各类有毒物质的持续收集、处理和处置。而可靠的液位传感技术是这类计划的重要组成。

       不遵守法规的代价非常高昂。在EPA（美国国家环境保护局）最近的一次诉讼中，Exxon（埃克森公司）同意支付10万美元的罚款，并花费预计2千万美元用于防止宾夕法尼亚和西弗吉尼亚的天然气钻井作业污水外溢。这次诉讼涉及的是2010年发生的一起污水外溢事件。当时的州检查员发现，压裂水回收工厂中的一个阀门开启导致了泄漏。此外，检查员还注意到开启的阀门与一系列储罐相连，储罐储存有来自全州压裂井的废水。如果连续检测这些储罐液位的异乎寻常的下降，本可以防止外溢问题，但最终结果是，氯化物、锶、钡元素流入了附近一条用于供应当地饮用水的河流。根据协议要求，Exxon公司必须为其在宾夕法尼亚和西弗吉尼亚的全部常驻生产厂安装一套连续的远程监控系统，该系统在未来发生外溢时应能立即发出警报，警示操作员采取行动；另外，Exxon公司还必须实施一套方案，主动监测相互连通的废水储罐。

       在宾夕法尼亚还发生过其他类似事件，由于未发现故障，导致压裂作业中带有有毒物质的收集液外泄。其中一次是有9000加仑液体外溢到邻近的农场，另一次外溢量则高达227000加仑，导致许多家庭被迫撤离。

       如今，有关石油天然气勘探与生产的最佳实践针对饮用水安全和一般环境保护向社会提供了更好的保障。EPA提议了一套方案，对废水液位进行连续监测，以防止天然气勘探过程发生废水外溢。该方案的关键就是可靠、精确的液位传感器。使用的传感器类型：浮力（浮子）、光电、电容、超声波单点式液位开关，以及浮力、超声波、磁致伸缩式连续液位变送器

钻井液泥浆罐中的精确液位检测

       钻井时，操作人员需要将一种名为“泥浆”的化合物混合剂注入钻头孔道以对其润滑，从而防止过热。在泥浆的生产和储存过程中可能会用到多个储罐。每个储罐的液位都需进行监测，以防止泥浆输送中断。

泥浆储罐有以下几种类型：

基础物质储罐—这类储罐储存有碱或油之类用于生产泥浆混合剂的基础液体。它们通常位于钻井平台上或附近。浮力、电容和光学低液位传感器适合于该类应用。

泥浆池—这类储罐通常包含喷嘴或搅拌器，以保证泥浆的持续混合。其使用的传感技术必须能够检测各种粘度和成分不同的混合物。

泥浆补给罐—这是一种中间储罐，用于收集从孔道流回的泥浆。流回的泥浆受到石油、气体、海水、岩石和沙子的污染，因此在处理前必须进行储存。泥浆振动筛—用于去除岩石和沙子，以回收泥浆中的可复用液体成分。该过程中所使用的容器应具有液位传感功能。

       几十年来，各储罐厂家已经使用了许多种单点式液位开关和连续液位变送器，用于检测适当的泥浆液位及其在孔道中使用前、中、后的成分。这些传感器通常与控制器相连，能够实现自动化处理并触发紧急报警。传感器的精度和可靠性能保证钻井的正常运行时间。

使用的传感器类型：浮力（浮子）、光学、电容、超声波单点式液位开关，以及浮力、超声波、磁致伸缩式连续液位变送器其他石油天然气液位传感应用废水储罐—海上平台必须保护海洋不受其产生的污染物质影响。雨水会将平台上的污染物冲走，并汇集至废水储罐。废水随后被转移至特殊容器进行处理。可靠的液位传感是防止废水储罐溢流、污染环境以致导致高额罚款和清理操作的关键因素。

       石油分离器—直接来自孔道的石油会混有沙子、各种气体和水。水和石油还会形成乳液。了解石油、水和乳液的边界对分离过程而言非常重要。可使用一系列液位变送器确定这些边界。图1所示的是浮力式液位变送器，装有针对3种比重的浮子，用于标示水、油和乳液的边界层。

       液压油储罐—钻井现场使用的重型工具、升降平台和起重机使用的是远程液压动力，且液压动力通过由软管和接头组成的封闭系统连接。每个独立的系统都配有一个液压储罐。然而，随着时间的推移，液压流体不可避免地会发生泄漏。在液压油供给罐应用液位传感器，可以持续监测液位，确保操作的完整性和安全性。

Gems的石油天然气用液位传感器示例

       全球各地都在追求更有效地利用油气资源，而Gems传感器则在确保安全平稳作业方面起到了不可或缺的作用。50多年来，Gems传感器针对石油天然气领域客户各种各样的需求定制了许多解决方案，并提供类型众多的传感器用于检测石油天然气应用中的压力、液位和流量。Gems传感器深得国际领先设备制造商和系统集成商信任的原因主要有以下几点：

可靠：Gems传感器经过认证，能够耐受石油天然气设备所必须承受的严苛环境。

低功耗：Gems传感器深刻认识到，基于太阳能面板供电的低功耗远程传感技术是节省运营成本的关键。

省心：Gems传感器还深刻认识到，任何部件发生故障都会导致客户代价高昂的停机问题。Gems传感器保证提供优质产品，确保客户的业务能持续正常运转。

解决方案多样：Gems传感器提供类型广泛的压力、液位、阀门和流量传感器，几乎满足所有的石油天然气应用需求。此外，我们还提供满足极端温度和压力需求的型号，并能提供各种材料帮助您满足石油天然气行业的严格标准。

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